梯級調(diào)度通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控盲區(qū)的實時監(jiān)測技術(shù)與方案研究

韓偉 丁仁山

【摘要】 雅礱江公司集控中心與各梯級電站的通信大多數(shù)由電力通信專網(wǎng)及公網(wǎng)運營商專線電路承載，運維人員對于設(shè)備產(chǎn)權(quán)及維護職責(zé)不歸屬于集控中心的電路只能“被動式”維護，不具備實時監(jiān)測和故障精確定位手段，本文基于此梯級調(diào)度集中控制領(lǐng)域普遍存在的困境進行研究，形成面向租用專線電路的實時監(jiān)測手段及技術(shù)方案，輔助集控中心運維人員對通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)端到端的監(jiān)控和運維管控。

【關(guān)鍵詞】 雅礱江公司集控中心 租用電路/專線 實時監(jiān)測

一、前言

雅礱江公司集控中心與各梯級電站之間的通信網(wǎng)絡(luò)分別包括主、備、應(yīng)急這三種通道，主、備通道是由監(jiān)控內(nèi)網(wǎng)、電力通信專用網(wǎng)、電信專線組成。其中電力通信專用網(wǎng)、電信專線均為集控中心與梯級電站通信交互的必經(jīng)之路。如果此段租用電路出現(xiàn)問題，則直接影響到各梯級電站的通信網(wǎng)絡(luò)運行。隨著集控中心通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的投運，雅礱江公司集控中心所屬資源基本做到了信息化管理，但是對于租用的通信資源，目前還無法做到集中信息化管理，管理效率差，應(yīng)急保障能力弱。尤其針對租用電力通信專網(wǎng)、電信專線的通信資源方面，不僅缺少對其數(shù)量、作用和支撐能力的管理，而且缺乏對其業(yè)務(wù)質(zhì)量的實時監(jiān)控，處于分布不可知、質(zhì)量不可信、資源不可視的狀況。

為此，需要探討與研究租用專線電路在線監(jiān)測的技術(shù)手段，為建立相應(yīng)的監(jiān)測與分析系統(tǒng)打下理論基礎(chǔ)，以提高雅礱江公司集控中心與各梯級電站通信網(wǎng)絡(luò)的整體保障能力。

二、集控中心與梯級電站的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為保證通信的安全性和可靠性，雅礱江公司集控中心與各梯級電站之間的監(jiān)控系統(tǒng)采用三通道（主、備、應(yīng)急）、雙規(guī)約（104、101）的通信模式，主/備通道和應(yīng)急通道同時工作。其中：電站側(cè)主/備路由器與集控側(cè)主/備中心交換機成“口”字型連接方式，通過OSPF路由協(xié)議進行路由切換，主/備通道上傳電站監(jiān)控系統(tǒng)全廠數(shù)據(jù)，下發(fā)相關(guān)設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)命令以及省調(diào)下發(fā)的斷面潮流信息和流域水情信息；衛(wèi)星應(yīng)急通道只傳送電站的部分重要生產(chǎn)實時信息用于監(jiān)視，不下發(fā)設(shè)備控制、調(diào)節(jié)令（只下發(fā)與電站相關(guān)的流域水情信息）。以監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，集控中心與梯級電站之間的通信交互示意圖如圖1。

主用通道

主用通道租用四川省電力公司的川西南電力通信專網(wǎng)，帶寬20M，通信規(guī)約為IEC60870-5-104；

電站側(cè)兩臺冗余通信網(wǎng)關(guān)機分別通過100M以太網(wǎng)口經(jīng)主通道縱向加密裝置，并通過安全I區(qū)主路由器接至主用通道SDH設(shè)備的以太網(wǎng)接口上。

備用通道

備用通道租用電信公司專線通道，帶寬4M，通信規(guī)約為IEC60870-5-104；

電站側(cè)兩臺冗余通信網(wǎng)關(guān)機分別通過100M以太網(wǎng)口經(jīng)備用通道縱向加密裝置，并通過安全I區(qū)備用路由器接至備用通道SDH設(shè)備的以太網(wǎng)接口上。

應(yīng)急衛(wèi)星通道

應(yīng)急通道帶寬64K，通信規(guī)約為IEC60870-5-101；

電站側(cè)兩臺冗余通信網(wǎng)關(guān)機通過RS232-RJ45轉(zhuǎn)換模塊，接至衛(wèi)星通道交換機，衛(wèi)星通道交換機接至電站側(cè)的應(yīng)急衛(wèi)星通信子系統(tǒng)中。

