胡光宇 陸濤 姚月月

(南京南瑞信息通信科技有限公司，南京 211000)

0 引言

目前，國家電網有限公司通信網承載了國調直調輸電線路的保護、安控等重要生產業(yè)務，通信網的安全穩(wěn)定運行直接關系到電網安全，國家電網有限公司采用的通信設備均為國內主流設備廠商提供的通用款型，對設備廠商具有較強的技術依賴性，需要遵從廠商設備的技術演進路線不斷地開展設備軟、硬件升級等工作；同時，廠商設備停產、停止售后服務等事件也嚴重影響通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

通信網絡中普遍采用設備供應商提供的網絡設備與配套網管系統(tǒng)，但由于設備、網管與供應商深度綁定，導致企業(yè)用戶失去了對整體網絡的自主掌控能力，無法實現(xiàn)對網絡中全部通信設備的統(tǒng)一且靈活管理，致使網絡擴展受限，特別是在網絡升級改造時受供應商牽制的問題更為突出，將直接導致網絡運維效率下降，無法滿足網絡智能化、高效可控的需求[1-3]。因此，為了發(fā)展安全可靠的電力通信網絡，急需研發(fā)定制化、具有高度管控能力的管理平臺，保障電力通信網絡的自主可控、可靠運行，提高電網投資經濟效益和技術發(fā)展趨勢。

1 電力傳輸設備網絡管理技術現(xiàn)狀

1.1 傳輸設備技術現(xiàn)狀

為了打破被設備供應商束縛的封閉局面，國內外的網絡管理企業(yè)均已開始進行白盒化的研究。國外白盒化研究集中于白盒化交換機的應用，例如AT&T一直致力于研究利用白盒交換機實現(xiàn)軟件化的云架構開放網絡；微軟研究應用于數(shù)據(jù)中心的白盒交換機。國內研究主要集中于白盒化網絡架構的研究，例如中國移動提出Novonet，致力于研究開放性網絡重構；中國電信提出CTNet 2025網絡重構。

2018年，中國、美國、日本、德國、法國等多個國家運營商聯(lián)合建立開放式無線接入網聯(lián)盟(O-RAN聯(lián)盟)，旨在實現(xiàn)網絡智能運維、接口泛化、軟硬件開源等多種技術變革，力求將原本黑盒的硬件和配套軟件白盒化，轉為通用標準化產品。

從目前產業(yè)發(fā)展情況來看，我國光通信設備的大部分核心芯片目前仍依賴于美國進口，雖有部分芯片已有國產化替代產品，但尚處于試驗驗證階段，無法實現(xiàn)量產[4-5]。同時，對于國產芯片，也僅為“設計層面的國產化”，其仍然受制于芯片制造設備、原材料等方面因素，無法實現(xiàn)真正意義上的“全流程國產化”。

1.2 網絡平臺技術現(xiàn)狀

目前，電信運營商對傳輸網絡采用一干、二干、本地網三級網管維護管理模式，在總部或省份建設傳輸綜合網管系統(tǒng)，同時省際干線、省內二干和本地網傳輸網絡存在OTN網管、WDM網管、SDH/ASON網管等多套不同廠家的EMS網管，形成以網元-EMSNMS體系構建的網元—廠家網管—綜合網管體系，實現(xiàn)了對傳輸網元設備的監(jiān)控和管理[6-8]。長期以來，由于廠家網管系統(tǒng)底層技術的私有性，不同廠家跨域跨層次的EMS網管相互獨立，網管系統(tǒng)的專業(yè)化、綜合化和智能化長期以來都是限制網絡平臺管理與運維的首要問題。

目前，電力傳輸網絡管理系統(tǒng)以網元為單位進行設計與部署，這會導致對網元管理不到位，故障處理不靈活，影響運維人員對電力傳輸網絡的運維管理。依據(jù)電力傳輸網絡架構，有必要將地市級網絡傳輸單元統(tǒng)一歸口到省公司管理，進一步強化電力傳輸網絡運維管理的重要性，服務于電力企業(yè)生產運營。

