電力無線專網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

馬淑靜 段利軍 姚小松 李云嵩

（國網(wǎng)信通股份公司北京中電飛華通信有限公司 北京市 100070）

電力通信網(wǎng)分為電力骨干通信網(wǎng)和終端通信接入網(wǎng)，骨干網(wǎng)主要指35kV 及以上的廠站和相關(guān)生產(chǎn)場所，主要承載傳輸、數(shù)據(jù)通信、行政交換、電視電話會(huì)議、調(diào)度等多種業(yè)務(wù)。終端通信接入網(wǎng)主要指10kV 和0.4kV 配用電側(cè)相關(guān)站點(diǎn)，主要承載了配電自動(dòng)化、用電信息采集、分布式能源接入、輸變電在線監(jiān)測、需求側(cè)管理等多項(xiàng)業(yè)務(wù)[1-3]。終端通信接入網(wǎng)作為骨干通信網(wǎng)的延伸，提供了業(yè)務(wù)和骨干網(wǎng)之間的通信通道，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)終端和業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的信息交互，具有業(yè)務(wù)承載和信息傳送功能[4]。終端通信接入網(wǎng)主要有X-PON、工業(yè)以太網(wǎng)、無線專網(wǎng)、無線公網(wǎng)、電力線載波等多種技術(shù)體制。隨著智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，對移動(dòng)辦公、高清視頻監(jiān)控、應(yīng)急通信業(yè)務(wù)的需求不斷提升，電力無線專網(wǎng)因其成本低、部署方便、可以快速靈活組網(wǎng)，而得到了廣泛應(yīng)用，國網(wǎng)公司開展大面積的TD-LTE230MHz 和1800MHz 無線專網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)[5]。

網(wǎng)管按專業(yè)、廠家的維度進(jìn)行劃分，主要分為三類：設(shè)備網(wǎng)管、專業(yè)網(wǎng)管、綜合網(wǎng)管[6]，各網(wǎng)管之間通過網(wǎng)絡(luò)接口獲取數(shù)據(jù)。設(shè)備網(wǎng)管主要指的是設(shè)備廠家網(wǎng)管，直接管理設(shè)備。專業(yè)網(wǎng)管介于設(shè)備網(wǎng)管和綜合網(wǎng)管之間。綜合網(wǎng)管則是跨專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)管理。自2012年起，國網(wǎng)公司大力開展骨干網(wǎng)綜合網(wǎng)管建設(shè)，即通信管理系統(tǒng)（以下簡稱SG-TMS）。目前，已開展多期，相對比較完善，而對于終端通信接入網(wǎng)綜合網(wǎng)管的研究相對滯后。隨著智能電網(wǎng)及泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，終端海量業(yè)務(wù)的增加，給接入網(wǎng)側(cè)通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，加快推進(jìn)終端通信接入網(wǎng)管理系統(tǒng)（以下簡稱AMS）建設(shè)，保障接入網(wǎng)側(cè)通信通道的安全性，其中電力無線專網(wǎng)建設(shè)作為接入網(wǎng)建設(shè)的重中之重[7]。

隨著終端通信接入網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，結(jié)合某地市公司電力無線專網(wǎng)的實(shí)際建設(shè)和運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研，提出構(gòu)建無線專網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過現(xiàn)有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，對不同形態(tài)的電力無線專網(wǎng)的網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，大幅降低電力無線專網(wǎng)維護(hù)的復(fù)雜度，也為支撐AMS 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取提供有效支撐。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 通信管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

2012年，國網(wǎng)公司在以往開展的智能電網(wǎng)通信管理系統(tǒng)建設(shè)前期工作基礎(chǔ)上，加快步伐，統(tǒng)一組織開展了TMS 建設(shè)。TMS 目前已在27 個(gè)省級及以上單位、315 個(gè)地市公司、部分電廠進(jìn)行應(yīng)用。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，30 個(gè)省級及以上單位將TMS 作為唯一綜合網(wǎng)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、資源管理、檢修管理、值班管理的深化應(yīng)用[8-10]。

