基于電力通信網(wǎng)保護(hù)機(jī)制的研究

李 洋，郭晉祥，張麗霞，薛泓林，向南剛

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司 信息通信分公司，太原030001；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司 長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治046000）

基于電力通信網(wǎng)保護(hù)機(jī)制的研究

李 洋1，郭晉祥1，張麗霞1，薛泓林1，向南剛2

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司 信息通信分公司，太原030001；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司 長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治046000）

為滿足現(xiàn)階段配電通信網(wǎng)對(duì)傳送業(yè)務(wù)的融合性和可靠性要求，分析了現(xiàn)階段比較重要的3種通信保護(hù)鏈路方式，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)中相關(guān)的協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行了探討，提出在保護(hù)鏈路方式中引入拖延計(jì)時(shí)機(jī)制來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。

子網(wǎng)連接保護(hù)；光復(fù)用段保護(hù)；可靠性

0 引言

智能配電通信網(wǎng)具有承載業(yè)務(wù)與傳送形式 （如TDM業(yè)務(wù)的傳送、分組業(yè)務(wù)傳送和波分傳送）豐富多樣、多種技術(shù)混合應(yīng)用且獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行、點(diǎn)多面廣和設(shè)備復(fù)雜等特點(diǎn)?，F(xiàn)有傳輸網(wǎng)的大部分網(wǎng)絡(luò)保護(hù)設(shè)備多采用1+1通道進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)方式會(huì)使可利用的通道資源不足，既有資源運(yùn)用接近飽和。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)，其弊端會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)調(diào)度和自愈能力方面表現(xiàn)不足。現(xiàn)亟需一種新型的保護(hù)機(jī)制來(lái)確保傳輸業(yè)務(wù)的安全可靠。

PTN、OTN等傳輸技術(shù)中的光纖線路自動(dòng)切換保護(hù)裝置（OLP）、子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）和光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）等新型保護(hù)機(jī)制具有靈活的組網(wǎng)能力和較高的應(yīng)用價(jià)值。在這些機(jī)制中，保護(hù)通道可進(jìn)行實(shí)時(shí)地切換，以并發(fā)優(yōu)收的原則保證業(yè)務(wù)的可靠性，近年來(lái)應(yīng)用較為廣泛。本文對(duì)上述配電領(lǐng)域中的新型鏈路保護(hù)機(jī)制進(jìn)行研究，旨在更加可靠地解決配電通信網(wǎng)中的“最后一公里”問題。

1 保護(hù)方式和倒換時(shí)間

1.1 保護(hù)方式簡(jiǎn)介

在配電領(lǐng)域中，保護(hù)的含義主要指為光網(wǎng)絡(luò)承載的正常業(yè)務(wù)預(yù)留保護(hù)資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生節(jié)點(diǎn)或鏈路故障時(shí)，受影響的業(yè)務(wù)被倒換到預(yù)先分配好的保護(hù)路由中傳送，以此來(lái)使受到影響的業(yè)務(wù)恢復(fù)正常。保護(hù)通常處于本地網(wǎng)元或遠(yuǎn)端網(wǎng)元的控制下，不需要外部網(wǎng)管系統(tǒng)介入，因而保護(hù)倒換時(shí)間很短。在光層保護(hù)中,現(xiàn)有的保護(hù)方式主要有OLP、SNCP和OMSP等。

OLP采用選發(fā)選收（1：1保護(hù)）或雙發(fā)選收（1+1保護(hù)方式）的傳輸方式，主干路傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)生意外故障時(shí)，能自動(dòng)切換線路，通過(guò)預(yù)置保護(hù)光纖實(shí)現(xiàn)對(duì)工作光纖的保護(hù)。OLP提供對(duì)主用光纖線路的物理保護(hù)，不需要全網(wǎng)倒換協(xié)議，倒換時(shí)間小于50ms，適用于相鄰站點(diǎn)間有備用光纜路由的情況。

SNCP是一種點(diǎn)到點(diǎn)的保護(hù)機(jī)制，保護(hù)通道與故障通道走不同的路由，采取雙發(fā)選收的工作方式。SNCP與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系不大，可應(yīng)用在各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)需求對(duì)部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。發(fā)送端通過(guò)兩個(gè)子網(wǎng)向接收端發(fā)送業(yè)務(wù)，接收端通過(guò)倒換開關(guān)選擇業(yè)務(wù)。