2 電力傳輸設備網絡管理關鍵技術

2.1 電力2M波分系統(tǒng)

為實現(xiàn)電網生產控制業(yè)務的極簡、開放、安全傳輸，國家電網有限公司設計并組織研發(fā)了純國產化的2M波分復用超長距無中繼光傳輸系統(tǒng)(簡稱2M波分系統(tǒng))。該系統(tǒng)主要由OTU光波長轉換單元、WDM波分復用單元、BA光功率放大器、PA前置放大器、DCM色散補償器，以及管理單元組成(見圖1)。

圖1 2M波分復用系統(tǒng)結構框圖

2M波分系統(tǒng)設備成對使用，OTU單元將繼保、安穩(wěn)等業(yè)務的2M光口信號轉換成不同波長的彩光信號，由WDM單元合并為一路復用光信號，再通過光功率放大、色散補償?shù)葘崿F(xiàn)遠距離傳送，對端設備經過相反的過程實現(xiàn)2M光信號解調還原。

2.2 電力傳輸網網絡管理系統(tǒng)原理

2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸通道

對于SDH電力傳輸網絡，數(shù)據(jù)幀結構包括了多種OAM字節(jié)信息，擴展了SDH網絡管理運維能力，支持了SDH設備全過程自動化，提高了設備運維的靈活性。在SDH幀結構中，數(shù)據(jù)傳輸通道(DCC)是負責傳輸網OAM管理信息的通道，是SDH網絡管理正常運行的基礎性通道。

2.2.2 嵌入式控制通道

嵌入式控制通道(ECC)是在數(shù)據(jù)傳輸通道的基礎之上，實現(xiàn)底層網元通信、操作、管理、維護的基礎通道。嵌入式控制通道ECC通常以TCP/IP協(xié)議棧中的距離矢量RIP協(xié)議作為路由選擇算法，操作簡潔，易于維護。

2.2.3 SDH網管組網方式

(1)ECC組網

傳輸網ECC也稱為帶內DCN組網，主要是利用ECC建立在電力傳輸網絡中網元之間。為保證結構一致性，ECC組網結構應適配網元物理接口單元。ECC組網產生的設備告警、性能數(shù)據(jù)等均通過物理接口傳送至主站網管系統(tǒng)?？紤]到傳輸時延的問題，ECC組網一般不用于大型電力傳輸網絡，主要部署于光纖通信網等小規(guī)模傳輸網。

(2)帶外DCN網絡組網

帶外DCN網絡組網常用于網元與網管之間進行數(shù)據(jù)傳輸，并非網元與網元之間的鏈路。帶外DCN網絡利用傳統(tǒng)的集線器、交換機、路由器搭建網元與網管之間的數(shù)據(jù)通路。相比于傳輸網ECC存在帶寬的限制條件，帶外DCN網絡組網的帶寬性能更高，應用場景更廣泛。帶外DCN網絡組網可以實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)與網管信息的物理隔離，大幅提升數(shù)據(jù)安全性。

(3)混合組網

混合組網兼容了ECC組網和帶外DCN網絡組網方式，相比于單純的ECC組網，混合組網更加適合于大型網絡建設，例如SDH、OTN網絡?；旌辖M網首先是拆分ECC組網，劃分出多個子網，子網之間采用帶外DCN網絡組網?？梢?，混合組網不僅具有ECC組網的靈活性，還具有帶外DCN網絡組網大帶寬、高安全性的特點。

2.3 網絡管理系統(tǒng)故障定位方法

電力傳輸網絡是支撐電力生產與管理的重要基礎設施，網管系統(tǒng)的故障處理顯得格外重要。一旦網管系統(tǒng)獲取電力傳輸網絡故障信息，相關運維人員需及時對告警信息進行識別和評估，給出故障影響范圍，提出故障處理策略，并盡量完成故障排查和消缺。如果電力傳輸網絡某些故障難以準確識別和評估，需采用綜合性故障排查方案，如性能分析法、告警替換法、數(shù)據(jù)配置法、經驗處理法等。

