梯級調度通信網絡監控盲區的實時監測技術與方案研究

韓偉 丁仁山

【摘要】 雅礱江公司集控中心與各梯級電站的通信大多數由電力通信專網及公網運營商專線電路承載，運維人員對于設備產權及維護職責不歸屬于集控中心的電路只能“被動式”維護，不具備實時監測和故障精確定位手段，本文基于此梯級調度集中控制領域普遍存在的困境進行研究，形成面向租用專線電路的實時監測手段及技術方案，輔助集控中心運維人員對通信網絡實現端到端的監控和運維管控。

【關鍵詞】 雅礱江公司集控中心 租用電路/專線 實時監測

一、前言

雅礱江公司集控中心與各梯級電站之間的通信網絡分別包括主、備、應急這三種通道，主、備通道是由監控內網、電力通信專用網、電信專線組成。其中電力通信專用網、電信專線均為集控中心與梯級電站通信交互的必經之路。如果此段租用電路出現問題，則直接影響到各梯級電站的通信網絡運行。隨著集控中心通信網絡管理系統的投運，雅礱江公司集控中心所屬資源基本做到了信息化管理，但是對于租用的通信資源，目前還無法做到集中信息化管理，管理效率差，應急保障能力弱。尤其針對租用電力通信專網、電信專線的通信資源方面，不僅缺少對其數量、作用和支撐能力的管理，而且缺乏對其業務質量的實時監控，處于分布不可知、質量不可信、資源不可視的狀況。

為此，需要探討與研究租用專線電路在線監測的技術手段，為建立相應的監測與分析系統打下理論基礎，以提高雅礱江公司集控中心與各梯級電站通信網絡的整體保障能力。

二、集控中心與梯級電站的通信網絡結構

為保證通信的安全性和可靠性，雅礱江公司集控中心與各梯級電站之間的監控系統采用三通道（主、備、應急）、雙規約（104、101）的通信模式，主/備通道和應急通道同時工作。其中：電站側主/備路由器與集控側主/備中心交換機成“口”字型連接方式，通過OSPF路由協議進行路由切換，主/備通道上傳電站監控系統全廠數據，下發相關設備的控制、調節命令以及省調下發的斷面潮流信息和流域水情信息；衛星應急通道只傳送電站的部分重要生產實時信息用于監視，不下發設備控制、調節令（只下發與電站相關的流域水情信息）。以監控系統網絡結構為例，集控中心與梯級電站之間的通信交互示意圖如圖1。

主用通道

主用通道租用四川省電力公司的川西南電力通信專網，帶寬20M，通信規約為IEC60870-5-104；

電站側兩臺冗余通信網關機分別通過100M以太網口經主通道縱向加密裝置，并通過安全I區主路由器接至主用通道SDH設備的以太網接口上。

備用通道

備用通道租用電信公司專線通道，帶寬4M，通信規約為IEC60870-5-104；

電站側兩臺冗余通信網關機分別通過100M以太網口經備用通道縱向加密裝置，并通過安全I區備用路由器接至備用通道SDH設備的以太網接口上。

應急衛星通道

應急通道帶寬64K，通信規約為IEC60870-5-101；

電站側兩臺冗余通信網關機通過RS232-RJ45轉換模塊，接至衛星通道交換機，衛星通道交換機接至電站側的應急衛星通信子系統中。

三、集控中心對租用電路運維監控的現狀和困惑

目前，雅礱江公司集控中心針對所管轄范圍內的通信及網絡系統，建立了一套以通信和網絡設備為管理對象的信息集中管理系統，以此提高雅礱江流域通信及網絡設備預警分析及維護管理水平，量化提高通信和網絡基礎設施及其狀態的可靠性、利用率、性能服務質量、安全性等指標，并減少混合通信和網絡管理環境下的管理和控制運營成本。運維人員可通過通信網絡管理系統對調度數據網、集控中心及各級電站網絡設備（路由器、交換機等）進行實時監視，從宏觀和全局的視角對全網運行信息進行實時監控，及時保障與維護所管轄范圍內的通信網絡及設備。

集控中心與各梯級電站之間的通信交互通道主要由電力通信專用網、電信專線承載，而這些業務所關聯設備的資產歸屬和運維管理責任卻屬于電網公司或公網運營商。這些企業目前擁有的運維管理手段，尚不能支撐對所租用資源的端到端性能進行量化管理，既不能向雅礱江公司集控中心提供管理工具，也不能提供相應的管理信息，通信業務質量無法進行評估，只能被動接受故障投訴，應急支撐能力差。

上述問題導致集控中心與梯級電站之間的端到端電路實時監測缺乏手段，運維保障壓力大；大部分故障只能由用戶申告，屬被動服務，無法確保通信網絡的可靠性；另外無法預知業務電路的性能變化趨勢，無法對即將劣化的線路做到提前預警。