OMSP是在光路上采用1＋1保護(hù)的保護(hù)方式，在終端線路則不進(jìn)行保護(hù)。其基本原理是在發(fā)送端和接收端均設(shè)置1×2光分路器和光開關(guān)，在發(fā)送端分離合路的光信號(hào)，在接收端對(duì)光信號(hào)進(jìn)行選路。選出的兩路信號(hào)一路提供給光工作復(fù)用段，另一路提供給光保護(hù)復(fù)用段。當(dāng)工作段發(fā)生故障時(shí)，接收端通過(guò)倒換選擇復(fù)用段傳送信號(hào)。在OMSP系統(tǒng)中，需要備份的有光纜和WDM的線路系統(tǒng)，不需要備份的是終端站的復(fù)用器/解復(fù)用器和業(yè)務(wù)終端。

本文針對(duì)上述保護(hù)方式進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，旨在提出一種更有效的保護(hù)性能方法。

1.2 倒換時(shí)間

在配電通信領(lǐng)域中,倒換時(shí)間是衡量保護(hù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，倒換時(shí)間越短，保護(hù)方式越可靠。倒換時(shí)間性能的主要依據(jù)包括處理自動(dòng)保護(hù)倒換 （APS）的速度、解析線路告警與上報(bào)給倒換模塊的速度、傳輸時(shí)延和傳輸交叉模塊的切換時(shí)間。根據(jù)性能通常將保護(hù)時(shí)間分為以下3部分：

①處于損壞段兩端的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到信號(hào)時(shí)效（SF）或信號(hào)劣化（SD）告警，設(shè)備解析線路告警并上報(bào)本節(jié)點(diǎn)進(jìn)行APS處理，處理時(shí)間為t1。在檢測(cè)告警中，t1為3幀信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間,每幀的轉(zhuǎn)發(fā)速率為0.125ms，則t1=0.125×3=0.375ms。

②APS傳輸與處理時(shí)間。此段時(shí)間總和包括每個(gè)節(jié)點(diǎn)處理APS信息的時(shí)間t2和長(zhǎng)距離傳輸時(shí)延t3。t2的大小與設(shè)備性能相關(guān)，在經(jīng)驗(yàn)值中，t2=2ms。傳輸長(zhǎng)距離的傳輸時(shí)延t3=n/ c ×L（c為真空的光速，n為光纖芯區(qū)折射率，L為傳輸距離）。在本實(shí)驗(yàn)中，由于傳輸距離近，t3可以忽略不計(jì)。

③切換時(shí)間，即倒換節(jié)點(diǎn)的交叉線路切換時(shí)間。因?yàn)槊總€(gè)直通節(jié)點(diǎn)已經(jīng)預(yù)先建立了保護(hù)線路的交叉通道，所以可以認(rèn)為切換倒換節(jié)點(diǎn)的交叉線路和直通節(jié)點(diǎn)的交叉線路交叉消耗的時(shí)間相同。設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的倒換時(shí)延為t4,在經(jīng)驗(yàn)值中，t4=3ms。

2 層間保護(hù)協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)

2.1 建立保護(hù)模型

在常見的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，對(duì)某些重要的節(jié)點(diǎn)鏈路采用OMSP，該保護(hù)機(jī)制主要進(jìn)行光層倒換。如果某一個(gè)業(yè)務(wù)出錯(cuò)，但沒有產(chǎn)生整個(gè)復(fù)用段的信號(hào)SD和SF告警，OMSP不進(jìn)行倒換動(dòng)作，這時(shí)可在電層引入SNCP，對(duì)每個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)。

本文采用OTN設(shè)備搭建了OMSP與SNCP的協(xié)調(diào)保護(hù)模型,如圖1所示。在所建模型中配置了SNCP，由節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)5傳送業(yè)務(wù)。同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)1～節(jié)點(diǎn)6之間配置了OMSP。在節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)5之間接入了業(yè)務(wù)分析儀，以檢測(cè)業(yè)務(wù)的倒換時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。

圖1 OMSP與SNCP的協(xié)調(diào)保護(hù)模型

2.2 保護(hù)倒換過(guò)程

保護(hù)倒換節(jié)點(diǎn)的倒換過(guò)程如圖2所示。倒換過(guò)程基于APS協(xié)議，其中NR表示沒有請(qǐng)求，SF表示信號(hào)時(shí)效，RR表示反向請(qǐng)求，DNR表示禁止挪用，WTR表示等待恢復(fù)。若倒換節(jié)點(diǎn)a對(duì)應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)1，倒換節(jié)點(diǎn)b對(duì)應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)6，則OMSP的保護(hù)倒換過(guò)程如下：①T1時(shí)刻在節(jié)點(diǎn)1檢測(cè)到倒換信號(hào)，T2時(shí)刻節(jié)點(diǎn)1上報(bào)APS信息并對(duì)APS進(jìn)行處理，T2-T1=t1+ t2+t4。②T3時(shí)刻將APS信號(hào)傳遞到節(jié)點(diǎn)6，T3=t3。本實(shí)驗(yàn)中，T3可以忽略不計(jì)。③T4時(shí)刻節(jié)點(diǎn)6對(duì)APS信息進(jìn)行處理并進(jìn)行倒換，T4-T3=t2+t4，則總倒換時(shí)間T倒= t1+2t2+t3+2t4=10.375ms。

