基于光路的電力通信網(wǎng)風險預測及評估方法研究

鄭啟薇，黃俊樺，張 涵，陳 卓，孟 平

（國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100761）

0 引 言

電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，為電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)調(diào)度、自動化、繼電保護、安全自動控制、電力市場交易以及企業(yè)信息化提供了信息傳輸通道。一旦發(fā)生電力通信網(wǎng)安全事件，將直接影響到電力通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，為確保電力通信網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定以及高效運行，開展電力通信網(wǎng)的安全風險預測及評估具有重要意義[1]。

近年來，電力通信網(wǎng)的安全風險預測及評估在評估系統(tǒng)模型分析、評估指標體系構(gòu)建以及評估算法理論研究等方面的成果較為顯著。文獻[2]基于通信網(wǎng)業(yè)務(wù)鏈提出了一種鏈路貢獻值模型，并基于業(yè)務(wù)鏈路重要度建立更為全面有效的可靠性評估模型。文獻[3]基于電力通信網(wǎng)存在的安全風險因素，構(gòu)建并優(yōu)化安全風險指標體系，形成層次化結(jié)構(gòu)分明的指標系統(tǒng)。文獻[4]提出了一種基于系統(tǒng)安全工程能力成熟模型，集合模擬模糊綜合評判法對電力通信系統(tǒng)安全風險度進行計算。文獻[5]根據(jù)電力通信網(wǎng)絡(luò)風險評估的多層次、多指標且指標間具有深度相關(guān)性、耦合性的特點，利用模糊測度和模糊積分法對風險進行綜合評估。

由于光路是傳遞、承載業(yè)務(wù)信息的基礎(chǔ)資源，光路中斷會直接影響電力通信網(wǎng)的穩(wěn)定運行，因此本文提出了一種基于光路的風險預測及評估方法。通過對電力通信網(wǎng)光路相關(guān)資源、業(yè)務(wù)、告警以及性能數(shù)據(jù)進行多維度分析，并結(jié)合評分機制及風險等級判定規(guī)則評估光路潛在風險，最后在可視化平臺上展示光路拓撲圖、預測列表及風險預測詳情。

1 基礎(chǔ)模型

電力通信網(wǎng)是一個綜合了傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)以及管理網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)子網(wǎng)的復雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各業(yè)務(wù)子網(wǎng)依賴于電力傳輸網(wǎng)，其核心部分則是SDH光傳輸網(wǎng)。因此，基于SDH光傳輸網(wǎng)中光路資源，對電力通信網(wǎng)安全風險進行預測和評估。由此確定了評估對象的基礎(chǔ)模型，即構(gòu)成SDH光路的設(shè)備及連接設(shè)備的光纜段。如圖1所示，兩臺設(shè)備的光端口間通過光纜兩根纖芯一收一發(fā)成對組成一條完整光路進行連接。通過建立基礎(chǔ)資源模型、完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，標識清楚設(shè)備端口與光路的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及光路與光纜纖芯的對應關(guān)系，為光路風險預測提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

圖1 SDH光路基礎(chǔ)模型

2 風險預測及評估方法

基于SDH光路基礎(chǔ)模型，從設(shè)備光纜等基礎(chǔ)資源、光路資源可用率、業(yè)務(wù)重載情況、歷史告警以及光功率性能5個方面進行風險預測分析。通過設(shè)定權(quán)重值及風險系數(shù)等參數(shù)來評估相應的風險指數(shù)，其范圍值為[0,1]，因此可得到5個維度的風險指數(shù)值，即基礎(chǔ)資源風險指數(shù)、可用度風險指數(shù)、業(yè)務(wù)重載風險指數(shù)、基于歷史告警風險指數(shù)以及基于光口性能風險指數(shù)，如圖2所示。將這5個維度的風險指數(shù)值求和，即可得到該SDH光路的總風險指數(shù)值。

圖2 光路風險指數(shù)

根據(jù)光路的總風險指數(shù)值將光路潛在風險劃分為4個等級，即一級風險、二級風險、三級風險以及四級風險，分別對應緊急、重要、警告以及正常4種狀態(tài)，如表1所示。運維人員根據(jù)光路狀態(tài)及各項風險指數(shù)值，決定處置的時效性及處置方式，其中處置方式包括光路疏導、業(yè)務(wù)疏導、設(shè)備檢修以及光纜檢修等。

