廣澤晶，樊秀娟，唐 佳，張 寧，郭小溪，李成巍，崇祝磊

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基于設(shè)備狀態(tài)的通信業(yè)務(wù)可靠性分析及路由優(yōu)化技術(shù)研究

廣澤晶1，樊秀娟1，唐 佳1，張 寧1，郭小溪1，李成巍1，崇祝磊2

（1. 國家電網(wǎng)公司信息通信分公司，北京 100761；2. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司信息通信分公司，江蘇 210000）

電力通信業(yè)務(wù)包括電網(wǎng)調(diào)度通信業(yè)務(wù)和企業(yè)經(jīng)營業(yè)務(wù)，保證電網(wǎng)安全和企業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著電力通信網(wǎng)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)通道的數(shù)量和種類也快速增加，相應(yīng)運(yùn)行方式也日趨復(fù)雜。為了保障電力通信業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運(yùn)行，通道路由的可靠有效尤為重要。本文從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，通過對在網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、智能決策等手段開展業(yè)務(wù)通道路由分析，為新增業(yè)務(wù)提供承載通道和調(diào)整已有業(yè)務(wù)的承載通道路由。

設(shè)備狀態(tài)；可靠性分析；路由優(yōu)化

0 引言

電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，其承載的通信業(yè)務(wù)主要是與電力生產(chǎn)、運(yùn)行相關(guān)的通信業(yè)務(wù)，包括繼電保護(hù)業(yè)務(wù)、安全自動(dòng)裝置業(yè)務(wù)、自動(dòng)化業(yè)務(wù)等，這些業(yè)務(wù)對通道路由可靠性有特殊要求，通道路由是否可靠會直接影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，針對電力通信業(yè)務(wù)的可靠性分析及優(yōu)化研究是十分必要的。

對通信業(yè)務(wù)的可靠性分析，已經(jīng)取得了較多的研究成果[1-4]，分別從脆弱性分析、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)機(jī)制進(jìn)行了討論。文獻(xiàn)[5-6]給出了SDH傳輸系統(tǒng)低時(shí)延優(yōu)化與設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)[7]在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場環(huán)境中對E1業(yè)務(wù)通道時(shí)延特性進(jìn)行了測試，得出了線路/光路中斷以及設(shè)備停復(fù)機(jī)對通道時(shí)延的影響較?。ㄒ话阈∮?0ms），SDH同步解列對時(shí)延的影響較大（約20ms），所以利用SDH傳遞時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格要求SDH通信系統(tǒng)同步。在SDH網(wǎng)絡(luò)的缺陷分析研究[8]也給出了一些結(jié)論。

上述的研究方向及研究工作主要主要針對網(wǎng)絡(luò)本身固有的可靠性測算方法，沒有結(jié)合設(shè)備狀態(tài)對路由進(jìn)行分析研究。本文基于電力通信網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，通過對在網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、智能決策等手段，開展業(yè)務(wù)通道路由分析，為新增業(yè)務(wù)提供承載通道和調(diào)整已有業(yè)務(wù)的承載通道路由。

1 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的資源調(diào)配和方式管理模式是在受理業(yè)務(wù)申請之后，由專職人員利用靜態(tài)的表格、圖形資料，根據(jù)自己對通信網(wǎng)絡(luò)的掌握和認(rèn)知設(shè)計(jì)通道路由，手工編寫方式方案、繪制路由圖，完成方式單的編制，而后由現(xiàn)場實(shí)施人員按照方式設(shè)計(jì)方案完成網(wǎng)絡(luò)資源的連接或配置。這種工作模式存在網(wǎng)絡(luò)資源信息數(shù)據(jù)相對分散，難以全面、快速查詢掌握網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀；完全依賴人工進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，難以快速、準(zhǔn)確、優(yōu)化的設(shè)計(jì)調(diào)度方案；現(xiàn)場施工與調(diào)度方案間誤差難以追蹤，為業(yè)務(wù)保障留下隱患；對方式編制人員的專業(yè)技能要求高，資源調(diào)配的水平完全依賴于編制人員的專業(yè)水平等一系列問題。

