電力OTN骨干通信網風險預警分析及優化

陳亞琨 宋 騰 王一妹 李云松 毛 瑞

（1.鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州 450000；2.國網河南省電力公司信息通信公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

電力通信同時涉及了電力和通信兩大行業，在應用上有電力行業的特色，在技術上又受到通信行業技術發展的推動。隨著電網業務數字化進程的不斷加快，大量的業務數據對原有電力通信傳輸帶寬造成極大壓力，利用OTN技術，組建大顆粒、長距離的新型電力骨干通信網成為更多省級電網企業的必然選擇。

電信運營商的OTN網絡架構一經設計就是穩定的，但在電網的實際運行過程中，電網網架的不斷建設發展將導致OTN網絡結構的改變，必然影響網絡的節點、光信噪比（OSNR）等底層物理參數，直接決定了光路是否能夠正常運行。同時，對于主要承載電力通信業務的光傳輸網來說，檢修過程是無法避免的，本文將針對電網OTN高速率網絡的風險預警及優化開展研究，構建多維計算模型、對OTN網絡開展風險預警分析并提出優化建議，以指導OTN網絡的建設規劃，提高網絡的可靠性。

1 基于OSNR的OTN網絡優化

OSNR（光信噪比，Optical Signal Noise Ratio）是指在光有效帶寬為0.1nm內光信號功率和噪聲功率的比值，通常可以表示為輸出端信號功率和輸出端噪聲功率的比值。在電力通信網光傳輸網中，光通信站多為變電站，站間距離大，尤其是通信設備運行環境較好的高電壓等級變電站，站間距離甚至達到180～250 km，這給OSNR控制帶來了很大難度，如果工程設計不合理，則有可能導致部分光纜路由無法利用，或者導致OTN電中繼站點的無謂增加，造成投資浪費。所以在對OTN網絡結構進行優化時，考慮OSNR指標可以更利于優化OTN網絡。

OSNR的值與業務的質量緊密相關，OTN光網絡的OSNR必須大于18dB，若小于閾值，即使輸入光功率高于放大設備的最小額定輸入功率，也無法保證業務傳輸的穩定性和準確性。所以在優化OTN網絡結構時，將OSNR的值納入考慮范圍內，如果現有鏈路過長導致業務路由上某一跳不滿足最小額定輸入功率時，建議在該鏈路上新增一個光放大器乃至電中繼節點。

2 基于節點重要度的光傳輸網絡可靠性優化

節點重要度評價可以從兩個方面考察，從通信角度來看，可基于網絡凝聚度和割點來評價節點重要度，從電力角度來看，需基于電網生產要素來評價節點重要度。最后綜合這兩個方面來對電力通信網絡的節點重要度作出總體評價。

2.1 基于電網要素的節點重要度

將基于電網要素的節點重要度評價指標分為：站點等級要素、業務類型要素、故障概率要素。站點等級要素需要考慮站點電壓等級、站點規模、負荷等級；業務類型要素需要考慮電網業務分類、電網業務評價指標和電網業務重要度；節點發生故障的概率對該節點的節點重要度評估也有很重要的影響。比如相比于故障概率低的節點，故障概率高的節點對電力通信網絡的正常運轉和規劃有著更重要的影響，那么基于故障概率的節點重要度應該更高。通過統計故障率和修復率，可以評估節點的故障概率，進而得出基于故障概率的節點重要度。

2.2 基于節點重要度的網絡結構優化

通過以上方式計算出網絡拓撲中的節點重要度之后，針對那些重要度較高的節點采取設備備份或加強人員維護等措施，保證這些擁有高重要度的節點不輕易出現故障，或是在出現故障后能夠快速恢復而不影響傳輸網上這些節點承載的業務，從網絡架構的角度優化光傳輸網絡的可靠性。

3 基于N-X業務影響分析優化業務可靠性

3.1 N-X業務影響風險分析

N-X風險分析通過事先預設X個設備/光纖同時故障的方式，計算它們對電力系統安全運行相關的電力通信業務產生的影響及危害程度。

設系統中包含元器件/光纖的總數為N，Riskx為指定系統中的X個元器件/光纖發生故障而失效的風險值，系統總的風險可以近似表示成不同事件模式風險之和，表示指定的X個元器件/光纖同時失效的概率。