表1 總風險指數(shù)等級及狀態(tài)劃分

3 風險指數(shù)分析

3.1 基礎(chǔ)資源風險指數(shù)分析

光路基礎(chǔ)資源的風險是衡量其業(yè)務(wù)承載能力的重要標尺。對于風險指數(shù)較低的光路，承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)通道時，其業(yè)務(wù)的安全運行水平相對較高，且業(yè)務(wù)方式安排也較合理。通過對承載光路的設(shè)備、光纜等基礎(chǔ)資源進行綜合分析，最終得出基礎(chǔ)資源風險指數(shù)。

（1）設(shè)備風險指數(shù)。對影響設(shè)備風險指數(shù)的主要因素進行分類，包括運行站點的電壓等級、運行年限以及電源情況等，如表2所示。

表2 設(shè)備風險指數(shù)各影響因素權(quán)重及風險系數(shù)

通過設(shè)定風險指數(shù)系數(shù)和權(quán)重，可得到設(shè)備風險指數(shù)為：

（2）光纜風險指數(shù)。對影響光纜風險指數(shù)的主要因素進行分類，包括電壓等級、運行年限、光纜類型等，如表3所示。

表3 光纜風險指數(shù)各影響因素權(quán)重及風險系數(shù)

通過設(shè)定風險指數(shù)系數(shù)和權(quán)重，可得到光纜風險指數(shù)為：

（3）結(jié)合光路的基礎(chǔ)模型及基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)，可計算出一段SDH光路兩端設(shè)備的風險指數(shù)、以及第段光纜的風險系數(shù)。因此對于一段SDH光路，其基礎(chǔ)資源風險指數(shù)為：

3.2 可用度風險指數(shù)

光路的資源占用率過高，會導致網(wǎng)絡(luò)的可擴展性較差，且承載業(yè)務(wù)的應急迂回難度較大。因此評估光路的可用度風險是分析光路風險隱患的重要指標之一，可從光纜纖芯不可用率和光口帶寬占用率兩方面來評估光路的可用度風險指數(shù)。

（1）光纜纖芯不可用率。即不可用纖芯數(shù)量與總纖芯數(shù)量的比值：

其中，不可用纖芯數(shù)量包括已使用纖芯數(shù)量、故障空余纖芯數(shù)量。根據(jù)光纜纖芯不可用率來制定風險分析規(guī)則，設(shè)定纖芯可用度風險指數(shù)，如表4所示。

表4 光纜纖芯不可用率及風險系數(shù)

（2）光口帶寬占用率。即已占用時隙帶寬與總帶寬的比值：

其中，VC4、VC3、VC12表示SDH中不同帶寬的虛容器（Virtual Container，VC）。SDH的交叉則是基于VC的交叉，最小顆粒為VC12。根據(jù)光口帶寬占用率制定風險分析規(guī)則，設(shè)定的風險系數(shù)即可得到帶寬可用度風險指數(shù)，如表5所示。

表5 光口帶寬占用率及風險系數(shù)

（3）結(jié)合光路的基礎(chǔ)模型及基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)，可計算出一段SDH光路的光口帶寬可用度風險指數(shù)和第n段光纜的纖芯可用度風險指數(shù)。對于一段SDH光路，其可用度風險指數(shù)為：

3.3 業(yè)務(wù)重載風險指數(shù)

光路的業(yè)務(wù)重載風險指數(shù)反映此光路由于集中承載了繼電保護、安全自動裝置等重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)通道而導致引發(fā)等級事件的緊迫程度。根據(jù)承載的重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)量來制定風險規(guī)則，設(shè)定的風險系數(shù)即業(yè)務(wù)重載風險指數(shù)，如表6所示。

表6 重要業(yè)務(wù)承載數(shù)量及風險系數(shù)

3.4 基于歷史告警風險指數(shù)

歷史告警為已經(jīng)發(fā)生的告警，通過分析總結(jié)各廠家傳輸設(shè)備與光路相關(guān)告警名稱，將其中反應光路中斷的告警名稱做標識，如華為SDH的R_LOS與R_LOF、中興SDH的信號丟失（LOS）與RS_LOF、烽火SDH的LOS與LOF以及上海貝爾的Loss Of Signal與LOF告警等，形成歷史告警統(tǒng)計單?；谠摎v史告警表，從同一類告警發(fā)生次數(shù)和該段光路發(fā)生告警次數(shù)兩個維度分別統(tǒng)計，來評估該段光路的風險指數(shù)。

