基于設(shè)備狀態(tài)的通信業(yè)務(wù)可靠性分析及路由優(yōu)化技術(shù)研究

廣澤晶，樊秀娟，唐 佳，張 寧，郭小溪，李成巍，崇祝磊

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基于設(shè)備狀態(tài)的通信業(yè)務(wù)可靠性分析及路由優(yōu)化技術(shù)研究

廣澤晶1，樊秀娟1，唐 佳1，張 寧1，郭小溪1，李成巍1，崇祝磊2

（1. 國家電網(wǎng)公司信息通信分公司，北京 100761；2. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司信息通信分公司，江蘇 210000）

電力通信業(yè)務(wù)包括電網(wǎng)調(diào)度通信業(yè)務(wù)和企業(yè)經(jīng)營業(yè)務(wù)，保證電網(wǎng)安全和企業(yè)高效運轉(zhuǎn)。隨著電力通信網(wǎng)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)通道的數(shù)量和種類也快速增加，相應運行方式也日趨復雜。為了保障電力通信業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運行，通道路由的可靠有效尤為重要。本文從生產(chǎn)實際出發(fā)，通過對在網(wǎng)運行設(shè)備的狀態(tài)評價、風險分析、智能決策等手段開展業(yè)務(wù)通道路由分析，為新增業(yè)務(wù)提供承載通道和調(diào)整已有業(yè)務(wù)的承載通道路由。

設(shè)備狀態(tài)；可靠性分析；路由優(yōu)化

0 引言

電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，其承載的通信業(yè)務(wù)主要是與電力生產(chǎn)、運行相關(guān)的通信業(yè)務(wù)，包括繼電保護業(yè)務(wù)、安全自動裝置業(yè)務(wù)、自動化業(yè)務(wù)等，這些業(yè)務(wù)對通道路由可靠性有特殊要求，通道路由是否可靠會直接影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此，針對電力通信業(yè)務(wù)的可靠性分析及優(yōu)化研究是十分必要的。

對通信業(yè)務(wù)的可靠性分析，已經(jīng)取得了較多的研究成果[1-4]，分別從脆弱性分析、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和保護機制進行了討論。文獻[5-6]給出了SDH傳輸系統(tǒng)低時延優(yōu)化與設(shè)計方法。文獻[7]在實驗室和現(xiàn)場環(huán)境中對E1業(yè)務(wù)通道時延特性進行了測試，得出了線路/光路中斷以及設(shè)備停復機對通道時延的影響較小（一般小于10ms），SDH同步解列對時延的影響較大（約20ms），所以利用SDH傳遞時間應嚴格要求SDH通信系統(tǒng)同步。在SDH網(wǎng)絡(luò)的缺陷分析研究[8]也給出了一些結(jié)論。

上述的研究方向及研究工作主要主要針對網(wǎng)絡(luò)本身固有的可靠性測算方法，沒有結(jié)合設(shè)備狀態(tài)對路由進行分析研究。本文基于電力通信網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)進行業(yè)務(wù)分析，通過對在網(wǎng)運行設(shè)備的狀態(tài)評價、風險分析、智能決策等手段，開展業(yè)務(wù)通道路由分析，為新增業(yè)務(wù)提供承載通道和調(diào)整已有業(yè)務(wù)的承載通道路由。

1 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的資源調(diào)配和方式管理模式是在受理業(yè)務(wù)申請之后，由專職人員利用靜態(tài)的表格、圖形資料，根據(jù)自己對通信網(wǎng)絡(luò)的掌握和認知設(shè)計通道路由，手工編寫方式方案、繪制路由圖，完成方式單的編制，而后由現(xiàn)場實施人員按照方式設(shè)計方案完成網(wǎng)絡(luò)資源的連接或配置。這種工作模式存在網(wǎng)絡(luò)資源信息數(shù)據(jù)相對分散，難以全面、快速查詢掌握網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀；完全依賴人工進行方案設(shè)計，難以快速、準確、優(yōu)化的設(shè)計調(diào)度方案；現(xiàn)場施工與調(diào)度方案間誤差難以追蹤，為業(yè)務(wù)保障留下隱患；對方式編制人員的專業(yè)技能要求高，資源調(diào)配的水平完全依賴于編制人員的專業(yè)水平等一系列問題。

通信管理系統(tǒng)可輔助方式專責規(guī)劃業(yè)務(wù)路由、分配通道路徑，但在編制方式方案時，主備用通道拆分為不同的業(yè)務(wù)錄入系統(tǒng)，缺少對設(shè)備狀態(tài)的考慮，系統(tǒng)無法自動識別業(yè)務(wù)的主備通道，需要人為判斷通道的可靠性，對方式編制人員熟悉網(wǎng)絡(luò)信息的要求比較高，方式編制方案的質(zhì)量受人為因素影響比較大。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的擴建、業(yè)務(wù)數(shù)量的增長，通信網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布不均衡、通道路由分配不合理的情況會逐漸增多。如不及時對現(xiàn)網(wǎng)運行業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化、調(diào)整，通信業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運行會受到影響。目前在通信網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)管理工作過程中存在以下幾個問題：

