基于光路的電力通信網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及評(píng)估方法研究

鄭啟薇，黃俊樺，張 涵，陳 卓，孟 平

（國(guó)家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100761）

0 引 言

電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，為電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)調(diào)度、自動(dòng)化、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)控制、電力市場(chǎng)交易以及企業(yè)信息化提供了信息傳輸通道。一旦發(fā)生電力通信網(wǎng)安全事件，將直接影響到電力通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為確保電力通信網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定以及高效運(yùn)行，開(kāi)展電力通信網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及評(píng)估具有重要意義[1]。

近年來(lái)，電力通信網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及評(píng)估在評(píng)估系統(tǒng)模型分析、評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建以及評(píng)估算法理論研究等方面的成果較為顯著。文獻(xiàn)[2]基于通信網(wǎng)業(yè)務(wù)鏈提出了一種鏈路貢獻(xiàn)值模型，并基于業(yè)務(wù)鏈路重要度建立更為全面有效的可靠性評(píng)估模型。文獻(xiàn)[3]基于電力通信網(wǎng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，構(gòu)建并優(yōu)化安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，形成層次化結(jié)構(gòu)分明的指標(biāo)系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于系統(tǒng)安全工程能力成熟模型，集合模擬模糊綜合評(píng)判法對(duì)電力通信系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行計(jì)算。文獻(xiàn)[5]根據(jù)電力通信網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的多層次、多指標(biāo)且指標(biāo)間具有深度相關(guān)性、耦合性的特點(diǎn)，利用模糊測(cè)度和模糊積分法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估。

由于光路是傳遞、承載業(yè)務(wù)信息的基礎(chǔ)資源，光路中斷會(huì)直接影響電力通信網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此本文提出了一種基于光路的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及評(píng)估方法。通過(guò)對(duì)電力通信網(wǎng)光路相關(guān)資源、業(yè)務(wù)、告警以及性能數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析，并結(jié)合評(píng)分機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定規(guī)則評(píng)估光路潛在風(fēng)險(xiǎn)，最后在可視化平臺(tái)上展示光路拓?fù)鋱D、預(yù)測(cè)列表及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)詳情。

1 基礎(chǔ)模型

電力通信網(wǎng)是一個(gè)綜合了傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)以及管理網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)子網(wǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各業(yè)務(wù)子網(wǎng)依賴(lài)于電力傳輸網(wǎng)，其核心部分則是SDH光傳輸網(wǎng)。因此，基于SDH光傳輸網(wǎng)中光路資源，對(duì)電力通信網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。由此確定了評(píng)估對(duì)象的基礎(chǔ)模型，即構(gòu)成SDH光路的設(shè)備及連接設(shè)備的光纜段。如圖1所示，兩臺(tái)設(shè)備的光端口間通過(guò)光纜兩根纖芯一收一發(fā)成對(duì)組成一條完整光路進(jìn)行連接。通過(guò)建立基礎(chǔ)資源模型、完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，標(biāo)識(shí)清楚設(shè)備端口與光路的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及光路與光纜纖芯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為光路風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

圖1 SDH光路基礎(chǔ)模型

2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及評(píng)估方法

基于SDH光路基礎(chǔ)模型，從設(shè)備光纜等基礎(chǔ)資源、光路資源可用率、業(yè)務(wù)重載情況、歷史告警以及光功率性能5個(gè)方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)分析。通過(guò)設(shè)定權(quán)重值及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)等參數(shù)來(lái)評(píng)估相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其范圍值為[0,1]，因此可得到5個(gè)維度的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，即基礎(chǔ)資源風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、業(yè)務(wù)重載風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、基于歷史告警風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)以及基于光口性能風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如圖2所示。將這5個(gè)維度的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值求和，即可得到該SDH光路的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值。

圖2 光路風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

根據(jù)光路的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值將光路潛在風(fēng)險(xiǎn)劃分為4個(gè)等級(jí)，即一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)以及四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，分別對(duì)應(yīng)緊急、重要、警告以及正常4種狀態(tài)，如表1所示。運(yùn)維人員根據(jù)光路狀態(tài)及各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，決定處置的時(shí)效性及處置方式，其中處置方式包括光路疏導(dǎo)、業(yè)務(wù)疏導(dǎo)、設(shè)備檢修以及光纜檢修等。

