梯级调度通信网络监控盲区的实时监测技术与方案研究

韩伟 丁仁山

【摘要】 雅砻江公司集控中心与各梯级电站的通信大多数由电力通信专网及公网运营商专线电路承载，运维人员对于设备产权及维护职责不归属于集控中心的电路只能“被动式”维护，不具备实时监测和故障精确定位手段，本文基于此梯级调度集中控制领域普遍存在的困境进行研究，形成面向租用专线电路的实时监测手段及技术方案，辅助集控中心运维人员对通信网络实现端到端的监控和运维管控。

【关键词】 雅砻江公司集控中心 租用电路/专线 实时监测

一、前言

雅砻江公司集控中心与各梯级电站之间的通信网络分别包括主、备、应急这三种通道，主、备通道是由监控内网、电力通信专用网、电信专线组成。其中电力通信专用网、电信专线均为集控中心与梯级电站通信交互的必经之路。如果此段租用电路出现问题，则直接影响到各梯级电站的通信网络运行。随着集控中心通信网络管理系统的投运，雅砻江公司集控中心所属资源基本做到了信息化管理，但是对于租用的通信资源，目前还无法做到集中信息化管理，管理效率差，应急保障能力弱。尤其针对租用电力通信专网、电信专线的通信资源方面，不仅缺少对其数量、作用和支撑能力的管理，而且缺乏对其业务质量的实时监控，处于分布不可知、质量不可信、资源不可视的状况。

为此，需要探讨与研究租用专线电路在线监测的技术手段，为建立相应的监测与分析系统打下理论基础，以提高雅砻江公司集控中心与各梯级电站通信网络的整体保障能力。

二、集控中心与梯级电站的通信网络结构

为保证通信的安全性和可靠性，雅砻江公司集控中心与各梯级电站之间的监控系统采用三通道（主、备、应急）、双规约（104、101）的通信模式，主/备通道和应急通道同时工作。其中：电站侧主/备路由器与集控侧主/备中心交换机成“口”字型连接方式，通过OSPF路由协议进行路由切换，主/备通道上传电站监控系统全厂数据，下发相关设备的控制、调节命令以及省调下发的断面潮流信息和流域水情信息；卫星应急通道只传送电站的部分重要生产实时信息用于监视，不下发设备控制、调节令（只下发与电站相关的流域水情信息）。以监控系统网络结构为例，集控中心与梯级电站之间的通信交互示意图如图1。

主用通道

主用通道租用四川省电力公司的川西南电力通信专网，带宽20M，通信规约为IEC60870-5-104；

电站侧两台冗余通信网关机分别通过100M以太网口经主通道纵向加密装置，并通过安全I区主路由器接至主用通道SDH设备的以太网接口上。

备用通道

备用通道租用电信公司专线通道，带宽4M，通信规约为IEC60870-5-104；

电站侧两台冗余通信网关机分别通过100M以太网口经备用通道纵向加密装置，并通过安全I区备用路由器接至备用通道SDH设备的以太网接口上。

应急卫星通道

应急通道带宽64K，通信规约为IEC60870-5-101；

电站侧两台冗余通信网关机通过RS232-RJ45转换模块，接至卫星通道交换机，卫星通道交换机接至电站侧的应急卫星通信子系统中。

三、集控中心对租用电路运维监控的现状和困惑

目前，雅砻江公司集控中心针对所管辖范围内的通信及网络系统，建立了一套以通信和网络设备为管理对象的信息集中管理系统，以此提高雅砻江流域通信及网络设备预警分析及维护管理水平，量化提高通信和网络基础设施及其状态的可靠性、利用率、性能服务质量、安全性等指标，并减少混合通信和网络管理环境下的管理和控制运营成本。运维人员可通过通信网络管理系统对调度数据网、集控中心及各级电站网络设备（路由器、交换机等）进行实时监视，从宏观和全局的视角对全网运行信息进行实时监控，及时保障与维护所管辖范围内的通信网络及设备。

集控中心与各梯级电站之间的通信交互通道主要由电力通信专用网、电信专线承载，而这些业务所关联设备的资产归属和运维管理责任却属于电网公司或公网运营商。这些企业目前拥有的运维管理手段，尚不能支撑对所租用资源的端到端性能进行量化管理，既不能向雅砻江公司集控中心提供管理工具，也不能提供相应的管理信息，通信业务质量无法进行评估，只能被动接受故障投诉，应急支撑能力差。

上述问题导致集控中心与梯级电站之间的端到端电路实时监测缺乏手段，运维保障压力大；大部分故障只能由用户申告，属被动服务，无法确保通信网络的可靠性；另外无法预知业务电路的性能变化趋势，无法对即将劣化的线路做到提前预警。

