基于OTN技術(shù)的電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施

盛慶圓

湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司 湖北 武漢 430023

引言

歷經(jīng)PDH、SDH、WDM系統(tǒng)后，光纖網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)能力實現(xiàn)了進(jìn)一步提升，帶寬不足的問題得到妥善解決。然而，當(dāng)前時代下網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)增長不斷，寬帶傳輸中也逐漸顯露出一系列缺陷，無法支持?jǐn)?shù)字化、高清晰、綜合化業(yè)務(wù)管理與接入，光傳輸網(wǎng)也因此誕生。光傳輸網(wǎng)是以光電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢為基礎(chǔ)，通過一組光纖負(fù)責(zé)連接，是由光網(wǎng)單元組成并面向用戶提供以光通道為基礎(chǔ)的信號復(fù)用、傳送、管理等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，目前已廣泛應(yīng)用于城域網(wǎng)建設(shè)之中。

1 基于OTN技術(shù)的電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分析

在電力通信網(wǎng)絡(luò)的實際發(fā)展中，會衍生出各種服務(wù)，每一項業(yè)務(wù)都會對電力通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一定的影響。為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，必須科學(xué)處理各種業(yè)務(wù)問題。通過深化對現(xiàn)有分析的分析來制定有效的解決方案。電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)根據(jù)實際應(yīng)用可分為控制電力生產(chǎn)計劃和管理信息。電力系統(tǒng)必須完美平衡發(fā)電、供電和功耗。要實現(xiàn)快速發(fā)電，需要逐步完善和優(yōu)化電力業(yè)務(wù)，確保發(fā)電、供電、用電。發(fā)電調(diào)度業(yè)務(wù)涵蓋供電、繼電保護(hù)、電能質(zhì)量檢測等廣泛領(lǐng)域。調(diào)度業(yè)務(wù)能有效解決設(shè)備運行事故，提高管理水平，以便使系統(tǒng)安全變得更為可靠，也使采集得到的有關(guān)數(shù)據(jù)在質(zhì)量方面能夠有保證。同時，信息業(yè)務(wù)范圍相對較廣，借助于科學(xué)分析的手段，采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，能夠極大地提升運行安全行，并使網(wǎng)絡(luò)更為穩(wěn)定，使其服務(wù)水平變得更理想，有助于電力行業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。在業(yè)務(wù)的具體開發(fā)期間，在時延方面的要求不是很嚴(yán)格，但對傳輸性能的要求卻比較高。

2 OTN技術(shù)概述

2.1 OTN技術(shù)概念

中國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，相對的客戶需求也在急劇增加。多樣化和高帶寬是通信行業(yè)的標(biāo)志，如何接入各種業(yè)務(wù)，傳輸高帶寬業(yè)務(wù)是通信運營面臨的主要問題。目前的通信傳輸技術(shù)是基于SDH技術(shù)，但是SDH技術(shù)的弱點是在業(yè)務(wù)需求方面逐漸不足[1]。SDH技術(shù)是具有良好的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理、編程和保護(hù)能力。主要是由VC12、VC4等業(yè)務(wù)完成，整個SDH網(wǎng)絡(luò)最大容量為10GE。面對多元化和高帶寬業(yè)務(wù)，其技術(shù)能力逐漸不足。OTN是一種基于光層技術(shù)，具有多波長傳輸和大粒子編程的應(yīng)用能力，結(jié)合SDH和WDM的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)電/光層子波長交叉編程，具有SDH技術(shù)字節(jié)、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理能力等，并且催生了強大網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理新一代，提供了多樣化和高帶寬的現(xiàn)代化傳輸網(wǎng)絡(luò)。OTN設(shè)備將波長級別的編程和保護(hù)成為可能，也是一種可行的應(yīng)用方法。

2.2 OTN的技術(shù)特點和優(yōu)勢

OTN技術(shù)是基于SDH和WDM的傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。SDH同步數(shù)字系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)定義的，并為以不同速率傳輸信號提供了適當(dāng)?shù)男畔⒔Y(jié)構(gòu)。信息結(jié)構(gòu)層為STM-N同步傳輸模塊。SDH技術(shù)體系包括同步、復(fù)用和映射等標(biāo)準(zhǔn)，以及光接口和強大的網(wǎng)管特性，具有高可靠性和多樣性的保護(hù)功能。WDM波分復(fù)用是將兩個或多個不同波長的光信號通過復(fù)用技術(shù)合并到光纖中，在接收端使用解復(fù)用將信號分離并恢復(fù)[2]。WDM波分復(fù)用技術(shù)是在同一根光纖上傳輸多個不同的光信號。每個波長通道采用頻域劃分，波長通道占用一部分帶寬。WDM根據(jù)信道間隔的不同，進(jìn)一步分為稀疏波分復(fù)用和密集波分復(fù)用。