目前電力通信網(wǎng)管系統(tǒng)SG-TMS 存在如下不足方面：

（1）SG-TMS 系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及上線運(yùn)行時(shí)間較早，缺乏在安全監(jiān)控及智能管理服務(wù)的功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)，系統(tǒng)各角色應(yīng)用情況參差不齊，管理人員因統(tǒng)計(jì)分析等功能有待完善而應(yīng)用較少。

（2）SG-TMS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)注重有線通信網(wǎng)絡(luò)（SDH、OTN，骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)）的通信資源、實(shí)時(shí)監(jiān)視及運(yùn)行三大管理模塊，目前在生產(chǎn)、運(yùn)營成本及功能覆蓋范圍上，都存在較大不足。截至目前SG-TMS 中規(guī)劃了接入網(wǎng)的管理，但對無線專網(wǎng)管理深度不夠。

圖1：多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 終端通信接入網(wǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

2017年，終端通信接入網(wǎng)管理系統(tǒng)（AMS）從通信管理系統(tǒng)（TMS）中剝離開展獨(dú)立建設(shè)。目前已在全網(wǎng)27 個(gè)網(wǎng)省公司開展試點(diǎn)應(yīng)用。隨著應(yīng)用的深入，功能將逐步完善和優(yōu)化。

目前終端通信接入網(wǎng)管理系統(tǒng)存在如下不足方面：

（1）無線公網(wǎng)以省集中的方式進(jìn)行管理，電力需依賴于中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通三大運(yùn)營商，缺乏獨(dú)立的通道安全監(jiān)控手段[12]。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)主要注重有線通信網(wǎng)絡(luò)管理，如：X-PON、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，對電力無線專網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的設(shè)備接入管理平臺(tái)和有效的運(yùn)行管理手段[11]。

（3）接入網(wǎng)設(shè)備數(shù)以億計(jì)，針對技術(shù)體制多樣、廠商眾多的情況，數(shù)據(jù)采集的規(guī)范化接入需要巨大的工作量。

1.3 無線專網(wǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，電力無線專網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)管存在以下問題[12]：

1.3.1 北向接口協(xié)議不滿足要求

由于電力無線專網(wǎng)建設(shè)之初，無終端通信接入網(wǎng)相應(yīng)的北向接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，且涉及的廠家、設(shè)備多樣，均采用的是私有協(xié)議。新舊設(shè)備更替、運(yùn)維人員更換給北向接口升級改造帶來了極大的難度。

1.3.2 缺乏統(tǒng)一的資源管理能力

廠商設(shè)備網(wǎng)管主要是針對廠商某個(gè)網(wǎng)元的監(jiān)控管理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)來源少、信息量不足；無線專網(wǎng)數(shù)據(jù)中沒有設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，導(dǎo)致網(wǎng)管無法進(jìn)行無線專網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系管理，通信終端CPE 不知是歸屬于哪個(gè)基站，信息孤立、網(wǎng)管功能各有差異，難以兼容，出現(xiàn)資源管理混亂的情況，該現(xiàn)狀不利于長期業(yè)務(wù)支撐和服務(wù)能力提升。用戶體驗(yàn)度差，給運(yùn)維增加了極大的負(fù)擔(dān)。

1.3.3 缺乏基于拓?fù)涞母婢治雠c判斷能力

網(wǎng)元獨(dú)立管理，缺乏設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系信息，告警信息獨(dú)立監(jiān)視，無法制定系統(tǒng)的根告警判斷機(jī)制，多點(diǎn)出現(xiàn)故障，無法準(zhǔn)確定位告警根源，只能依靠運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)判斷。

圖2：物理架構(gòu)圖

圖3：無線專網(wǎng)綜合網(wǎng)管空間設(shè)備資源模型

圖4：無線專網(wǎng)綜合網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)資源模型

隨著電力無線專網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)，亟需包含無線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源管理、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、業(yè)務(wù)運(yùn)行情況分析等功能的一體化系統(tǒng)平臺(tái)，并與現(xiàn)有系統(tǒng)平臺(tái)AMS 進(jìn)行結(jié)合，提高電網(wǎng)運(yùn)行管理能力，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 技術(shù)路線