通過綜合N-X分析，可以掌握網絡系統的總風險以及X個設備失效后的網絡系統風險值，當X個設備同時失效時，網絡系統的總風險大大增加，則需要對這X個設備采取保護措施或是提供備用設備，以降低它們故障的概率以及因故障中斷后恢復的速度，從而減少對業務的影響，優化光傳輸網的網絡可靠性。

3.2 檢修模式下的N-X可靠性評估

在電力通信傳輸網中更多出現的是因為檢修出現的N-X情況，而對于主要承載電力通信業務的光傳輸網來說，檢修過程是無法避免的，在正常電力通信網運行時，由于有自愈環的存在，當業務運行路由中某處設備或鏈路出現故障時，系統會自動倒換，保證業務的正常運行，所以，在這樣的情況下，出現風險的次數非常少。而在N-X檢修模式下，因為X處的檢修，就會有若干業務的備用路由無法使用，或者若干業務的若干設備或鏈路是核心重合處，則一旦主路由某處出現故障，或者核心重合處出現故障，若干業務就會中斷，就會產生風險。分析檢修模式下的N-X，可以更好地掌握網絡情況，解決由于檢修帶來的業務可靠性問題。圖1為N-X風險預警機制框圖。

圖1 N-X風險預警機制框圖

為了滿足N-X檢修模式下的電力通信網運維需求，首先對檢修任務本身的風險進行評估，分析其可能存在的風險，并給出改善建議；然后，在電力通信網執行X處檢修任務后分析X處檢修工作對業務的影響情況，列表給出業務及其對應的不可再檢修的設備和鏈路。

算法流程如下：

步驟1：導入模塊。導入數據庫中的業務路由信息表，存儲到設計好的數據結構中。

步驟2：遍歷檢索模塊。遍歷業務路由信息表，檢索出0備用路由業務，給出0備用路由業務列表及對應主路由；檢索出n+1重合路由業務，給出n+1重合路由業務列表及重合處；如果是初始化的遍歷檢索，則無檢修前后的風險值對比，是全網初始化的風險值累加；否則的話累加所有風險業務的風險值，給出檢修前后網絡風險值的對比。

步驟3：輸入模塊。運維人員輸入檢修任務或者選擇恢復。如果是檢修任務，則執行步驟4，否則執行步驟5；

步驟4：檢修處理模塊。首先對檢修任務進行評估，分析可行性。如果不可行，則給出原因和改善建議，并進入步驟2；否則進入檢修處理，將相應受影響業務的3種路由進行調整，然后進入步驟2。

步驟5：恢復模塊。（輸入的必須是處于檢修狀態的，即X的檢修狀態=1，否則將會重新輸入）將相應恢復的業務的3種路由進行調整，然后進入步驟2。

最核心的模塊便是檢修處理模塊，在接受檢修任務后，將業務的故障路由包括主路由或備用路由移入檢修路由。并將沒有主路由的業務的備用路由（選一條）移入主路由，保證業務正常運行。

恢復模塊不僅僅可以發布檢修任務，還可以進行恢復。將修復好的故障路由從檢修路由移入備用路由，為下一次檢修任務更好地執行做好準備。算法流程圖如圖2所示。

圖2 恢復模塊流程圖

通過檢修模式下N-X分析，可以了解對不同設備檢修時網絡的風險，提前采取相應的措施，可以在對某些設備檢修時，降低網絡系統的風險度，優化光傳輸網業務可靠性。

4 結論

本文針對電力OTN骨干通信網的風險預警分析及優化開展研究，提出光信噪比、節點重要度、檢修條件下N-X業務影響分析等多維模型，為電力OTN骨干通信網絡的安全、高效運行提供一種可靠的監控管理技術手段，并且在最小化網絡風險的基礎上給出有效的路由優化方案。在滿足電網生產業務需求基礎上，提高系統安全管理水平和運行維護效率，對于促進河南電力通信網絡的建設和應用具有重要意義。