通信管理系統(tǒng)可輔助方式專責(zé)規(guī)劃業(yè)務(wù)路由、分配通道路徑，但在編制方式方案時(shí)，主備用通道拆分為不同的業(yè)務(wù)錄入系統(tǒng)，缺少對設(shè)備狀態(tài)的考慮，系統(tǒng)無法自動(dòng)識別業(yè)務(wù)的主備通道，需要人為判斷通道的可靠性，對方式編制人員熟悉網(wǎng)絡(luò)信息的要求比較高，方式編制方案的質(zhì)量受人為因素影響比較大。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)建、業(yè)務(wù)數(shù)量的增長，通信網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布不均衡、通道路由分配不合理的情況會逐漸增多。如不及時(shí)對現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，通信業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行會受到影響。目前在通信網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)管理工作過程中存在以下幾個(gè)問題：

（1）繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置等業(yè)務(wù)在編制方式方案時(shí)，主備用通道拆分為不同的業(yè)務(wù)錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)無法自動(dòng)識別業(yè)務(wù)的主備通道，需人工將主備用通道合并為一條業(yè)務(wù)。

（2）由問題1導(dǎo)致，系統(tǒng)無法自動(dòng)識別業(yè)務(wù)主備通道是否存在同纜同站的情況；在編制備用通道時(shí)，系統(tǒng)無法與主用通道路徑區(qū)分，智能化輔助編制功能無法排除同纜同站的路由，需人工干預(yù)判斷。方式方案編制的質(zhì)量受人為因素影響比較大。

（3）因業(yè)務(wù)開通時(shí)間要求，在通信網(wǎng)絡(luò)資源無法完全滿足要求的情況下開通業(yè)務(wù)通道，業(yè)務(wù)通道不完全滿足N-1規(guī)范要求、業(yè)務(wù)通道分布在業(yè)務(wù)負(fù)載較重的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

2 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

2.1 設(shè)備狀態(tài)研究對象

設(shè)備狀態(tài)的研究對象主要包括各類光纜和設(shè)備、板卡、端口、電源模塊運(yùn)行狀態(tài)、鏈路狀態(tài)、動(dòng)力環(huán)境變量等。

SDH（含MSTP）對象主要包括:運(yùn)行環(huán)境、光接口運(yùn)行情況、電接口運(yùn)行情況、設(shè)備時(shí)鐘情況、電源電壓五個(gè)方面。其中運(yùn)行環(huán)境包括設(shè)備溫度、溫度變化率；光接口運(yùn)行情況包括發(fā)送光功率、接收光功率、光功率變化率、光誤碼率；電接口運(yùn)行情況包括電接口誤碼率；設(shè)備時(shí)鐘情況包括時(shí)鐘的精度等級；電源電壓包括電壓范圍接近度、電壓變化率[9]。

OTN對象主要包括：電源、板卡、光路、監(jiān)控四個(gè)方面狀態(tài)量；其中電源狀態(tài)量報(bào)告電源電壓，主控板電池電量；板卡狀態(tài)量包括風(fēng)扇狀態(tài)、單板工作狀態(tài)、總線狀態(tài)、單板間通信情況、工作溫度；光路狀態(tài)量報(bào)告光路光功率，單波長光功率，光路誤碼率，單波長誤碼率，激光器光功率，光路光功率變化情況，單波長光功率變化情況，光路誤碼率變化情況，單波長誤碼率變化情況，激光器光功率變化情況；監(jiān)控狀態(tài)量包括網(wǎng)管和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元或本網(wǎng)元和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元連接通道誤碼率以及誤碼率變化情況。

光纜對象主要包括：纖芯衰耗、衰耗變化。

2.2 設(shè)備狀態(tài)分級

為明確、量化的劃分傳輸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的級別[10]，通過對性能越限率、性能重要性以及設(shè)備重要性的綜合計(jì)算得出，作為分級的量化標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)性能預(yù)警指標(biāo)為Α、性能越限率為Τ、性能重要性為Ν、設(shè)備重要性為Β，具體計(jì)算公式如下：