四、實時監測租用電路/專線的解決方案

對于目前的租用電路（電力專線與公網專線），集控中心在日常運行維護中關心的首先是：業務中斷或故障發生時，故障點到底是在運營商（電網公司及公網運營商）還是在自身網絡側？其次，對業務電路的日常運行中，維護人員對電路的告警和性能指標最為關注。基于以上需求，通過專線電路實時監測技術的研究，實現對租用電力通信網及電信專線的傳輸電路資源的實時監測與業務告警，實現對租用電路或專線的可知、可信、可視化管理。在日常管理工作中，對租用電路或專線通信狀態進行有效地監測管理，及時處理各類通信故障告警，以及較為準確的通信故障定位分析，有效提高運維效率，掌握業務應用的主動性，從而提升通信服務保障能力。在目前租用專線電路存在管理和監控盲區的情況下，經過研究我們可以采用專用監測探針的技術實現對成幀和非成幀（鏈路層使用HDLC幀格式協議）結構的電路的傳輸質量進行監測，對專線電路的告警性能指標進行實時監測，告警包括：信號丟失（LOS）、告警指示（AIS），PCM成幀電路的幀丟失（LOF），記錄告警的開始和結束時間，同時分析自身側問題還是運營商傳輸網絡問題。

監測探針設備通過高阻跨接于E1線路的方式，實現在線監測E1雙向傳輸線路的狀態，并不影響用戶線路正常的通信。本設備將監測到的各種信息按設定的格式轉發給后臺管理系統，通過多個遠程探針和一個集中后臺管理系統，可組成一個對多條E1傳輸線路的性能監控網絡。

監測示意圖如下：

監測的主要技術指標包括：

1）非成幀傳輸電路（數據IP電路）：

記錄告警的發生時刻，告警為 LOS，AIS等；總傳輸包數（正確和錯誤和），總包占用字節數；總正確的包數，總正確包占用字節數；總超長包數，總超長包占用字節數；超短包數，超短包占用字節數；CRC-16校驗錯誤包數，CRC-16校驗錯誤包占用字節數。

2）成幀傳輸電路：

中斷業務測試和不中斷業務的在線監測；測試Bit和塊誤碼；測試并記錄告警發生時刻，告警為 LOS，LOF、AIS、RAI等；中斷業務測試誤碼、誤碼率、誤塊數、誤塊率、誤碼秒等；在線測試CRC-4誤塊數、誤塊率、誤塊秒等；監測分析傳輸線路的質量和可利用率；報告期間告警的總時間長度，LOS、LOF，AIS告警時間長度。

通過監測探針設備及后臺管理系統實現實時自動監測功能、組網和網絡管理功能：

實現自動監測功能

實現對 2048kbit/s 傳輸電路進行實時監測和傳輸、性能分析，能同時監測的告警性能指標包括信號丟失（LOS）、告警指示（AIS）， 幀同步丟失（LOF），CAS 復幀同步丟失（LOMF），CRC4 復幀同步丟失（LOCF）， 嚴重幀誤碼告警（FAS_ERR），嚴重編碼誤碼告警（CV_ERR），幀誤碼計數（FAS_ERRCNT），編碼誤碼計數（CV_ERRCNT），遠端告警（REMOTE）等?？捎涗浉婢拈_始和結束時間。

實現組網和網絡管理功能

硬件探針設備的監測數據通過 3G、2G 或者有線以太網接口方式傳送到網管系統。網管系統的控制命令通過 3G、2G 或者有線以太網接口方式傳送到 E1 探針 監測器設備。設備通過命令行界面或者網管界面選擇打開或者關閉 4 路 E1 接口的任意一路，關閉后的電路不進行監測，可以選擇電路是 PCM30/30C/31/31C 幀 結構，選擇 E1 接口的阻抗、增益、以及是否屏蔽誤碼告警。

另外，租用電路＼專線后臺實時監測系統，通過探針方式采集到租用2M電路的告警信息、配置信息等情況，運維人員可集中、全面地掌握租用電路/專線的資源使用規模、實時狀態、告警信息等網絡質量與狀態：

網絡資源管理：實現對各類租用電路/專線的資源信息的統一化管理，對集控中心范圍內應用的租用同行資源信息實現自動錄入。

網絡告警管理：系統能夠自動從網絡中接收各種報警信息，并通過多種方式直觀地進行顯示。

網絡拓撲管理：提供租用電路/專線的網絡拓撲視圖，實現拓撲自動發現和自動刷新，拓撲元素根據故障檢測和性能檢測的狀態產生相應的顏色變化。

業務流量管理：對租用電路/專線的業務流量進行監測，采集和呈現租用電路/專線的主要業務應用流量，如：HTTP、SMTP、POP3、BT、FTP、VoIP等。

五、結語

為提高雅礱江公司集控中心與各梯級電站通信網絡的全程監控及保障能力，建議采用硬件探針監測技術對電力通信專用網及寬帶專線等租用電路進行實時監測與分析，以此實現對梯級調度通信網絡盲區的集中監控，提高雅礱江公司集控中心運維人員的網絡監控能力及運維管理水平。