圖2 保護(hù)倒換節(jié)點(diǎn)的倒換過(guò)程

若倒換節(jié)點(diǎn)a對(duì)應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)2，倒換節(jié)點(diǎn)b對(duì)應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)5，則SNCP的保護(hù)倒換過(guò)程如下：①T1時(shí)刻節(jié)點(diǎn)1檢測(cè)到倒換信號(hào)，T2時(shí)刻節(jié)點(diǎn)1上報(bào)APS并對(duì)APS進(jìn)行處理，這時(shí)節(jié)點(diǎn)1為穿通狀態(tài)，APS信息將傳遞給節(jié)點(diǎn)2，并在節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行倒換，因此T2-T1=t1+2t2+t3+t4。②T3時(shí)刻節(jié)點(diǎn)2將APS信號(hào)傳遞到節(jié)點(diǎn)5，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4為穿通狀態(tài)，T3=t3′+2t2。實(shí)驗(yàn)中，傳輸時(shí)延t3′可以忽略不計(jì)。③T4時(shí)刻節(jié)點(diǎn)5對(duì)APS信息進(jìn)行處理并進(jìn)行倒換，T4-T3=t2+t4，則T倒=t1+5t2+t3+ t3′+2t4=16.375ms。

2.3 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)分析倒換過(guò)程，我們可以得到OMSP和SNCP的保護(hù)倒換時(shí)間的理論值。在故障檢測(cè)過(guò)程中，保護(hù)動(dòng)作通常采用自由競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。但是，由于告警檢測(cè)時(shí)延和倒換時(shí)延的產(chǎn)生，可能會(huì)使倒換動(dòng)作發(fā)生重疊。如果各層之間協(xié)調(diào)不當(dāng)，保護(hù)機(jī)制間會(huì)互相干擾，因此需要層間進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合。本文引入拖延計(jì)時(shí)機(jī)制（對(duì)同時(shí)進(jìn)行的動(dòng)作中的某一動(dòng)作的開始時(shí)間進(jìn)行延后）來(lái)避免各層間的沖突。為驗(yàn)證理論值的正確性和拖延計(jì)時(shí)機(jī)制的有效性，我們將圖1中的業(yè)務(wù)分析儀換成節(jié)點(diǎn)分析儀后進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：

①不設(shè)置拖延計(jì)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2間插入告警，進(jìn)行電層倒換，得到的倒換時(shí)間為14.619ms；②不設(shè)置拖延計(jì)時(shí)，將節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6間的主用光纖拔斷，依次進(jìn)行電層倒換、光層倒換和光層/電層倒換，得到的倒換時(shí)間依次為13.743ms、8.699ms和12.948ms/ 1.103ms；③對(duì)OMSP設(shè)置拖延計(jì)時(shí)100ms，將節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6之間的主用光纖拔斷，進(jìn)行電層倒換，得到的倒換時(shí)間為14.95ms；④對(duì)SNCP設(shè)置拖延計(jì)時(shí)100ms，將節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6之間的主用光纖拔斷，進(jìn)行光層倒換，得到的倒換時(shí)間為9.121ms；⑤在SNCP設(shè)置拖延計(jì)時(shí)100ms，節(jié)點(diǎn)1插入告警，進(jìn)行電層倒換，得到的保護(hù)倒換時(shí)間為119.059ms。

本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的保護(hù)倒換時(shí)間，結(jié)合實(shí)際情況做出以下分析：

①實(shí)際測(cè)試得到的保護(hù)倒換時(shí)間與理論計(jì)算值基本相等，但略小于理論值，這與線路的狀態(tài)和設(shè)備的性能有關(guān)。

②業(yè)務(wù)受損時(shí)，在單獨(dú)業(yè)務(wù)中插入告警，光層的OMSP不會(huì)進(jìn)行倒換。

③若在節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6之間拔纖產(chǎn)生了SF信號(hào)，在不設(shè)置拖延計(jì)時(shí)機(jī)制的情況下，SNCP保護(hù)和OMSP保護(hù)的反應(yīng)時(shí)間相近，兩者會(huì)發(fā)生爭(zhēng)搶，產(chǎn)生以下3種情況：