2.3 基于OSNR的OTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

OSNR（光信噪比，Optical Signal Noise Ratio）是指在光有效帶寬為0.1nm內(nèi)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(wǎng)光傳輸網(wǎng)中，光通信站多為變電站，站間距離大，尤其是通信設(shè)備運行環(huán)境較好的高電壓等級變電站，站間距離甚至達(dá)到180～250km，這給OSNR控制帶來了很大難度，如果工程設(shè)計不合理，則有可能導(dǎo)致部分光纜路由無法利用，或者導(dǎo)致OTN電中繼站點的無謂增加，造成投資浪費。所以在對OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時，考慮OSNR指標(biāo)可以更利于優(yōu)化OTN網(wǎng)絡(luò)。OSNR的值與業(yè)務(wù)的質(zhì)量緊密相關(guān)，OTN光網(wǎng)絡(luò)的OSNR必須大于18dB，若小于閾值，即使輸入光功率高于放大設(shè)備的最小額定輸入功率，也無法保證業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性[3]。所以在優(yōu)化OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，將OSNR的值納入考慮范圍內(nèi)，如果現(xiàn)有鏈路過長導(dǎo)致業(yè)務(wù)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(jié)點。

2.4 OTN技術(shù)組成內(nèi)容

OTN由光信道層、光復(fù)用層和光傳輸層三個關(guān)鍵內(nèi)容組成，支持OTN分層管理，能賦予OTN較強生存性保障，并達(dá)成光復(fù)用傳輸?shù)哪繕?biāo)。光信道層中，其宗旨在于面向客戶提供光纖交叉調(diào)度、光纖備份和連接與監(jiān)控及恢復(fù)光層保護(hù)功能等，能支持多用戶同時接入。其功能表現(xiàn)在兩方面：一是光信道支持重新連接，可增強網(wǎng)絡(luò)路由靈活性；二是光信道層包頭有待處理的需要，經(jīng)處理后可增強通信處理功能。光復(fù)用層中，能夠充分展現(xiàn)波長復(fù)用的功能，實現(xiàn)多元化數(shù)據(jù)的有效傳播，從而源源不斷地為光通信管理供應(yīng)其需求的波道帶寬，同時能夠有效保障波分復(fù)用的安全性，并提供完善的恢復(fù)服務(wù)。結(jié)合有關(guān)光復(fù)用層的實踐調(diào)研結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，光復(fù)用層的功能主要由光復(fù)用段層操作管理維護(hù)和光復(fù)用層包頭處理等。光傳輸階段中，由于光信號可承載或傳輸于類型不一的介質(zhì)中，因此具備傳輸數(shù)據(jù)和信號等一系列功能[4]。在實踐應(yīng)用光傳輸層時，能呈現(xiàn)出完整的適配信息，同時在光放大器和中繼器等方式的應(yīng)用下，能夠進(jìn)一步放大光波，從而達(dá)成檢測、管理及控制能相關(guān)的功能。

2.5 OTN的組網(wǎng)模式

目前，OTN技術(shù)主要有全光終端復(fù)用設(shè)備組網(wǎng)、全光分叉復(fù)用設(shè)備、光終端復(fù)用設(shè)備與光分叉復(fù)用設(shè)備混合組網(wǎng)3種組網(wǎng)方式。全光終端復(fù)用設(shè)備組網(wǎng)在電力通信系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，這種組網(wǎng)的連接方式是點對點，并且與WDM網(wǎng)絡(luò)能夠相互兼容，主要通過中繼光轉(zhuǎn)換單元或背靠背轉(zhuǎn)換單元實現(xiàn)節(jié)點之間的電中繼[5]。在電力通信網(wǎng)中OTN經(jīng)常被用在中心節(jié)點，因為它在光層方面具有強大的處理信號能力，可以傳輸大顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且具有很好的兼容性。

3 基于OTN技術(shù)的電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

首先，每個通信站點都有骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、縣域網(wǎng)等幾套傳輸設(shè)備，光纜進(jìn)入通信站點之后，SDH設(shè)備要占用纖芯，并且繼電保護(hù)設(shè)備還需專用纖芯，這就大大降低了光纖利用率，各個通信站之間相連的光纜纖芯數(shù)量有限，這種連接方式不能對有限的纖芯資源進(jìn)行高效利用，不能滿足迅速發(fā)展的電力通信網(wǎng)對光纜纖芯數(shù)量的需求，也不能對光纖進(jìn)行OAM管理。其次，由于傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)種類較多，業(yè)務(wù)接口方式不一致，不利于進(jìn)行業(yè)務(wù)統(tǒng)計及調(diào)整，這樣會大大增加運行維護(hù)人員的工作難度和強度，提高了工作出現(xiàn)錯誤的概率[6]。最后，隨著電網(wǎng)快速發(fā)展，規(guī)模越來越大，新增的通信站數(shù)量不斷增多，導(dǎo)致SDH設(shè)備支路板的業(yè)務(wù)量也急速增加，但SDH設(shè)備支路板交叉容量有限，最多能提供63個業(yè)務(wù)端口的接入，如果接入業(yè)務(wù)達(dá)到交叉容量上限，則無法繼續(xù)交叉復(fù)用，不能對業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，阻礙電力通信網(wǎng)的發(fā)展。