針對電力無線專網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要從采集平臺(tái)、資源管理模式、拓?fù)涔芾淼葞讉€(gè)方面開展。

采集平臺(tái)建立的目的是屏蔽底層廠家和網(wǎng)元的技術(shù)差異，減少底層變動(dòng)對上層應(yīng)用的影響，為綜合網(wǎng)管提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[15-16]。通過構(gòu)建多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)對不同的接口協(xié)議、不同廠商的不同設(shè)備網(wǎng)管進(jìn)行適配，采集基礎(chǔ)資源、告警、配置及性能等數(shù)據(jù)[13]，然后將數(shù)據(jù)采集入庫到統(tǒng)一的采集平臺(tái)，便于資源的統(tǒng)一管理；然后，通過對核心網(wǎng)、基站、通信終端增加字段屬性，增加設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系管理，以便于數(shù)據(jù)采集的全面性及拓?fù)湔故镜谋匾裕恢匦聵?gòu)建資源數(shù)據(jù)模型，針對無線專網(wǎng)資源的特性構(gòu)建資源管理樹，實(shí)現(xiàn)對多級資源的關(guān)聯(lián)管理。

2.1 多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)設(shè)計(jì)

采集平臺(tái)獨(dú)立于管理系統(tǒng)南側(cè)，為系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)據(jù)交互和控制指令。多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)通過定制化開發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換及接口適配功能，實(shí)現(xiàn)對不同廠家的核心網(wǎng)、基站、通信終端設(shè)備網(wǎng)管接入，也可通過與終端廠商接口適配，直接通過無線方式接入通信終端。

系統(tǒng)采集程序適配各個(gè)廠商接口協(xié)議，通過FTP/SFTP、Socket、Webservice 等接口協(xié)議從設(shè)備網(wǎng)管服務(wù)器獲取資源數(shù)據(jù)，主要包括資源、各類告警及性能參數(shù)指令等，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)歸一化處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、接收，控制下發(fā)等服務(wù)。多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)與廠商設(shè)備網(wǎng)管對接內(nèi)容：

（1）制定統(tǒng)一接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，數(shù)據(jù)采集前置機(jī)南向接入各廠商網(wǎng)管，同時(shí)對不同廠家網(wǎng)管接口適配，兼容不同接口協(xié)議和數(shù)據(jù)模型，需滿足《終端通信接入網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)管北向接口規(guī)范 第2部分：無線專網(wǎng)部分》的要求；

（2）采集平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)化輸出，向上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)可定制，以便標(biāo)準(zhǔn)化過程中的快速迭代；

（3）系統(tǒng)提供廠商接口到標(biāo)準(zhǔn)化接口之間的映射轉(zhuǎn)換，采用實(shí)時(shí)和批量的方式進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換；

（4）支持在平臺(tái)中嵌入簡單的業(yè)務(wù)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的簡單和快速的預(yù)處理，承接部分?jǐn)?shù)據(jù)分析的能力；

（5）采集對接支持分布式部署，支持管理管道和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管道分離，既能保證數(shù)據(jù)質(zhì)量又能減輕計(jì)算環(huán)境要求。

多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對各網(wǎng)元設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)資源情況的數(shù)據(jù)收集。

多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)部署：

多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)部署在核心網(wǎng)設(shè)備區(qū)后，電力業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)之前，管理系統(tǒng)軟件與多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)是一對多的關(guān)系，也即部署在電力無線專網(wǎng)中的多臺(tái)多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)將數(shù)據(jù)采集匯總到統(tǒng)一的管理系統(tǒng)中。多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)和管理系統(tǒng)軟件部署在安全接入?yún)^(qū)外，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署在信息管理大區(qū)，安全接入?yún)^(qū)內(nèi)。多元數(shù)據(jù)采集前置機(jī)包括采集終端硬件和采集軟件，制定統(tǒng)一的協(xié)議轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，編制接口對接規(guī)范，具體開發(fā)包括驅(qū)動(dòng)開發(fā)、接口開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)等方面。物理架構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 資源管理模塊優(yōu)化