（1）繼電保護、安全自動裝置等業(yè)務(wù)在編制方式方案時，主備用通道拆分為不同的業(yè)務(wù)錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)無法自動識別業(yè)務(wù)的主備通道，需人工將主備用通道合并為一條業(yè)務(wù)。

（2）由問題1導致，系統(tǒng)無法自動識別業(yè)務(wù)主備通道是否存在同纜同站的情況；在編制備用通道時，系統(tǒng)無法與主用通道路徑區(qū)分，智能化輔助編制功能無法排除同纜同站的路由，需人工干預判斷。方式方案編制的質(zhì)量受人為因素影響比較大。

（3）因業(yè)務(wù)開通時間要求，在通信網(wǎng)絡(luò)資源無法完全滿足要求的情況下開通業(yè)務(wù)通道，業(yè)務(wù)通道不完全滿足N-1規(guī)范要求、業(yè)務(wù)通道分布在業(yè)務(wù)負載較重的設(shè)備節(jié)點。

2 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

2.1 設(shè)備狀態(tài)研究對象

設(shè)備狀態(tài)的研究對象主要包括各類光纜和設(shè)備、板卡、端口、電源模塊運行狀態(tài)、鏈路狀態(tài)、動力環(huán)境變量等。

SDH（含MSTP）對象主要包括:運行環(huán)境、光接口運行情況、電接口運行情況、設(shè)備時鐘情況、電源電壓五個方面。其中運行環(huán)境包括設(shè)備溫度、溫度變化率；光接口運行情況包括發(fā)送光功率、接收光功率、光功率變化率、光誤碼率；電接口運行情況包括電接口誤碼率；設(shè)備時鐘情況包括時鐘的精度等級；電源電壓包括電壓范圍接近度、電壓變化率[9]。

OTN對象主要包括：電源、板卡、光路、監(jiān)控四個方面狀態(tài)量；其中電源狀態(tài)量報告電源電壓，主控板電池電量；板卡狀態(tài)量包括風扇狀態(tài)、單板工作狀態(tài)、總線狀態(tài)、單板間通信情況、工作溫度；光路狀態(tài)量報告光路光功率，單波長光功率，光路誤碼率，單波長誤碼率，激光器光功率，光路光功率變化情況，單波長光功率變化情況，光路誤碼率變化情況，單波長誤碼率變化情況，激光器光功率變化情況；監(jiān)控狀態(tài)量包括網(wǎng)管和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元或本網(wǎng)元和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元連接通道誤碼率以及誤碼率變化情況。

光纜對象主要包括：纖芯衰耗、衰耗變化。

2.2 設(shè)備狀態(tài)分級

為明確、量化的劃分傳輸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的級別[10]，通過對性能越限率、性能重要性以及設(shè)備重要性的綜合計算得出，作為分級的量化標準。設(shè)性能預警指標為Α、性能越限率為Τ、性能重要性為Ν、設(shè)備重要性為Β，具體計算公式如下：

Α=(1+Τ)?Ν?Β （1）

其中性能越限率Τ根據(jù)性能閾值和實際值的偏差計算得出，性能重要性Ν根據(jù)廠家和設(shè)備定義在性能規(guī)則管理中人工設(shè)定，設(shè)備重要性Β則根據(jù)如下公式計算得出：

Β=(δ?η)/g^2?m￠/m（2）

其中γ為設(shè)備總帶寬、δ為占用總帶寬、η為高階通道總帶寬，μ為承載業(yè)務(wù)數(shù)量、μ￠為承載重要業(yè)務(wù)數(shù)量。

根據(jù)以上公式進行計算得出性能預警指標，對設(shè)備狀態(tài)進行分級，可以分為正常、異常、告警三種狀態(tài)。

正常狀態(tài)：自動采集數(shù)據(jù)的數(shù)值沒有超過設(shè)置的異常狀態(tài)和告警狀態(tài)門限值，數(shù)值變化穩(wěn)定，不存在運行安全隱患。

異常狀態(tài)：自動采集數(shù)據(jù)的數(shù)值超過設(shè)置的異常狀態(tài)門限值，但沒有超過設(shè)置的告警狀態(tài)門限值，通信設(shè)施的性能指標雖受一定的影響，但變化趨勢尚不會影響通信設(shè)施的安全運行。