四、实时监测租用电路/专线的解决方案

对于目前的租用电路（电力专线与公网专线），集控中心在日常运行维护中关心的首先是：业务中断或故障发生时，故障点到底是在运营商（电网公司及公网运营商）还是在自身网络侧？其次，对业务电路的日常运行中，维护人员对电路的告警和性能指标最为关注。基于以上需求，通过专线电路实时监测技术的研究，实现对租用电力通信网及电信专线的传输电路资源的实时监测与业务告警，实现对租用电路或专线的可知、可信、可视化管理。在日常管理工作中，对租用电路或专线通信状态进行有效地监测管理，及时处理各类通信故障告警，以及较为准确的通信故障定位分析，有效提高运维效率，掌握业务应用的主动性，从而提升通信服务保障能力。在目前租用专线电路存在管理和监控盲区的情况下，经过研究我们可以采用专用监测探针的技术实现对成帧和非成帧（链路层使用HDLC帧格式协议）结构的电路的传输质量进行监测，对专线电路的告警性能指标进行实时监测，告警包括：信号丢失（LOS）、告警指示（AIS），PCM成帧电路的帧丢失（LOF），记录告警的开始和结束时间，同时分析自身侧问题还是运营商传输网络问题。

监测探针设备通过高阻跨接于E1线路的方式，实现在线监测E1双向传输线路的状态，并不影响用户线路正常的通信。本设备将监测到的各种信息按设定的格式转发给后台管理系统，通过多个远程探针和一个集中后台管理系统，可组成一个对多条E1传输线路的性能监控网络。

监测示意图如下：

监测的主要技术指标包括：

1）非成帧传输电路（数据IP电路）：

记录告警的发生时刻，告警为 LOS，AIS等；总传输包数（正确和错误和），总包占用字节数；总正确的包数，总正确包占用字节数；总超长包数，总超长包占用字节数；超短包数，超短包占用字节数；CRC-16校验错误包数，CRC-16校验错误包占用字节数。

2）成帧传输电路：

中断业务测试和不中断业务的在线监测；测试Bit和块误码；测试并记录告警发生时刻，告警为 LOS，LOF、AIS、RAI等；中断业务测试误码、误码率、误块数、误块率、误码秒等；在线测试CRC-4误块数、误块率、误块秒等；监测分析传输线路的质量和可利用率；报告期间告警的总时间长度，LOS、LOF，AIS告警时间长度。

通过监测探针设备及后台管理系统实现实时自动监测功能、组网和网络管理功能：

实现自动监测功能

实现对 2048kbit/s 传输电路进行实时监测和传输、性能分析，能同时监测的告警性能指标包括信号丢失（LOS）、告警指示（AIS）， 帧同步丢失（LOF），CAS 复帧同步丢失（LOMF），CRC4 复帧同步丢失（LOCF）， 严重帧误码告警（FAS_ERR），严重编码误码告警（CV_ERR），帧误码计数（FAS_ERRCNT），编码误码计数（CV_ERRCNT），远端告警（REMOTE）等。可记录告警的开始和结束时间。

实现组网和网络管理功能

硬件探针设备的监测数据通过 3G、2G 或者有线以太网接口方式传送到网管系统。网管系统的控制命令通过 3G、2G 或者有线以太网接口方式传送到 E1 探针 监测器设备。设备通过命令行界面或者网管界面选择打开或者关闭 4 路 E1 接口的任意一路，关闭后的电路不进行监测，可以选择电路是 PCM30/30C/31/31C 帧 结构，选择 E1 接口的阻抗、增益、以及是否屏蔽误码告警。

另外，租用电路＼专线后台实时监测系统，通过探针方式采集到租用2M电路的告警信息、配置信息等情况，运维人员可集中、全面地掌握租用电路/专线的资源使用规模、实时状态、告警信息等网络质量与状态：

网络资源管理：实现对各类租用电路/专线的资源信息的统一化管理，对集控中心范围内应用的租用同行资源信息实现自动录入。

网络告警管理：系统能够自动从网络中接收各种报警信息，并通过多种方式直观地进行显示。

网络拓扑管理：提供租用电路/专线的网络拓扑视图，实现拓扑自动发现和自动刷新，拓扑元素根据故障检测和性能检测的状态产生相应的颜色变化。

业务流量管理：对租用电路/专线的业务流量进行监测，采集和呈现租用电路/专线的主要业务应用流量，如：HTTP、SMTP、POP3、BT、FTP、VoIP等。

五、结语

为提高雅砻江公司集控中心与各梯级电站通信网络的全程监控及保障能力，建议采用硬件探针监测技术对电力通信专用网及宽带专线等租用电路进行实时监测与分析，以此实现对梯级调度通信网络盲区的集中监控，提高雅砻江公司集控中心运维人员的网络监控能力及运维管理水平。