表1 總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)及狀態(tài)劃分

3 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析

3.1 基礎(chǔ)資源風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析

光路基礎(chǔ)資源的風(fēng)險(xiǎn)是衡量其業(yè)務(wù)承載能力的重要標(biāo)尺。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較低的光路，承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)通道時(shí)，其業(yè)務(wù)的安全運(yùn)行水平相對(duì)較高，且業(yè)務(wù)方式安排也較合理。通過(guò)對(duì)承載光路的設(shè)備、光纜等基礎(chǔ)資源進(jìn)行綜合分析，最終得出基礎(chǔ)資源風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

（1）設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。對(duì)影響設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的主要因素進(jìn)行分類(lèi)，包括運(yùn)行站點(diǎn)的電壓等級(jí)、運(yùn)行年限以及電源情況等，如表2所示。

表2 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)各影響因素權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

通過(guò)設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)系數(shù)和權(quán)重，可得到設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為：

（2）光纜風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。對(duì)影響光纜風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的主要因素進(jìn)行分類(lèi)，包括電壓等級(jí)、運(yùn)行年限、光纜類(lèi)型等，如表3所示。

表3 光纜風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)各影響因素權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

通過(guò)設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)系數(shù)和權(quán)重，可得到光纜風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為：

（3）結(jié)合光路的基礎(chǔ)模型及基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)，可計(jì)算出一段SDH光路兩端設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、以及第段光纜的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。因此對(duì)于一段SDH光路，其基礎(chǔ)資源風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為：

3.2 可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

光路的資源占用率過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性較差，且承載業(yè)務(wù)的應(yīng)急迂回難度較大。因此評(píng)估光路的可用度風(fēng)險(xiǎn)是分析光路風(fēng)險(xiǎn)隱患的重要指標(biāo)之一，可從光纜纖芯不可用率和光口帶寬占用率兩方面來(lái)評(píng)估光路的可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

（1）光纜纖芯不可用率。即不可用纖芯數(shù)量與總纖芯數(shù)量的比值：

其中，不可用纖芯數(shù)量包括已使用纖芯數(shù)量、故障空余纖芯數(shù)量。根據(jù)光纜纖芯不可用率來(lái)制定風(fēng)險(xiǎn)分析規(guī)則，設(shè)定纖芯可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表4所示。

表4 光纜纖芯不可用率及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

（2）光口帶寬占用率。即已占用時(shí)隙帶寬與總帶寬的比值：

其中，VC4、VC3、VC12表示SDH中不同帶寬的虛容器（Virtual Container，VC）。SDH的交叉則是基于VC的交叉，最小顆粒為VC12。根據(jù)光口帶寬占用率制定風(fēng)險(xiǎn)分析規(guī)則，設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)即可得到帶寬可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表5所示。

表5 光口帶寬占用率及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

（3）結(jié)合光路的基礎(chǔ)模型及基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)，可計(jì)算出一段SDH光路的光口帶寬可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和第n段光纜的纖芯可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。對(duì)于一段SDH光路，其可用度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為：

3.3 業(yè)務(wù)重載風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

光路的業(yè)務(wù)重載風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)反映此光路由于集中承載了繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置等重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)通道而導(dǎo)致引發(fā)等級(jí)事件的緊迫程度。根據(jù)承載的重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)量來(lái)制定風(fēng)險(xiǎn)規(guī)則，設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)即業(yè)務(wù)重載風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表6所示。

表6 重要業(yè)務(wù)承載數(shù)量及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

3.4 基于歷史告警風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

歷史告警為已經(jīng)發(fā)生的告警，通過(guò)分析總結(jié)各廠家傳輸設(shè)備與光路相關(guān)告警名稱(chēng)，將其中反應(yīng)光路中斷的告警名稱(chēng)做標(biāo)識(shí)，如華為SDH的R_LOS與R_LOF、中興SDH的信號(hào)丟失（LOS）與RS_LOF、烽火SDH的LOS與LOF以及上海貝爾的Loss Of Signal與LOF告警等，形成歷史告警統(tǒng)計(jì)單。基于該歷史告警表，從同一類(lèi)告警發(fā)生次數(shù)和該段光路發(fā)生告警次數(shù)兩個(gè)維度分別統(tǒng)計(jì)，來(lái)評(píng)估該段光路的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

3.4.1 同一類(lèi)告警發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)

獲取光路兩端設(shè)備的廠家、設(shè)備型號(hào)、板卡型號(hào)，統(tǒng)計(jì)歷史告警表中1年內(nèi)同廠家、同設(shè)備型號(hào)以及同板卡型號(hào)的光路相關(guān)告警數(shù)量。根據(jù)1年內(nèi)告警發(fā)生頻次來(lái)設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，即同類(lèi)告警發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表7所示。