3.4.1 同一類告警發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計

獲取光路兩端設(shè)備的廠家、設(shè)備型號、板卡型號，統(tǒng)計歷史告警表中1年內(nèi)同廠家、同設(shè)備型號以及同板卡型號的光路相關(guān)告警數(shù)量。根據(jù)1年內(nèi)告警發(fā)生頻次來設(shè)定風險系數(shù)，即同類告警發(fā)生風險指數(shù)，如表7所示。

表7 同一類告警發(fā)生頻次及風險系數(shù)

3.4.2 該段光路發(fā)生告警次數(shù)統(tǒng)計

統(tǒng)計歷史告警表中1年內(nèi)光路兩端設(shè)備相關(guān)告警數(shù)量，并根據(jù)告警發(fā)生頻次來設(shè)定風險系數(shù)，即該光路告警發(fā)生風險指數(shù)，如表8所示。

表8 該段光路發(fā)生告警頻次及風險系數(shù)

結(jié)合以上兩個告警統(tǒng)計及相應的風險指數(shù)值，可以得出該段光路基于歷史告警的風險指數(shù)Ka，即：

3.5 基于光口性能風險指數(shù)

通過北向CORBA接口采集光路兩端光口的15 min平均發(fā)光功率和收光功率，于每日0點開始采集任務(wù)，每2 h采集一次。設(shè)定設(shè)備A的發(fā)光功率為Pta、收光功率Pra，設(shè)備Z的發(fā)光功率為Ptz、收光功率Prz，可從光路的收光功率與門限值對比、收發(fā)纖芯的衰耗差值兩個維度來分析光口性能風險指數(shù)。

3.5.1 光路的收光功率與門限值對比分析

根據(jù)廠家標準制定光口光功率預警門限，結(jié)合光路承載的業(yè)務(wù)類型來制定風險規(guī)則，設(shè)定的風險系數(shù)即光口收光功率風險指數(shù)，如表9所示。

表9 光口收光功率與門限下限差絕對值及風險系數(shù)

取兩端設(shè)備光口的收光功率最大風險指數(shù)，即可到該光路的光功率風險指數(shù)為：

3.5.2 收發(fā)纖芯的衰耗差值分析

光纜纖芯衰耗值為光口性能數(shù)據(jù)中端口的發(fā)光功率減去對端光口的收光功率，體現(xiàn)了光信號在傳輸?shù)乃ト醭潭?，衰耗越大，接收到的光信號越差。結(jié)合光路基礎(chǔ)模型，設(shè)定光路收發(fā)纖芯衰耗差值為，即光路A-Z與Z-A衰耗差的絕對值：

結(jié)合光路承載的業(yè)務(wù)類型來制定風險規(guī)則，設(shè)定的風險系數(shù)即衰耗差風險指數(shù)，如表10所示。

表10 光路收發(fā)纖芯衰耗差值及風險系數(shù)

結(jié)合上述光口光功率及光路衰耗差值分析，可得到基于光口性能的風險指數(shù)，即：

4 可視化平臺展示

結(jié)合以上分析，可得出SDH光路的總風險指數(shù)值，即：

基于基礎(chǔ)模型以及北向CORBA接口采集專業(yè)網(wǎng)管配置、告警、性能等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，搭建綜合網(wǎng)管平臺，對光路風險拓撲、光路風險預測列表以及光路風險預測詳情進行可視化展示。

圖3為光路風險拓撲圖展示，4種光路狀態(tài)采用不同形狀的線條進行區(qū)分，可直觀判斷出光路風險指數(shù)較高的光路段。當光標移至某光路段時，可展示出該段光路的風險指數(shù)分析。也可通過預測列表的形式展示出所有光路的總風險指數(shù)值及風險指數(shù)分析，如圖4所示。

圖3 光路風險拓撲展示

為了便于運維人員有針對性地做出應急預案，平臺相應展示出了光路風險預測詳情，如圖5所示。結(jié)合該段光路中存在的風險隱患以及5個維度風險指數(shù)分析的當前狀態(tài)列表，給出相應的處置建議。

圖 4 光路風險預測列表

圖 5 光路風險預測詳情

5 結(jié) 論

本文基于電力通信網(wǎng)中SDH光路的基礎(chǔ)資源、資源可用率、業(yè)務(wù)重載、歷史告警及性能數(shù)據(jù)等進行多維分析，通過設(shè)定權(quán)重、風險系數(shù)及風險規(guī)則等，計算出光路的總風險指數(shù)。最后在可視化平臺中展示光路的風險指數(shù)值及預測詳細等信息，便于運維人員實時掌握光路可能存在的風險隱患，及時有效地制定應急措施及預案，確保電力通信網(wǎng)安全可靠的穩(wěn)定運行。