Α=(1+Τ)?Ν?Β （1）

其中性能越限率Τ根據(jù)性能閾值和實(shí)際值的偏差計(jì)算得出，性能重要性Ν根據(jù)廠家和設(shè)備定義在性能規(guī)則管理中人工設(shè)定，設(shè)備重要性Β則根據(jù)如下公式計(jì)算得出：

Β=(δ?η)/g^2?m￠/m（2）

其中γ為設(shè)備總帶寬、δ為占用總帶寬、η為高階通道總帶寬，μ為承載業(yè)務(wù)數(shù)量、μ￠為承載重要業(yè)務(wù)數(shù)量。

根據(jù)以上公式進(jìn)行計(jì)算得出性能預(yù)警指標(biāo)，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分級，可以分為正常、異常、告警三種狀態(tài)。

正常狀態(tài)：自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的數(shù)值沒有超過設(shè)置的異常狀態(tài)和告警狀態(tài)門限值，數(shù)值變化穩(wěn)定，不存在運(yùn)行安全隱患。

異常狀態(tài)：自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的數(shù)值超過設(shè)置的異常狀態(tài)門限值，但沒有超過設(shè)置的告警狀態(tài)門限值，通信設(shè)施的性能指標(biāo)雖受一定的影響，但變化趨勢尚不會影響通信設(shè)施的安全運(yùn)行。

告警狀態(tài)：自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的數(shù)值超過設(shè)置的告警狀態(tài)門限值，已影響通信設(shè)施的性能指標(biāo), 設(shè)施只能短期運(yùn)行，無法承載業(yè)務(wù)。

2.3 最短路徑算法-Dijkstra算法

最短路徑算法是計(jì)算指定兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最短路徑，輸入?yún)?shù)是起止節(jié)點(diǎn)，輸出結(jié)果是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最短路徑。

Dijkstra算法是典型最短路算法。Dijkstra算法特點(diǎn)是以起始點(diǎn)為中心向外層層擴(kuò)展，直到擴(kuò)展到終點(diǎn)為止。Dijkstra算法的計(jì)算過程采用兩個(gè)集合或兩個(gè)表方式表述，以T1，T2表方式為例介紹計(jì)算過程，首先創(chuàng)建兩個(gè)表：T1，T2。T1表保存所有已生成而未考察的節(jié)點(diǎn)，T2表中記錄已訪問過的節(jié)點(diǎn)。計(jì)算過程如下：

（1）從起始點(diǎn)開始，查詢通信網(wǎng)中里與起始點(diǎn)直接相連的點(diǎn)，把起始點(diǎn)放在T2表中，把與起始點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)放入T1表中等待檢查，同時(shí)記錄各節(jié)點(diǎn)距起始點(diǎn)的距離。

（2）從T1表中找出距起始點(diǎn)最近的點(diǎn)，找出這個(gè)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)，判斷子節(jié)點(diǎn)是否是目標(biāo)點(diǎn)，如果不是目標(biāo)點(diǎn)則把這個(gè)點(diǎn)放到T2表中，并記錄該節(jié)點(diǎn)到起始點(diǎn)經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)；遍歷考察放入T2表中節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。求出這些子節(jié)點(diǎn)距起始點(diǎn)的距離值，把子節(jié)點(diǎn)到T1表中。