3 電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺設計

3.1 平臺基本介紹

電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺是自主設計開發(fā)的一個專業(yè)設備管理平臺，目前主要用于管理多廠家的波分復用設備。平臺可動態(tài)展示電力傳輸網絡拓撲結構，實現(xiàn)電力傳輸設備配置管理，支持對全網的告警、性能進行實時監(jiān)控，對網絡故障進行管理，支持對業(yè)務光通道的管理，具有強大的報表功能，實現(xiàn)面向設備、光路的監(jiān)控和控制，保障在運業(yè)務的穩(wěn)定可靠。

電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺采用B/S架構，用戶可通過瀏覽器訪問生產設備專業(yè)網管平臺；同時，系統(tǒng)的升級或維護，只需更新軟件系統(tǒng)，即可降低訪問瀏覽器負荷。系統(tǒng)設計遵循需求導向、規(guī)范化、實用性、可擴展性、可共享性和安全性原則，基于微服務架構開發(fā)，使用和維護方便，可擴展性強。

3.2 總體架構設計

通過架構分析，整個電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺的系統(tǒng)架構包括展示層、功能應用層、業(yè)務邏輯層、平臺層和數(shù)據(jù)交互層五個層次(見圖2)。

圖2 電力傳輸設備自主可控網絡平臺總體架構

展示層基于B/S架構，提供2M波分復用系統(tǒng)的業(yè)務應用功能模塊，采用通用的基礎UI組件(如資源樹、列表、屬性維護、拓撲圖形等)，內容更加豐富，效果更為明顯、體驗更加友好、互動更加多樣化。

功能應用層基于微服務方式，提供各類具體應用，前端采用軟負載，實現(xiàn)應用服務的橫向動態(tài)擴展，可根據(jù)系統(tǒng)的運行情況增強系統(tǒng)的服務能力和響應速度。

業(yè)務邏輯層實現(xiàn)對具體業(yè)務流程、業(yè)務邏輯的處理功能。

平臺層為具體應用的運行提供基礎的各種服務，包括消息總線、緩存服務等方面的服務，用來實現(xiàn)對各種不同應用的支撐。通過ORM框架實現(xiàn)各類管理數(shù)據(jù)到結構化數(shù)據(jù)庫的通用CRUD操作。

數(shù)據(jù)交互層實現(xiàn)對2M波分復用設備的數(shù)據(jù)采集和管理。

3.3 技術架構設計

根據(jù)電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺的技術指標，技術架構分別從網絡接入層、展現(xiàn)層、應用層、服務層、數(shù)據(jù)層和基礎設施6個方面進行提升，保障電力傳輸設備自主可控網絡平臺穩(wěn)定、高效的運行(見圖3)。

圖3 電力傳輸設備自主可控網絡平臺技術架構

3.4 功能模塊設計

電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺主要包括資源管理、監(jiān)視管理、性能管理、拓撲管理、配置管理、系統(tǒng)管理共6項功能(見圖4)。

圖4 電力傳輸設備自主可控網絡平臺功能模塊設計

3.4.1 資源管理

(1)資源信息管理：區(qū)域、站點、機房、機柜、設備等臺賬的創(chuàng)建、刪除、修改等功能，臺賬的查詢和批量導入、導出等功能，設備面板圖的展示等功能。

(2)型號管理：設備、機框、板卡、機柜模板的創(chuàng)建、修改、刪除、查詢等功能。

(3)廠商管理：設備廠家的創(chuàng)建、修改、查詢等功能。

3.4.2 監(jiān)視管理

(1)當前告警：告警采集，通過接口獲取不同的告警，并進行標準化歸一化的處理；支持告警查詢、告警關注、告警屏蔽、告警維護經驗、告警聲音提示、告警確認、告警定位、手工清除告警、告警導出等功能。

(2)歷史告警：支持歷史告警查詢、導出功能。

(3)屏蔽告警：支持屏蔽告警查詢功能。

(4)告警設置：支持告警規(guī)則維護(包括告警消除規(guī)則、告警標準化規(guī)則、告警識別規(guī)則、告警維護經驗、告警提示音規(guī)則等功能)。