3.2 網(wǎng)絡(luò)路由的合理優(yōu)化

在原始網(wǎng)絡(luò)路由操作中，不平衡的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載會對路由系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。要有效解決這個問題，需要充分了解網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)載均衡指標(biāo)。在網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化設(shè)計中，可以基于服務(wù)分發(fā)機制的應(yīng)用，科學(xué)地探究各方面的因素給網(wǎng)絡(luò)路由所帶來的不利影響。接著，需要對這些因素做好管控，從而讓網(wǎng)絡(luò)路由所收到的干擾盡可能地減少，使其優(yōu)化設(shè)計水平變得更高。在這個階段，具體的優(yōu)化問題可以轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化過程中的數(shù)學(xué)線性規(guī)劃問題。它在計算時可以有效地解決多目標(biāo)優(yōu)化問題，但隨機性強，收斂性較差[7]。還能夠借助于蟻群算法的功能，對網(wǎng)絡(luò)路由加以優(yōu)化。這種方法應(yīng)該在資源分配和規(guī)劃方面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路由資源分配。盡管可以在某種意義上應(yīng)對負(fù)載均衡方面的問題，然而，此類手段對業(yè)務(wù)功能并未加以很好地考慮，這就使得線路可靠性不夠理想。在實際的技術(shù)優(yōu)化階段，借助于網(wǎng)絡(luò)路由業(yè)務(wù)的作用，依靠科學(xué)的算法，有效地構(gòu)建起同路由優(yōu)化存在著緊密關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型。在模型構(gòu)建的時候，可借助于定義圖位移對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼右员硎尽Ｔ诰W(wǎng)絡(luò)中光纜組件的研究過程中，可以利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D對模型進(jìn)行處理，形成重要的矩陣。在這種情況下，我們可以顯示兩個節(jié)點的連接關(guān)系矩陣，得到那些節(jié)點的值。在OTN技術(shù)的應(yīng)用過程中，每條光纜實際提供的服務(wù)數(shù)量是有限的。在計算中，這個限制可以表示為一個特定的值，產(chǎn)生不同節(jié)點執(zhí)行的服務(wù)數(shù)量之間的特定關(guān)系[8]。在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)路由的過程中，只需要減少每條線路執(zhí)行的服務(wù)數(shù)量的分布不均，就可以平衡整體負(fù)載，避免個別線路負(fù)載過大的風(fēng)險。

3.3 光放大器系統(tǒng)配置優(yōu)化

在光放大器系統(tǒng)優(yōu)化配置過程中，線路跨度較大，數(shù)量較多，因此為保證配置方案的科學(xué)性，應(yīng)根據(jù)光放大器的特點制定合理的配置方案。配置計劃。光放大器：①線路跨距損耗30-35dB時無須設(shè)置反向拉曼放大器，保持非電繼電器小于7段。②跨度損耗在40-45dB時，主要設(shè)置反向拉曼放大器，保持非電氣繼電器小于3段。③線路跨度損耗在45-50dB之間時，拉曼放大器必須按照配置根據(jù)具體情況你可以決定是否做。非電氣繼電器必須小于1段。④如果線路跨度損耗大于50dB，必須同時配置光放大器、正向拉曼、反向拉曼和振動泵。其他放大設(shè)備綜合應(yīng)用，無線電中繼必須控制在1段以下。在優(yōu)化光放大系統(tǒng)配置的過程中，嚴(yán)格遵守適用要求和應(yīng)用規(guī)范，才能保證光放大系統(tǒng)的充分應(yīng)用效益和電力傳輸通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化效益[9]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在電力通信方面，應(yīng)當(dāng)加強在傳輸網(wǎng)絡(luò)方面研究，重視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步合理優(yōu)化，加強網(wǎng)絡(luò)路由以及相關(guān)系統(tǒng)的科學(xué)優(yōu)化與有效管理，以便讓電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量更高。在實際的優(yōu)化管理當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步了解網(wǎng)絡(luò)運行期間的一些具體問題，并結(jié)合今后的通信要求與制定出來的目標(biāo)，加深對網(wǎng)絡(luò)的了解，并做好優(yōu)化工作。同時，優(yōu)化手段需要有所保障，同時也應(yīng)當(dāng)具備足夠的拓展空間。唯有如此，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的運用，才可以同電力通信企業(yè)更好地進(jìn)行匹配，從而為企業(yè)持續(xù)發(fā)展提供足夠的助力，這也對企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展與進(jìn)步有著不可忽視的價值。