（3）重復(fù)2步。直到T1表為空，或找到目標(biāo)點(diǎn)。

由于Dijkstra算法遍歷計(jì)算的節(jié)點(diǎn)很多，效率比較低。對Dijkstra算法做改善，有一些新的算法產(chǎn)生，例如A*（A-Star）算法，公式表示為：

f(n)=g(n)+h(n) （3）

其中：

f(n)是節(jié)點(diǎn)n從初始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的估價(jià)函數(shù)；

g(n)是在狀態(tài)空間中從初始節(jié)點(diǎn)到n節(jié)點(diǎn)的實(shí)際代價(jià)；

h(n)是從n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)最佳路徑的估計(jì)代價(jià)。

2.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

北向接口是設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)提供的與上層通信管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的接口。系統(tǒng)通過該接口實(shí)現(xiàn)對通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視及性能參數(shù)的獲取。系統(tǒng)通過規(guī)范設(shè)備網(wǎng)管北向接口、定義數(shù)據(jù)格式與通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)管與綜合網(wǎng)管之間數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化。目前主流的北向接口主要分為通用標(biāo)準(zhǔn)接口和專用私有協(xié)議接口。

通用標(biāo)準(zhǔn)接口：指國際公認(rèn)的網(wǎng)管系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，交互內(nèi)容包括配置、故障、性能數(shù)據(jù)，交互方式包括查詢和推送。主流的接口規(guī)范包括：MTNM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（基于CORBA接口）、SNMP、IPNM、CMIP、MTOSI標(biāo)準(zhǔn)（XML北向接口）等。

專用私有協(xié)議接口：通信設(shè)備廠家自定義實(shí)現(xiàn)的北向接口，標(biāo)準(zhǔn)化程度低、種類繁多，主要包括TCP、UDP、telnet、文件服務(wù)、SYSLOG、數(shù)據(jù)庫直接訪問等方式，數(shù)據(jù)的交互過程由各廠家網(wǎng)管自行規(guī)定。

3 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析

3.1 針對通道路徑搜索算法的設(shè)計(jì)

路徑分析應(yīng)能夠根據(jù)多個(gè)參數(shù)綜合分析出若干條兩端網(wǎng)元設(shè)備間可達(dá)的傳輸路徑供設(shè)計(jì)人員選擇，設(shè)計(jì)人員也可以人工調(diào)整路徑。分析參數(shù)包括：線路等級要求（例如220 kV以上）、光纜類型（如OPGW）、覆蓋傳輸系統(tǒng)（允許多個(gè)系統(tǒng)綜合分析）等。對分析出的路徑，應(yīng)能夠按照：最小節(jié)點(diǎn)、最短長度、最低衰耗、最低隱患等因素排序顯示。路徑應(yīng)包含每一節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息，并能夠與光纜邏輯圖聯(lián)動(dòng)，圖形化的現(xiàn)實(shí)線路的走向。

3.2 針對網(wǎng)絡(luò)調(diào)整影響業(yè)務(wù)算法的設(shè)計(jì)

調(diào)整影響業(yè)務(wù)跟進(jìn)調(diào)整點(diǎn)分析出影響到的業(yè)務(wù)信息，運(yùn)維人員可選擇業(yè)務(wù)調(diào)整該業(yè)務(wù)路由，在路由調(diào)整過程中，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)整點(diǎn)向運(yùn)維人員推薦可調(diào)整至的路徑。系統(tǒng)根據(jù)調(diào)整點(diǎn)分析出影響到的物理資源，包括設(shè)備、板卡和端口，由物理資源分析影響的通道和業(yè)務(wù)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生調(diào)整時(shí)，需要對網(wǎng)絡(luò)調(diào)整點(diǎn)相關(guān)的業(yè)務(wù)進(jìn)行停閉和重新開通。但這種停閉和開通業(yè)務(wù)，往往很多新開業(yè)務(wù)的路由需要利用舊業(yè)務(wù)停閉路由的一部分。

業(yè)務(wù)局向?yàn)锳-F和A-M的原路由為藍(lán)色和紅色路由。網(wǎng)絡(luò)調(diào)整后，業(yè)務(wù)F端和M端不發(fā)生變化，但需要將落地點(diǎn)A端開到G點(diǎn)。新開業(yè)務(wù)利用了紅色路由，只是新開了綠色路由。

對于該類業(yè)務(wù)，本項(xiàng)目將通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)整影響業(yè)務(wù)分析功能，計(jì)算出影響的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)調(diào)整后可用路徑。