告警狀態(tài)：自動采集數(shù)據(jù)的數(shù)值超過設(shè)置的告警狀態(tài)門限值，已影響通信設(shè)施的性能指標, 設(shè)施只能短期運行，無法承載業(yè)務(wù)。

2.3 最短路徑算法-Dijkstra算法

最短路徑算法是計算指定兩個節(jié)點間的最短路徑，輸入?yún)?shù)是起止節(jié)點，輸出結(jié)果是兩個節(jié)點間的最短路徑。

Dijkstra算法是典型最短路算法。Dijkstra算法特點是以起始點為中心向外層層擴展，直到擴展到終點為止。Dijkstra算法的計算過程采用兩個集合或兩個表方式表述，以T1，T2表方式為例介紹計算過程，首先創(chuàng)建兩個表：T1，T2。T1表保存所有已生成而未考察的節(jié)點，T2表中記錄已訪問過的節(jié)點。計算過程如下：

（1）從起始點開始，查詢通信網(wǎng)中里與起始點直接相連的點，把起始點放在T2表中，把與起始點相連的節(jié)點放入T1表中等待檢查，同時記錄各節(jié)點距起始點的距離。

（2）從T1表中找出距起始點最近的點，找出這個點的所有子節(jié)點，判斷子節(jié)點是否是目標點，如果不是目標點則把這個點放到T2表中，并記錄該節(jié)點到起始點經(jīng)過的節(jié)點；遍歷考察放入T2表中節(jié)點的子節(jié)點。求出這些子節(jié)點距起始點的距離值，把子節(jié)點到T1表中。

（3）重復2步。直到T1表為空，或找到目標點。

由于Dijkstra算法遍歷計算的節(jié)點很多，效率比較低。對Dijkstra算法做改善，有一些新的算法產(chǎn)生，例如A*（A-Star）算法，公式表示為：

f(n)=g(n)+h(n) （3）

其中：

f(n)是節(jié)點n從初始點到目標點的估價函數(shù)；

g(n)是在狀態(tài)空間中從初始節(jié)點到n節(jié)點的實際代價；

h(n)是從n到目標節(jié)點最佳路徑的估計代價。

2.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

北向接口是設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)提供的與上層通信管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互的接口。系統(tǒng)通過該接口實現(xiàn)對通信網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)監(jiān)視及性能參數(shù)的獲取。系統(tǒng)通過規(guī)范設(shè)備網(wǎng)管北向接口、定義數(shù)據(jù)格式與通信協(xié)議，實現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)管與綜合網(wǎng)管之間數(shù)據(jù)交互的標準化。目前主流的北向接口主要分為通用標準接口和專用私有協(xié)議接口。

通用標準接口：指國際公認的網(wǎng)管系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，交互內(nèi)容包括配置、故障、性能數(shù)據(jù)，交互方式包括查詢和推送。主流的接口規(guī)范包括：MTNM標準規(guī)范（基于CORBA接口）、SNMP、IPNM、CMIP、MTOSI標準（XML北向接口）等。

專用私有協(xié)議接口：通信設(shè)備廠家自定義實現(xiàn)的北向接口，標準化程度低、種類繁多，主要包括TCP、UDP、telnet、文件服務(wù)、SYSLOG、數(shù)據(jù)庫直接訪問等方式，數(shù)據(jù)的交互過程由各廠家網(wǎng)管自行規(guī)定。

3 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

3.1 針對通道路徑搜索算法的設(shè)計

路徑分析應能夠根據(jù)多個參數(shù)綜合分析出若干條兩端網(wǎng)元設(shè)備間可達的傳輸路徑供設(shè)計人員選擇，設(shè)計人員也可以人工調(diào)整路徑。分析參數(shù)包括：線路等級要求（例如220 kV以上）、光纜類型（如OPGW）、覆蓋傳輸系統(tǒng)（允許多個系統(tǒng)綜合分析）等。對分析出的路徑，應能夠按照：最小節(jié)點、最短長度、最低衰耗、最低隱患等因素排序顯示。路徑應包含每一節(jié)點的詳細信息，并能夠與光纜邏輯圖聯(lián)動，圖形化的現(xiàn)實線路的走向。

3.2 針對網(wǎng)絡(luò)調(diào)整影響業(yè)務(wù)算法的設(shè)計

調(diào)整影響業(yè)務(wù)跟進調(diào)整點分析出影響到的業(yè)務(wù)信息，運維人員可選擇業(yè)務(wù)調(diào)整該業(yè)務(wù)路由，在路由調(diào)整過程中，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)整點向運維人員推薦可調(diào)整至的路徑。系統(tǒng)根據(jù)調(diào)整點分析出影響到的物理資源，包括設(shè)備、板卡和端口，由物理資源分析影響的通道和業(yè)務(wù)。

