基于態勢感知的光傳輸網絡預警平臺研究與應用

王劍 葛春雨 彭立軍 孫宇

（國網滁州供電公司，安徽滁州 239000）

0.引言

隨著現代科技的快速演變，通信技術也得到了前所未有的發展，光網絡作為通信網絡的重要組成部分，起著至關重要的作用。從國內網絡發展現狀來看，光網絡的覆蓋范圍隨著人們需求的增長而不斷的擴大。但在不斷擴大的同時，光網絡的故障運維壓力也在不斷增大[1]。

在日常監測過程中，一般用光信號質量衡量一段光纜傳輸的好壞，光信號質量好代表傳輸穩定，信號無丟失，反之這表示光纜傳輸較差或者存在故障。光功率作為光信號質量衡量的重要參數被用作光纜預警監測，目前大部分是通過人工設定預警閾值，當光功率達到預警閾值時產生告警，運維人員根據報警信息進行故障處理。這種處理形式僅僅發現已經出現故障的光纜，而不能提前預警，無法達到光纜安全運行的需求[2]。

本文圍繞光功率態勢感知預測算法進行研究，構建基于態勢感知的光傳輸網絡預警平臺，實現對光傳輸網絡缺陷預警和消缺，提高通信光纜的運行效率。

1.關鍵技術

1.1 總體思路

光傳輸網絡預警平臺通過對光傳輸網絡光功率的數據采集，經過光功率數據處理算法，定期進行光功率數據分析，形成周期內的功率曲線，動態展示網絡光信號的變化趨勢，結合專家庫，當光功率持續下降趨勢達到設置閾值，實現對光功率故障預警功能。

1.2 態勢感知

態勢感知的研究領域比較廣泛，人們對于態勢感知的定義和理解也有很大的不同，其中認同度較高的是Endsley博士所給出的動態環境中態勢感知的通用定義：態勢感知是感知大量的時間和空間中的環境要素，理解它們的意義，并預測它們在不久將來的狀態[3]。本文即通過態勢感知算法對光功率進行預測。

態勢感知總體過程可以分為以下4個過程：

（1）數據采集。綜合運用多種檢測工具，對影響系統安全性的各種要素進行檢測采集獲取，該步是態勢感知的前提；

（2）態勢理解。通過分類、加工、合并、關聯分析等手段對各種數據進行進行融合處理，對深度加工融合的信息進行綜合分析，得出整體狀況，該步是態勢感知基礎；

（3）態勢評估。對當前的狀態和薄弱環節進行定性、定量分析，并給出相應的解決措施，該步是態勢感知的核心；

（4）態勢預測。根據態勢評估給出的數據結論，對網絡安全狀況的發展趨勢進行預測，該步是態勢感知的目標。

1.3 北向接口CORBA

CORBA是對象管理組織（Object Management Group，OMG）提出的一種面向對象的中間件標準，能屏蔽底層硬件平臺和操作系統的差異性，實現分布式環境下客戶端與服務端的通信[4]。本文采用北向接口CORBA作為上層管理平臺與網絡設備之間的接口，如圖1。

圖1 北向接口位置

CORBA可以在任何平臺上運行，可以定位在網絡的任何地方，能夠使用任何有IDL（Interface Definition Language，接口定義語言）映射的語言。它的核心是一套標準的語言、接口和協議，以支持異構分布應用程序間的互操作性及獨立于平臺和編程語言的對象重用，同時具有很好的并發控制。IDL定義客戶和服務器之間的靜態接口，通過編譯生成客戶 stubs、服務器 skeleton，以及根據支持的語言進行映射，從而生成CORBA IDL的代碼。目前支持的語言映射有：Java、C++、Ada、Small Talk和 COBOL等。

2.光傳輸網絡預警平臺

2.1 平臺架構

依據光傳輸網絡運行預警需求，對平臺相關的技術進行研設計開發了基于態勢感知的光傳輸網絡預警平臺。平臺利用態勢感知技術為基礎建立全面預警體系，實現鏈路監測管理、會話管理、閾值管理和預警管理功能。

平臺架構如圖2，主要由數據管理層、數據處理層、平臺業務層三部分構成。數據管理層主要負責對光傳輸網絡數據接入和管理；數據層負責光功率數據分析及計算工作；展示層負責信息展示及異常告警等功能展現。

圖2 平臺架構

2.2 平臺功能

基于態勢感知的光傳輸網絡預警平臺包含鏈路監測管理、會話管理、閾值管理和預警管理功能如圖3所示。通過對光纜傳輸的光信號采集并進行光功率全面感知，對采集的光信號進行綜合診斷與分析，分析結果和報告進行綜合展示。

圖3 平臺功能

2.2.1 鏈路監測管理

鏈路監測通過心跳服務實現，心跳服務是指提供通道網及通道的連接情況的檢測服務。通過周期性的向與之相關聯的通道發送一個通知，在通知中傳送發送時間信息和系統標識信息，并通過檢測此通知可在通道的對端的系統判斷通道的運行狀況。

2.2.2 會話管理

北向接口通過會話管理功能實現平臺信息傳遞及遠程控制。

2.2.3 閾值管理

閾值管理為光信號故障提供閾值調節及對不同的光信號提供相應的閾值管理。當光功率趨勢持續下降趨勢達到設置閾值，實現對光功率故障預警功能。

2.2.4 預警管理

通過對光傳輸網絡光功率的數據采集，經過光功率數據處理算法，定期光功率數據進行態勢感知預測，得到網絡光信號的變化趨勢，實現對光功率故障預警功能，預警步驟如圖4。具體步驟如下：

圖4 預警步驟

步驟1：獲取當前時刻所有光纜的實際光功率；

步驟2：分別根據每段所描述光纜對應的實際光衰減、光功率等參數，通過態勢感知技術計算得到每段光纜的標稱光功率；

步驟3：以標稱光光功率為標準，為每段光纜設置閾值，與所獲取每段光纜的實際光功率自動進行比較；

步驟4：分別將獲取到的一段光纜的標稱光功率、閾值與實際光功率作為檢測結果進行輸出，并將比較結果超出閾值的光纜進行顏色標識，生成預警信息。

3.應用案例

在安徽滁州電力基于態勢感知的光傳輸網絡預警平臺應用。通過平臺應用在通信網絡單點或多點失效、單點環網、業務同纜情況下可自動進行可靠性分析，實現網絡多點檢修或者故障、環網同纜、光路主備同纜狀態下，通信網絡可靠性預測。經測算，通過平均每年可減少故障率超20次以上，直接和間接降低故障費用約150萬元。

4.結論

本文通過對光信號數據的采集，經過整理、篩選、甄別后，經態勢感知算法預測數據在將來一段時間變化趨勢，在超過安全運行門限值之前作預警判斷，及時對通信光纜、設備隱患進行安全預警，變被動響應為主動防御。下一步將持續以平臺為抓手，爭取為更多廠家接口提供服務，更加全面的對光傳輸網絡的運行狀態進行實時預警監控。