電力OTN骨干通信網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警分析及優(yōu)化

陳亞琨 宋 騰 王一妹 李云松 毛 瑞

（1.鄭州電力高等專科學(xué)校，河南 鄭州 450000；2.國網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

電力通信同時涉及了電力和通信兩大行業(yè)，在應(yīng)用上有電力行業(yè)的特色，在技術(shù)上又受到通信行業(yè)技術(shù)發(fā)展的推動。隨著電網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)字化進程的不斷加快，大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對原有電力通信傳輸帶寬造成極大壓力，利用OTN技術(shù)，組建大顆粒、長距離的新型電力骨干通信網(wǎng)成為更多省級電網(wǎng)企業(yè)的必然選擇。

電信運營商的OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一經(jīng)設(shè)計就是穩(wěn)定的，但在電網(wǎng)的實際運行過程中，電網(wǎng)網(wǎng)架的不斷建設(shè)發(fā)展將導(dǎo)致OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變，必然影響網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點、光信噪比（OSNR）等底層物理參數(shù)，直接決定了光路是否能夠正常運行。同時，對于主要承載電力通信業(yè)務(wù)的光傳輸網(wǎng)來說，檢修過程是無法避免的，本文將針對電網(wǎng)OTN高速率網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險預(yù)警及優(yōu)化開展研究，構(gòu)建多維計算模型、對OTN網(wǎng)絡(luò)開展風(fēng)險預(yù)警分析并提出優(yōu)化建議，以指導(dǎo)OTN網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

1 基于OSNR的OTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

OSNR（光信噪比，Optical Signal Noise Ratio）是指在光有效帶寬為0.1nm內(nèi)光信號功率和噪聲功率的比值，通?？梢员硎緸檩敵龆诵盘柟β屎洼敵龆嗽肼暪β实谋戎?。在電力通信網(wǎng)光傳輸網(wǎng)中，光通信站多為變電站，站間距離大，尤其是通信設(shè)備運行環(huán)境較好的高電壓等級變電站，站間距離甚至達到180～250 km，這給OSNR控制帶來了很大難度，如果工程設(shè)計不合理，則有可能導(dǎo)致部分光纜路由無法利用，或者導(dǎo)致OTN電中繼站點的無謂增加，造成投資浪費。所以在對OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化時，考慮OSNR指標可以更利于優(yōu)化OTN網(wǎng)絡(luò)。

OSNR的值與業(yè)務(wù)的質(zhì)量緊密相關(guān)，OTN光網(wǎng)絡(luò)的OSNR必須大于18dB，若小于閾值，即使輸入光功率高于放大設(shè)備的最小額定輸入功率，也無法保證業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準確性。所以在優(yōu)化OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，將OSNR的值納入考慮范圍內(nèi)，如果現(xiàn)有鏈路過長導(dǎo)致業(yè)務(wù)路由上某一跳不滿足最小額定輸入功率時，建議在該鏈路上新增一個光放大器乃至電中繼節(jié)點。

2 基于節(jié)點重要度的光傳輸網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化

節(jié)點重要度評價可以從兩個方面考察，從通信角度來看，可基于網(wǎng)絡(luò)凝聚度和割點來評價節(jié)點重要度，從電力角度來看，需基于電網(wǎng)生產(chǎn)要素來評價節(jié)點重要度。最后綜合這兩個方面來對電力通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點重要度作出總體評價。

2.1 基于電網(wǎng)要素的節(jié)點重要度

將基于電網(wǎng)要素的節(jié)點重要度評價指標分為：站點等級要素、業(yè)務(wù)類型要素、故障概率要素。站點等級要素需要考慮站點電壓等級、站點規(guī)模、負荷等級；業(yè)務(wù)類型要素需要考慮電網(wǎng)業(yè)務(wù)分類、電網(wǎng)業(yè)務(wù)評價指標和電網(wǎng)業(yè)務(wù)重要度；節(jié)點發(fā)生故障的概率對該節(jié)點的節(jié)點重要度評估也有很重要的影響。比如相比于故障概率低的節(jié)點，故障概率高的節(jié)點對電力通信網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)和規(guī)劃有著更重要的影響，那么基于故障概率的節(jié)點重要度應(yīng)該更高。通過統(tǒng)計故障率和修復(fù)率，可以評估節(jié)點的故障概率，進而得出基于故障概率的節(jié)點重要度。

2.2 基于節(jié)點重要度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過以上方式計算出網(wǎng)絡(luò)拓撲中的節(jié)點重要度之后，針對那些重要度較高的節(jié)點采取設(shè)備備份或加強人員維護等措施，保證這些擁有高重要度的節(jié)點不輕易出現(xiàn)故障，或是在出現(xiàn)故障后能夠快速恢復(fù)而不影響傳輸網(wǎng)上這些節(jié)點承載的業(yè)務(wù)，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度優(yōu)化光傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

3 基于N-X業(yè)務(wù)影響分析優(yōu)化業(yè)務(wù)可靠性

3.1 N-X業(yè)務(wù)影響風(fēng)險分析

N-X風(fēng)險分析通過事先預(yù)設(shè)X個設(shè)備/光纖同時故障的方式，計算它們對電力系統(tǒng)安全運行相關(guān)的電力通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生的影響及危害程度。