2.2.1 設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系管理

獨(dú)立的設(shè)備網(wǎng)管缺乏對跨設(shè)備間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的管理，通過獲取設(shè)備、槽位、板卡、端口數(shù)據(jù)及設(shè)備、槽位、板卡、端口間的從屬關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系等資源數(shù)據(jù)，構(gòu)建資源管理拓?fù)涑尸F(xiàn)。對無線專網(wǎng)設(shè)備核心網(wǎng)（EpcId）、基站（EnbId）、RRU（RruId）、小區(qū)（CellId）設(shè)置全網(wǎng)唯一標(biāo)識(shí)，建立小區(qū)所屬基站、RRU 所屬基站、終端所屬小區(qū)號等所屬關(guān)系，生成核心網(wǎng)設(shè)備與基站、基站與終端用戶設(shè)備之間的連接關(guān)系。在通信終端的管理中增加“當(dāng)前所屬小區(qū)號：CellId”屬性字段，小區(qū)管理增加“小區(qū)所屬基站ID”屬性字段的方式，即可建立基站、小區(qū)、通信終端之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系[4]。小區(qū)號全網(wǎng)唯一使用。并通過建立拓?fù)滏溌窋?shù)據(jù)，終端到基站建立網(wǎng)元起點(diǎn)、終點(diǎn)的連接，基站到核心網(wǎng)需要建立網(wǎng)元起點(diǎn)、終點(diǎn)的連接外，還需要起點(diǎn)端口ID、終點(diǎn)端口ID 的拓?fù)滏溌饭芾恚罱K實(shí)現(xiàn)拓?fù)湔故局腥O(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系的展示，可以通過基站查看所管轄的通信終端，也可通過終端查看所歸屬的基站，對設(shè)備故障定位提供一定的輔助功能。

2.2.2 資源管理架構(gòu)設(shè)計(jì)

相對于骨干網(wǎng)的資源管理方式，無線專網(wǎng)有其特殊性，無法沿用SG-TMS 系統(tǒng)的區(qū)域-站點(diǎn)-機(jī)房-機(jī)柜的資源管理模式，需要對無線專網(wǎng)實(shí)際的空間資源及網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行重新梳理，建立空間設(shè)備資源、網(wǎng)絡(luò)資源的資源樹模型。電力無線專網(wǎng)的建設(shè)以電力基礎(chǔ)資源為基礎(chǔ)，首選變電站、供電所、營業(yè)廳等電網(wǎng)資源，同時(shí)，也采用共享鐵塔的形式租用中國鐵塔的鐵塔資源，也會(huì)租賃滿足樓層高度的商業(yè)樓宇及住宅。無線專網(wǎng)設(shè)備中基站主要有兩種設(shè)備形態(tài)，分別是分布式基站和一體化基站。分布式基站中的基帶處理單元BBU 通常放置在機(jī)房，也可放置于桿塔下的一體化機(jī)柜。而射頻處理單元有1-3 個(gè)，可以放置在鐵塔或抱桿上，也可在機(jī)房，室外天線放置在抱桿上。設(shè)備分布相對分散，為了提高資源管理效率，對資源管理模型進(jìn)行優(yōu)化。

電力無線專網(wǎng)綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的空間設(shè)備資源管理以區(qū)域、站點(diǎn)/建筑物維度進(jìn)行管理，空間設(shè)備資源模型見圖3所示，支持設(shè)備直接關(guān)聯(lián)站點(diǎn)、設(shè)備直接關(guān)聯(lián)機(jī)房、設(shè)備直接關(guān)聯(lián)機(jī)柜等功能。

電力無線專網(wǎng)綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源管理以核心網(wǎng)-基站-終端維度進(jìn)行管理，網(wǎng)絡(luò)資源模型見圖4所示。

3 束語

本文提出的設(shè)置多元數(shù)據(jù)采集和軟件管理系統(tǒng)的技術(shù)路線，通過對多廠家多設(shè)備的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集管理及運(yùn)行監(jiān)控管理，有效的提高地市公司的運(yùn)維管理效率，并能有效的為北向終端通信接入網(wǎng)管理系統(tǒng)提供符合無線專網(wǎng)北向接口協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)資源，為國網(wǎng)推進(jìn)終端通信接入網(wǎng)管理提供了有力支撐。