◆光層檢測(cè)信號(hào)較快，及時(shí)完成倒換動(dòng)作，此時(shí)電層仍然處于檢測(cè)告警和APS信號(hào)狀態(tài)，即電層的T2時(shí)刻發(fā)生在光層的T4時(shí)刻后，則只有一次倒換，即光層倒換，倒換時(shí)間為8.699ms，電層不發(fā)生倒換。

◆在光層進(jìn)行倒換時(shí)，電層同時(shí)在檢測(cè)告警信號(hào)，這時(shí)若光層未完成倒換，信號(hào)仍然處于中斷狀態(tài)，即SNCP的T2時(shí)刻發(fā)生在OMSP的T4時(shí)刻之前，且光層的信號(hào)傳遞和末端節(jié)點(diǎn)倒換速度高于電層的處理速度，此時(shí)會(huì)發(fā)生二次倒換，信號(hào)從OMSP主用路徑倒換至備用路徑，并再次倒換至SNCP備用路徑。這種情況會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生二次低頻干擾（二次倒換后，信號(hào)頻率較低造成的干擾）。

◆若SNCP的T2時(shí)刻發(fā)生在OMSP的T4時(shí)刻前，但電層的倒換速度較快，則電層倒換和光層倒換將發(fā)生重疊，業(yè)務(wù)只中斷一次，可視為電層倒換，實(shí)驗(yàn)得出的倒換時(shí)間為13.743ms。

④對(duì)電層或光層設(shè)置了拖延計(jì)時(shí)機(jī)制后，沒有出現(xiàn)二次倒換現(xiàn)象。

在此次實(shí)驗(yàn)中，由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，二次倒換并沒有給傳送的業(yè)務(wù)帶來(lái)太大影響。但是在實(shí)際電力傳送網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，業(yè)務(wù)量大，二次倒換將給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)很大的不穩(wěn)定性，影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性。與光層相比，對(duì)電層設(shè)置拖延計(jì)時(shí)后其倒換時(shí)間會(huì)增加，如果某一業(yè)務(wù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，其倒換時(shí)間會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的50ms。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)越底層的倒換效率越高，因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該在底層設(shè)置拖延計(jì)時(shí)機(jī)制。

3 結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)谘芯縊LP、SNCP和OMSP這3種保護(hù)機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出在保護(hù)機(jī)制中加入拖延計(jì)時(shí)機(jī)制，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了引入該機(jī)制可以有效防止二次倒換現(xiàn)象。本文對(duì)倒換時(shí)間進(jìn)行了理論計(jì)算，并驗(yàn)證了計(jì)算方法的正確性。本文的研究成果為研究人員在實(shí)際配電通信網(wǎng)時(shí)如何采用鏈路保護(hù)方式提供了參考。

[1]王鵬,謝歆,呂朝煬.OMSP保護(hù)在40G WDM干線系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2011(4)：23-27.

[2]張迎芳,李其民,馬榮濤,等.WDM光層面保護(hù)方式淺析及應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2012(11)：124-124.

[3]施耀明,柳景坤.電力通信中OLP光纖自動(dòng)切換保護(hù)研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2014(7)：194-195.

[4]馬慧英.光纖自動(dòng)切換保護(hù)系統(tǒng)在傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012(14)：23-23.

[5]楊雪,劉學(xué)升,欒宏之,等.OLP系統(tǒng)在電力光纖通信中的應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)通信，2012,33(9)：56-60.

[6]趙必游,郭苑靈.SNCP倒換機(jī)制在線路保護(hù)通道中的應(yīng)用分析[J].電力信息與通信技術(shù)，2013,11（8）：91-94.

[7]隋吉生,叢犁,喬塹,等.電力通信網(wǎng)絡(luò)中OTN保護(hù)機(jī)制選擇方案研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2013,11(12)：44-48.

Research on the power communication network protection mechanism

LI Yang1，GUO Jin-xiang1，ZHANG Li-xia1，XUE Hong-lin1，XIANG Nan-gang2
(1.Shanxi Electric Power Company Information Communication Branch Company，Taiyuan 100044,China；2.Changzhi Power Supply Company of Shanxi Province，Changzhi Shanxi 046000,China)

In order to meet the requirements of the integration and reliability in current distribution communication network,the paper analyzes three important ways of communication protection link at the present stage,discusses about the coordination mechanism of network protection,proposes a delay timing mechanism to improve the reliability of the network which is based on the mechanism of network protection,and carries out the actual verification.

SNCP,OMSP,reliability

TN915.62

A

1002-5561（2016）04-0009-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.04.003

2015-12-14。

李洋（1978-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力通信方面的工作。