表7 同一類(lèi)告警發(fā)生頻次及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

3.4.2 該段光路發(fā)生告警次數(shù)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)歷史告警表中1年內(nèi)光路兩端設(shè)備相關(guān)告警數(shù)量，并根據(jù)告警發(fā)生頻次來(lái)設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，即該光路告警發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表8所示。

表8 該段光路發(fā)生告警頻次及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

結(jié)合以上兩個(gè)告警統(tǒng)計(jì)及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，可以得出該段光路基于歷史告警的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ka，即：

3.5 基于光口性能風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

通過(guò)北向CORBA接口采集光路兩端光口的15 min平均發(fā)光功率和收光功率，于每日0點(diǎn)開(kāi)始采集任務(wù)，每2 h采集一次。設(shè)定設(shè)備A的發(fā)光功率為Pta、收光功率Pra，設(shè)備Z的發(fā)光功率為Ptz、收光功率Prz，可從光路的收光功率與門(mén)限值對(duì)比、收發(fā)纖芯的衰耗差值兩個(gè)維度來(lái)分析光口性能風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

3.5.1 光路的收光功率與門(mén)限值對(duì)比分析

根據(jù)廠家標(biāo)準(zhǔn)制定光口光功率預(yù)警門(mén)限，結(jié)合光路承載的業(yè)務(wù)類(lèi)型來(lái)制定風(fēng)險(xiǎn)規(guī)則，設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)即光口收光功率風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表9所示。

表9 光口收光功率與門(mén)限下限差絕對(duì)值及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

取兩端設(shè)備光口的收光功率最大風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，即可到該光路的光功率風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為：

3.5.2 收發(fā)纖芯的衰耗差值分析

光纜纖芯衰耗值為光口性能數(shù)據(jù)中端口的發(fā)光功率減去對(duì)端光口的收光功率，體現(xiàn)了光信號(hào)在傳輸?shù)乃ト醭潭龋ズ脑酱螅邮盏降墓庑盘?hào)越差。結(jié)合光路基礎(chǔ)模型，設(shè)定光路收發(fā)纖芯衰耗差值為，即光路A-Z與Z-A衰耗差的絕對(duì)值：

結(jié)合光路承載的業(yè)務(wù)類(lèi)型來(lái)制定風(fēng)險(xiǎn)規(guī)則，設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)即衰耗差風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表10所示。

表10 光路收發(fā)纖芯衰耗差值及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

結(jié)合上述光口光功率及光路衰耗差值分析，可得到基于光口性能的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，即：

4 可視化平臺(tái)展示

結(jié)合以上分析，可得出SDH光路的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，即：

基于基礎(chǔ)模型以及北向CORBA接口采集專(zhuān)業(yè)網(wǎng)管配置、告警、性能等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，搭建綜合網(wǎng)管平臺(tái)，對(duì)光路風(fēng)險(xiǎn)拓?fù)洹⒐饴凤L(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)列表以及光路風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)詳情進(jìn)行可視化展示。

圖3為光路風(fēng)險(xiǎn)拓?fù)鋱D展示，4種光路狀態(tài)采用不同形狀的線條進(jìn)行區(qū)分，可直觀判斷出光路風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高的光路段。當(dāng)光標(biāo)移至某光路段時(shí)，可展示出該段光路的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析。也可通過(guò)預(yù)測(cè)列表的形式展示出所有光路的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值及風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析，如圖4所示。

圖3 光路風(fēng)險(xiǎn)拓?fù)湔故?/p>

為了便于運(yùn)維人員有針對(duì)性地做出應(yīng)急預(yù)案，平臺(tái)相應(yīng)展示出了光路風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)詳情，如圖5所示。結(jié)合該段光路中存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患以及5個(gè)維度風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析的當(dāng)前狀態(tài)列表，給出相應(yīng)的處置建議。

圖 4 光路風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)列表

圖 5 光路風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)詳情

5 結(jié) 論

本文基于電力通信網(wǎng)中SDH光路的基礎(chǔ)資源、資源可用率、業(yè)務(wù)重載、歷史告警及性能數(shù)據(jù)等進(jìn)行多維分析，通過(guò)設(shè)定權(quán)重、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)則等，計(jì)算出光路的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。最后在可視化平臺(tái)中展示光路的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值及預(yù)測(cè)詳細(xì)等信息，便于運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握光路可能存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，及時(shí)有效地制定應(yīng)急措施及預(yù)案，確保電力通信網(wǎng)安全可靠的穩(wěn)定運(yùn)行。