圖1 業(yè)務(wù)通道路由選擇示意圖

3.3 針對網(wǎng)絡(luò)調(diào)整影響業(yè)務(wù)算法的設(shè)計(jì)

方式編制功能和網(wǎng)絡(luò)調(diào)整流程是資源調(diào)度模塊的兩個(gè)功能項(xiàng)。資源調(diào)度方式管理的核心工作是響應(yīng)電網(wǎng)各專業(yè)部門對通信通道的需求，應(yīng)用通信專業(yè)知識和數(shù)據(jù)信息，編制通信資源調(diào)配使用方案，并通過流程化的校核、審批、執(zhí)行，完成通信通道的開通、變更、退出。

其業(yè)務(wù)需求主要來自新業(yè)務(wù)開通和已有業(yè)務(wù)保障兩方面。如下圖所示：

圖2 新業(yè)務(wù)通道開通示意圖

電網(wǎng)各專業(yè)部門（如繼電保護(hù)、安穩(wěn)控制、自動(dòng)化等）的生產(chǎn)運(yùn)行需要通信部門提供通信通道，這包括開通新的業(yè)務(wù)通道和保障已有的業(yè)務(wù)通道兩方面。

新業(yè)務(wù)開通方面，根據(jù)不同部門的應(yīng)用需要，通信部門應(yīng)通過資源的調(diào)度分配，提供包括光纜、專用光纖、傳輸通道等不同類型的通信通道。

業(yè)務(wù)保障方面，包括業(yè)務(wù)故障修復(fù)和網(wǎng)絡(luò)/線路優(yōu)化兩類。業(yè)務(wù)故障修復(fù)是在業(yè)務(wù)通道出現(xiàn)受損甚至中斷的情況下，應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)的資源調(diào)度，快速回復(fù)業(yè)務(wù)運(yùn)行；網(wǎng)絡(luò)/線路優(yōu)化是為了提高業(yè)務(wù)通道服務(wù)質(zhì)量而進(jìn)行的資源調(diào)配使用的調(diào)優(yōu)。

4 結(jié)論

綜合電網(wǎng)各專業(yè)部門對通信通道的需求和業(yè)務(wù)保障的相關(guān)要求，可通過對在網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、智能決策等手段開展業(yè)務(wù)通道路由分析，為新增業(yè)務(wù)提供承載通道，并對已有業(yè)務(wù)的承載通道路由進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

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Research on Reliability Analysis and Routing Optimization of Communication Services Based on Device State

GUANG Ze-jing1, FAN Xiu-juan1, TANG Jia1, ZHANG Ning1, GUO Xiao-xi1, LI Cheng-wei1, CHONG Zhu-lei2

(1. State Grid Information & Telecommunication Branch, BeiJing 100761, China; 2. State Grid Jiangsu electric Power Company, Nanjing 210000, China;)

The power communication business includes power dispatching communication business and business operation to ensure the safety of power grid and efficient operation of the enterprise. With the rapid development of power communication network, the number and type of business channels have increased rapidly, and the corresponding operation mode has become increasingly complex. In order to ensure the safe and stable operation of power communication business, the reliability and efficiency of channel routing is particularly important. Starting from the actual production, this paper carries out the business channel routing analysis by means of state evaluation, risk analysis and intelligent decision making on the network running equipment, providing the load channel for the new services and adjusting the load channel routing of the existing service.

Protein; Quantitativedetermination; Spectrophotometer method; Fluorescent method

TN915.853

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.09.022

廣澤晶(1986-)，女，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)通信技術(shù)研究工作；樊秀娟(1978-)，女，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)通信技術(shù)研究工作；唐佳(1985-)，女，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)通信技術(shù)研究工作。

本文著錄格式：廣澤晶，樊秀娟，唐佳，等. 基于設(shè)備狀態(tài)的通信業(yè)務(wù)可靠性分析及路由優(yōu)化技術(shù)研究[J]. 軟件，2018，39（9）：109-112