設(shè)系統(tǒng)中包含元器件/光纖的總數(shù)為N，Riskx為指定系統(tǒng)中的X個元器件/光纖發(fā)生故障而失效的風(fēng)險值，系統(tǒng)總的風(fēng)險可以近似表示成不同事件模式風(fēng)險之和，表示指定的X個元器件/光纖同時失效的概率。

通過綜合N-X分析，可以掌握網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總風(fēng)險以及X個設(shè)備失效后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)風(fēng)險值，當X個設(shè)備同時失效時，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總風(fēng)險大大增加，則需要對這X個設(shè)備采取保護措施或是提供備用設(shè)備，以降低它們故障的概率以及因故障中斷后恢復(fù)的速度，從而減少對業(yè)務(wù)的影響，優(yōu)化光傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性。

3.2 檢修模式下的N-X可靠性評估

在電力通信傳輸網(wǎng)中更多出現(xiàn)的是因為檢修出現(xiàn)的N-X情況，而對于主要承載電力通信業(yè)務(wù)的光傳輸網(wǎng)來說，檢修過程是無法避免的，在正常電力通信網(wǎng)運行時，由于有自愈環(huán)的存在，當業(yè)務(wù)運行路由中某處設(shè)備或鏈路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動倒換，保證業(yè)務(wù)的正常運行，所以，在這樣的情況下，出現(xiàn)風(fēng)險的次數(shù)非常少。而在N-X檢修模式下，因為X處的檢修，就會有若干業(yè)務(wù)的備用路由無法使用，或者若干業(yè)務(wù)的若干設(shè)備或鏈路是核心重合處，則一旦主路由某處出現(xiàn)故障，或者核心重合處出現(xiàn)故障，若干業(yè)務(wù)就會中斷，就會產(chǎn)生風(fēng)險。分析檢修模式下的N-X，可以更好地掌握網(wǎng)絡(luò)情況，解決由于檢修帶來的業(yè)務(wù)可靠性問題。圖1為N-X風(fēng)險預(yù)警機制框圖。

圖1 N-X風(fēng)險預(yù)警機制框圖

為了滿足N-X檢修模式下的電力通信網(wǎng)運維需求，首先對檢修任務(wù)本身的風(fēng)險進行評估，分析其可能存在的風(fēng)險，并給出改善建議；然后，在電力通信網(wǎng)執(zhí)行X處檢修任務(wù)后分析X處檢修工作對業(yè)務(wù)的影響情況，列表給出業(yè)務(wù)及其對應(yīng)的不可再檢修的設(shè)備和鏈路。

算法流程如下：

步驟1：導(dǎo)入模塊。導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中的業(yè)務(wù)路由信息表，存儲到設(shè)計好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

步驟2：遍歷檢索模塊。遍歷業(yè)務(wù)路由信息表，檢索出0備用路由業(yè)務(wù)，給出0備用路由業(yè)務(wù)列表及對應(yīng)主路由；檢索出n+1重合路由業(yè)務(wù)，給出n+1重合路由業(yè)務(wù)列表及重合處；如果是初始化的遍歷檢索，則無檢修前后的風(fēng)險值對比，是全網(wǎng)初始化的風(fēng)險值累加；否則的話累加所有風(fēng)險業(yè)務(wù)的風(fēng)險值，給出檢修前后網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險值的對比。

步驟3：輸入模塊。運維人員輸入檢修任務(wù)或者選擇恢復(fù)。如果是檢修任務(wù)，則執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟5；

步驟4：檢修處理模塊。首先對檢修任務(wù)進行評估，分析可行性。如果不可行，則給出原因和改善建議，并進入步驟2；否則進入檢修處理，將相應(yīng)受影響業(yè)務(wù)的3種路由進行調(diào)整，然后進入步驟2。

步驟5：恢復(fù)模塊。（輸入的必須是處于檢修狀態(tài)的，即X的檢修狀態(tài)=1，否則將會重新輸入）將相應(yīng)恢復(fù)的業(yè)務(wù)的3種路由進行調(diào)整，然后進入步驟2。

最核心的模塊便是檢修處理模塊，在接受檢修任務(wù)后，將業(yè)務(wù)的故障路由包括主路由或備用路由移入檢修路由。并將沒有主路由的業(yè)務(wù)的備用路由（選一條）移入主路由，保證業(yè)務(wù)正常運行。

恢復(fù)模塊不僅僅可以發(fā)布檢修任務(wù)，還可以進行恢復(fù)。將修復(fù)好的故障路由從檢修路由移入備用路由，為下一次檢修任務(wù)更好地執(zhí)行做好準備。算法流程圖如圖2所示。

圖2 恢復(fù)模塊流程圖

通過檢修模式下N-X分析，可以了解對不同設(shè)備檢修時網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險，提前采取相應(yīng)的措施，可以在對某些設(shè)備檢修時，降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的風(fēng)險度，優(yōu)化光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性。

4 結(jié)論

本文針對電力OTN骨干通信網(wǎng)的風(fēng)險預(yù)警分析及優(yōu)化開展研究，提出光信噪比、節(jié)點重要度、檢修條件下N-X業(yè)務(wù)影響分析等多維模型，為電力OTN骨干通信網(wǎng)絡(luò)的安全、高效運行提供一種可靠的監(jiān)控管理技術(shù)手段，并且在最小化網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險的基礎(chǔ)上給出有效的路由優(yōu)化方案。在滿足電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)安全管理水平和運行維護效率，對于促進河南電力通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和應(yīng)用具有重要意義。