當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生調(diào)整時，需要對網(wǎng)絡(luò)調(diào)整點相關(guān)的業(yè)務(wù)進行停閉和重新開通。但這種停閉和開通業(yè)務(wù)，往往很多新開業(yè)務(wù)的路由需要利用舊業(yè)務(wù)停閉路由的一部分。

業(yè)務(wù)局向為A-F和A-M的原路由為藍色和紅色路由。網(wǎng)絡(luò)調(diào)整后，業(yè)務(wù)F端和M端不發(fā)生變化，但需要將落地點A端開到G點。新開業(yè)務(wù)利用了紅色路由，只是新開了綠色路由。

對于該類業(yè)務(wù)，本項目將通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)整影響業(yè)務(wù)分析功能，計算出影響的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)調(diào)整后可用路徑。

圖1 業(yè)務(wù)通道路由選擇示意圖

3.3 針對網(wǎng)絡(luò)調(diào)整影響業(yè)務(wù)算法的設(shè)計

方式編制功能和網(wǎng)絡(luò)調(diào)整流程是資源調(diào)度模塊的兩個功能項。資源調(diào)度方式管理的核心工作是響應電網(wǎng)各專業(yè)部門對通信通道的需求，應用通信專業(yè)知識和數(shù)據(jù)信息，編制通信資源調(diào)配使用方案，并通過流程化的校核、審批、執(zhí)行，完成通信通道的開通、變更、退出。

其業(yè)務(wù)需求主要來自新業(yè)務(wù)開通和已有業(yè)務(wù)保障兩方面。如下圖所示：

圖2 新業(yè)務(wù)通道開通示意圖

電網(wǎng)各專業(yè)部門（如繼電保護、安穩(wěn)控制、自動化等）的生產(chǎn)運行需要通信部門提供通信通道，這包括開通新的業(yè)務(wù)通道和保障已有的業(yè)務(wù)通道兩方面。

新業(yè)務(wù)開通方面，根據(jù)不同部門的應用需要，通信部門應通過資源的調(diào)度分配，提供包括光纜、專用光纖、傳輸通道等不同類型的通信通道。

業(yè)務(wù)保障方面，包括業(yè)務(wù)故障修復和網(wǎng)絡(luò)/線路優(yōu)化兩類。業(yè)務(wù)故障修復是在業(yè)務(wù)通道出現(xiàn)受損甚至中斷的情況下，應進行臨時的資源調(diào)度，快速回復業(yè)務(wù)運行；網(wǎng)絡(luò)/線路優(yōu)化是為了提高業(yè)務(wù)通道服務(wù)質(zhì)量而進行的資源調(diào)配使用的調(diào)優(yōu)。

4 結(jié)論

綜合電網(wǎng)各專業(yè)部門對通信通道的需求和業(yè)務(wù)保障的相關(guān)要求，可通過對在網(wǎng)運行設(shè)備的狀態(tài)評價、風險分析、智能決策等手段開展業(yè)務(wù)通道路由分析，為新增業(yè)務(wù)提供承載通道，并對已有業(yè)務(wù)的承載通道路由進行優(yōu)化調(diào)整。

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Research on Reliability Analysis and Routing Optimization of Communication Services Based on Device State

GUANG Ze-jing1, FAN Xiu-juan1, TANG Jia1, ZHANG Ning1, GUO Xiao-xi1, LI Cheng-wei1, CHONG Zhu-lei2

(1. State Grid Information & Telecommunication Branch, BeiJing 100761, China; 2. State Grid Jiangsu electric Power Company, Nanjing 210000, China;)

The power communication business includes power dispatching communication business and business operation to ensure the safety of power grid and efficient operation of the enterprise. With the rapid development of power communication network, the number and type of business channels have increased rapidly, and the corresponding operation mode has become increasingly complex. In order to ensure the safe and stable operation of power communication business, the reliability and efficiency of channel routing is particularly important. Starting from the actual production, this paper carries out the business channel routing analysis by means of state evaluation, risk analysis and intelligent decision making on the network running equipment, providing the load channel for the new services and adjusting the load channel routing of the existing service.

Protein; Quantitativedetermination; Spectrophotometer method; Fluorescent method

TN915.853

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.09.022

廣澤晶(1986-)，女，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)通信技術(shù)研究工作；樊秀娟(1978-)，女，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)通信技術(shù)研究工作；唐佳(1985-)，女，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)通信技術(shù)研究工作。

本文著錄格式：廣澤晶，樊秀娟，唐佳，等. 基于設(shè)備狀態(tài)的通信業(yè)務(wù)可靠性分析及路由優(yōu)化技術(shù)研究[J]. 軟件，2018，39（9）：109-112