3.4.3 性能管理

(1)性能任務管理：通過協(xié)議對數(shù)據(jù)進行采集；性能解析、性能指標處理；以列表的形式展示采集到的設備性能指標，支持性能指標查詢、修改、刪除以及指標性能曲線查看。

(2)設備性能監(jiān)控：設備性能指標的實時數(shù)據(jù)曲線展示；歷史性能曲線查看；性能指標分組對比展示。

(3)指標標準化管理：支持將原始性能指標標準化統(tǒng)一的名稱和單位，支持指標查詢；支持設置不同的性能閾值，超過設定的性能閾值后產生告警并在告警列表中顯示。

3.4.4 拓撲管理

(1)拓撲樹管理：提供以樹形結構展示全局拓撲。支持綁定資源及告警功能；告警監(jiān)聽、告警展示功能，監(jiān)聽拓撲圖上所有資源(有資源ID的元素)，告警狀態(tài)發(fā)生改變，展示不同的告警顏色等功能。

(2)通用基礎拓撲管理：自適應布局、操作欄、子網、鷹眼、搜索定位、前圖、后圖等通用圖形功能，以及網格線設置、選中、漫游、放大鏡、放大、縮小、縮放重置、縮放預覽、全屏、退出全屏、排列、布局、導出圖片、導出XML、編輯按鈕、保存按鈕、撤銷、恢復、上傳背景圖等功能。

3.4.5 配置管理

配置下發(fā)：提供對設備、板卡參數(shù)的配置功能。

3.4.6 系統(tǒng)管理

(1)區(qū)域授權管理：實現(xiàn)角色、數(shù)據(jù)權限管理功能，針對不同的角色劃分不同的數(shù)據(jù)權限范圍。

(2)采集管理：實現(xiàn)對各類網絡采集單元的工作狀態(tài)，以告警列表或其他形式的視圖進行監(jiān)視和上報，能夠及時掌握采集單元及其接口是否處于正常的工作狀態(tài)，是否能采集得到相應的各類信息操作日志，可以查看用戶的操作日志，如配置菜單操作。

(3)字典管理：實現(xiàn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)字典維護的功能。

4 平臺仿真測試

電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺具備資源管理、監(jiān)視管理、性能管理、拓撲管理、配置管理、系統(tǒng)管理等功能，全面實現(xiàn)電力通信傳輸網絡的可靠管理。其中，監(jiān)視管理和性能管理最為重要。監(jiān)視管理通過告警設備與告警上報，全面監(jiān)控電力傳輸設備運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。性能管理通過性能指標配置與優(yōu)化，動態(tài)監(jiān)測電力傳輸設備運行指標數(shù)據(jù)。

4.1 監(jiān)視管理測試

電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺的監(jiān)視管理頁面可以查看具體電力傳輸設備告警名稱、告警部位、告警級別、告警次數(shù)、告警時間等告警信息，對于相同設備部位的相同告警可以進行動態(tài)合并，并增加告警次數(shù)。運維人員可以對告警相關信息進行條件篩查，然后根據(jù)告警級別及時進行告警消缺。

4.2 性能管理測試

電力傳輸設備自主可控網絡管理平臺的性能管理頁面可以設置性能指標，選取待性能監(jiān)測的電力傳輸設備，進行性能指標并發(fā)監(jiān)測。

5 結束語

通過研發(fā)電力傳輸網智能管控平臺，不僅可以實現(xiàn)對各網元的統(tǒng)一調度與監(jiān)控，而且還可以實現(xiàn)對電力通信傳輸網絡的故障處理快速響應和新增業(yè)務拓展，最大限度地保證網管系統(tǒng)的安全性、可用性、靈活性和可伸縮性。在保障電力設備穩(wěn)定運行的基礎上，為電力傳輸網絡的新型業(yè)務拓展、資源靈活調度、業(yè)務自動化部署和運營效率提升提供堅實的基礎。