三、集控中心對租用電路運維監(jiān)控的現(xiàn)狀和困惑

目前，雅礱江公司集控中心針對所管轄范圍內(nèi)的通信及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建立了一套以通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為管理對象的信息集中管理系統(tǒng)，以此提高雅礱江流域通信及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備預(yù)警分析及維護管理水平，量化提高通信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及其狀態(tài)的可靠性、利用率、性能服務(wù)質(zhì)量、安全性等指標(biāo)，并減少混合通信和網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)境下的管理和控制運營成本。運維人員可通過通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、集控中心及各級電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器、交換機等）進行實時監(jiān)視，從宏觀和全局的視角對全網(wǎng)運行信息進行實時監(jiān)控，及時保障與維護所管轄范圍內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備。

集控中心與各梯級電站之間的通信交互通道主要由電力通信專用網(wǎng)、電信專線承載，而這些業(yè)務(wù)所關(guān)聯(lián)設(shè)備的資產(chǎn)歸屬和運維管理責(zé)任卻屬于電網(wǎng)公司或公網(wǎng)運營商。這些企業(yè)目前擁有的運維管理手段，尚不能支撐對所租用資源的端到端性能進行量化管理，既不能向雅礱江公司集控中心提供管理工具，也不能提供相應(yīng)的管理信息，通信業(yè)務(wù)質(zhì)量無法進行評估，只能被動接受故障投訴，應(yīng)急支撐能力差。

上述問題導(dǎo)致集控中心與梯級電站之間的端到端電路實時監(jiān)測缺乏手段，運維保障壓力大；大部分故障只能由用戶申告，屬被動服務(wù)，無法確保通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性；另外無法預(yù)知業(yè)務(wù)電路的性能變化趨勢，無法對即將劣化的線路做到提前預(yù)警。

四、實時監(jiān)測租用電路/專線的解決方案

對于目前的租用電路（電力專線與公網(wǎng)專線），集控中心在日常運行維護中關(guān)心的首先是：業(yè)務(wù)中斷或故障發(fā)生時，故障點到底是在運營商（電網(wǎng)公司及公網(wǎng)運營商）還是在自身網(wǎng)絡(luò)側(cè)？其次，對業(yè)務(wù)電路的日常運行中，維護人員對電路的告警和性能指標(biāo)最為關(guān)注。基于以上需求，通過專線電路實時監(jiān)測技術(shù)的研究，實現(xiàn)對租用電力通信網(wǎng)及電信專線的傳輸電路資源的實時監(jiān)測與業(yè)務(wù)告警，實現(xiàn)對租用電路或?qū)＞€的可知、可信、可視化管理。在日常管理工作中，對租用電路或?qū)＞€通信狀態(tài)進行有效地監(jiān)測管理，及時處理各類通信故障告警，以及較為準(zhǔn)確的通信故障定位分析，有效提高運維效率，掌握業(yè)務(wù)應(yīng)用的主動性，從而提升通信服務(wù)保障能力。在目前租用專線電路存在管理和監(jiān)控盲區(qū)的情況下，經(jīng)過研究我們可以采用專用監(jiān)測探針的技術(shù)實現(xiàn)對成幀和非成幀（鏈路層使用HDLC幀格式協(xié)議）結(jié)構(gòu)的電路的傳輸質(zhì)量進行監(jiān)測，對專線電路的告警性能指標(biāo)進行實時監(jiān)測，告警包括：信號丟失（LOS）、告警指示（AIS），PCM成幀電路的幀丟失（LOF），記錄告警的開始和結(jié)束時間，同時分析自身側(cè)問題還是運營商傳輸網(wǎng)絡(luò)問題。

監(jiān)測探針設(shè)備通過高阻跨接于E1線路的方式，實現(xiàn)在線監(jiān)測E1雙向傳輸線路的狀態(tài)，并不影響用戶線路正常的通信。本設(shè)備將監(jiān)測到的各種信息按設(shè)定的格式轉(zhuǎn)發(fā)給后臺管理系統(tǒng)，通過多個遠程探針和一個集中后臺管理系統(tǒng)，可組成一個對多條E1傳輸線路的性能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

監(jiān)測示意圖如下：

監(jiān)測的主要技術(shù)指標(biāo)包括：

1）非成幀傳輸電路（數(shù)據(jù)IP電路）：

記錄告警的發(fā)生時刻，告警為 LOS，AIS等；總傳輸包數(shù)（正確和錯誤和），總包占用字節(jié)數(shù)；總正確的包數(shù)，總正確包占用字節(jié)數(shù)；總超長包數(shù)，總超長包占用字節(jié)數(shù)；超短包數(shù)，超短包占用字節(jié)數(shù)；CRC-16校驗錯誤包數(shù)，CRC-16校驗錯誤包占用字節(jié)數(shù)。

2）成幀傳輸電路：

中斷業(yè)務(wù)測試和不中斷業(yè)務(wù)的在線監(jiān)測；測試Bit和塊誤碼；測試并記錄告警發(fā)生時刻，告警為 LOS，LOF、AIS、RAI等；中斷業(yè)務(wù)測試誤碼、誤碼率、誤塊數(shù)、誤塊率、誤碼秒等；在線測試CRC-4誤塊數(shù)、誤塊率、誤塊秒等；監(jiān)測分析傳輸線路的質(zhì)量和可利用率；報告期間告警的總時間長度，LOS、LOF，AIS告警時間長度。

通過監(jiān)測探針設(shè)備及后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)實時自動監(jiān)測功能、組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理功能：

實現(xiàn)自動監(jiān)測功能

實現(xiàn)對 2048kbit/s 傳輸電路進行實時監(jiān)測和傳輸、性能分析，能同時監(jiān)測的告警性能指標(biāo)包括信號丟失（LOS）、告警指示（AIS）， 幀同步丟失（LOF），CAS 復(fù)幀同步丟失（LOMF），CRC4 復(fù)幀同步丟失（LOCF）， 嚴重幀誤碼告警（FAS_ERR），嚴重編碼誤碼告警（CV_ERR），幀誤碼計數(shù)（FAS_ERRCNT），編碼誤碼計數(shù)（CV_ERRCNT），遠端告警（REMOTE）等。可記錄告警的開始和結(jié)束時間。

實現(xiàn)組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理功能

硬件探針設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過 3G、2G 或者有線以太網(wǎng)接口方式傳送到網(wǎng)管系統(tǒng)。網(wǎng)管系統(tǒng)的控制命令通過 3G、2G 或者有線以太網(wǎng)接口方式傳送到 E1 探針 監(jiān)測器設(shè)備。設(shè)備通過命令行界面或者網(wǎng)管界面選擇打開或者關(guān)閉 4 路 E1 接口的任意一路，關(guān)閉后的電路不進行監(jiān)測，可以選擇電路是 PCM30/30C/31/31C 幀 結(jié)構(gòu)，選擇 E1 接口的阻抗、增益、以及是否屏蔽誤碼告警。

另外，租用電路＼專線后臺實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過探針方式采集到租用2M電路的告警信息、配置信息等情況，運維人員可集中、全面地掌握租用電路/專線的資源使用規(guī)模、實時狀態(tài)、告警信息等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與狀態(tài)：

網(wǎng)絡(luò)資源管理：實現(xiàn)對各類租用電路/專線的資源信息的統(tǒng)一化管理，對集控中心范圍內(nèi)應(yīng)用的租用同行資源信息實現(xiàn)自動錄入。

網(wǎng)絡(luò)告警管理：系統(tǒng)能夠自動從網(wǎng)絡(luò)中接收各種報警信息，并通過多種方式直觀地進行顯示。

網(wǎng)絡(luò)拓撲管理：提供租用電路/專線的網(wǎng)絡(luò)拓撲視圖，實現(xiàn)拓撲自動發(fā)現(xiàn)和自動刷新，拓撲元素根據(jù)故障檢測和性能檢測的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的顏色變化。

業(yè)務(wù)流量管理：對租用電路/專線的業(yè)務(wù)流量進行監(jiān)測，采集和呈現(xiàn)租用電路/專線的主要業(yè)務(wù)應(yīng)用流量，如：HTTP、SMTP、POP3、BT、FTP、VoIP等。

五、結(jié)語

為提高雅礱江公司集控中心與各梯級電站通信網(wǎng)絡(luò)的全程監(jiān)控及保障能力，建議采用硬件探針監(jiān)測技術(shù)對電力通信專用網(wǎng)及寬帶專線等租用電路進行實時監(jiān)測與分析，以此實現(xiàn)對梯級調(diào)度通信網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的集中監(jiān)控，提高雅礱江公司集控中心運維人員的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力及運維管理水平。