基于电力通信网保护机制的研究

李 洋，郭晋祥，张丽霞，薛泓林，向南刚

（1.国网山西省电力公司 信息通信分公司，太原030001；2.国网山西省电力公司 长治供电公司，山西 长治046000）

基于电力通信网保护机制的研究

李 洋1，郭晋祥1，张丽霞1，薛泓林1，向南刚2

（1.国网山西省电力公司 信息通信分公司，太原030001；2.国网山西省电力公司 长治供电公司，山西 长治046000）

为满足现阶段配电通信网对传送业务的融合性和可靠性要求，分析了现阶段比较重要的3种通信保护链路方式，针对网络保护中相关的协调机制进行了探讨，提出在保护链路方式中引入拖延计时机制来提高网络可靠性，并对其进行了实际验证。

子网连接保护；光复用段保护；可靠性

0 引言

智能配电通信网具有承载业务与传送形式 （如TDM业务的传送、分组业务传送和波分传送）丰富多样、多种技术混合应用且独立组网运行、点多面广和设备复杂等特点。现有传输网的大部分网络保护设备多采用1+1通道进行保护，这种保护方式会使可利用的通道资源不足，既有资源运用接近饱和。传统的网络结构大多采用点对点组网，其弊端会导致网络在网络管理、业务调度和自愈能力方面表现不足。现亟需一种新型的保护机制来确保传输业务的安全可靠。

PTN、OTN等传输技术中的光纤线路自动切换保护装置（OLP）、子网连接保护（SNCP）和光复用段保护（OMSP）等新型保护机制具有灵活的组网能力和较高的应用价值。在这些机制中，保护通道可进行实时地切换，以并发优收的原则保证业务的可靠性，近年来应用较为广泛。本文对上述配电领域中的新型链路保护机制进行研究，旨在更加可靠地解决配电通信网中的“最后一公里”问题。

1 保护方式和倒换时间

1.1 保护方式简介

在配电领域中，保护的含义主要指为光网络承载的正常业务预留保护资源。当网络发生节点或链路故障时，受影响的业务被倒换到预先分配好的保护路由中传送，以此来使受到影响的业务恢复正常。保护通常处于本地网元或远端网元的控制下，不需要外部网管系统介入，因而保护倒换时间很短。在光层保护中,现有的保护方式主要有OLP、SNCP和OMSP等。

OLP采用选发选收（1：1保护）或双发选收（1+1保护方式）的传输方式，主干路传输网络发生意外故障时，能自动切换线路，通过预置保护光纤实现对工作光纤的保护。OLP提供对主用光纤线路的物理保护，不需要全网倒换协议，倒换时间小于50ms，适用于相邻站点间有备用光缆路由的情况。

SNCP是一种点到点的保护机制，保护通道与故障通道走不同的路由，采取双发选收的工作方式。SNCP与网络拓扑关系不大，可应用在各种网络结构中，根据需求对部分节点进行相应的保护。发送端通过两个子网向接收端发送业务，接收端通过倒换开关选择业务。

OMSP是在光路上采用1＋1保护的保护方式，在终端线路则不进行保护。其基本原理是在发送端和接收端均设置1×2光分路器和光开关，在发送端分离合路的光信号，在接收端对光信号进行选路。选出的两路信号一路提供给光工作复用段，另一路提供给光保护复用段。当工作段发生故障时，接收端通过倒换选择复用段传送信号。在OMSP系统中，需要备份的有光缆和WDM的线路系统，不需要备份的是终端站的复用器/解复用器和业务终端。

本文针对上述保护方式进行了具体的实验验证，旨在提出一种更有效的保护性能方法。

1.2 倒换时间

在配电通信领域中,倒换时间是衡量保护质量的重要指标，倒换时间越短，保护方式越可靠。倒换时间性能的主要依据包括处理自动保护倒换 （APS）的速度、解析线路告警与上报给倒换模块的速度、传输时延和传输交叉模块的切换时间。根据性能通常将保护时间分为以下3部分：

①处于损坏段两端的节点监测到信号时效（SF）或信号劣化（SD）告警，设备解析线路告警并上报本节点进行APS处理，处理时间为t1。在检测告警中，t1为3帧信号的转发时间,每帧的转发速率为0.125ms，则t1=0.125×3=0.375ms。

②APS传输与处理时间。此段时间总和包括每个节点处理APS信息的时间t2和长距离传输时延t3。t2的大小与设备性能相关，在经验值中，t2=2ms。传输长距离的传输时延t3=n/ c ×L（c为真空的光速，n为光纤芯区折射率，L为传输距离）。在本实验中，由于传输距离近，t3可以忽略不计。

③切换时间，即倒换节点的交叉线路切换时间。因为每个直通节点已经预先建立了保护线路的交叉通道，所以可以认为切换倒换节点的交叉线路和直通节点的交叉线路交叉消耗的时间相同。设每个节点的倒换时延为t4,在经验值中，t4=3ms。

2 层间保护协调实验

2.1 建立保护模型

在常见的环网结构中，对某些重要的节点链路采用OMSP，该保护机制主要进行光层倒换。如果某一个业务出错，但没有产生整个复用段的信号SD和SF告警，OMSP不进行倒换动作，这时可在电层引入SNCP，对每个业务进行保护。

本文采用OTN设备搭建了OMSP与SNCP的协调保护模型,如图1所示。在所建模型中配置了SNCP，由节点2和节点5传送业务。同时，在节点1～节点6之间配置了OMSP。在节点2与节点5之间接入了业务分析仪，以检测业务的倒换时间和恢复时间。

图1 OMSP与SNCP的协调保护模型

2.2 保护倒换过程

保护倒换节点的倒换过程如图2所示。倒换过程基于APS协议，其中NR表示没有请求，SF表示信号时效，RR表示反向请求，DNR表示禁止挪用，WTR表示等待恢复。若倒换节点a对应图1中的节点1，倒换节点b对应图1中的节点6，则OMSP的保护倒换过程如下：①T1时刻在节点1检测到倒换信号，T2时刻节点1上报APS信息并对APS进行处理，T2-T1=t1+ t2+t4。②T3时刻将APS信号传递到节点6，T3=t3。本实验中，T3可以忽略不计。③T4时刻节点6对APS信息进行处理并进行倒换，T4-T3=t2+t4，则总倒换时间T倒= t1+2t2+t3+2t4=10.375ms。

图2 保护倒换节点的倒换过程

若倒换节点a对应图1中的节点2，倒换节点b对应图1中的节点5，则SNCP的保护倒换过程如下：①T1时刻节点1检测到倒换信号，T2时刻节点1上报APS并对APS进行处理，这时节点1为穿通状态，APS信息将传递给节点2，并在节点2进行倒换，因此T2-T1=t1+2t2+t3+t4。②T3时刻节点2将APS信号传递到节点5，节点3和节点4为穿通状态，T3=t3′+2t2。实验中，传输时延t3′可以忽略不计。③T4时刻节点5对APS信息进行处理并进行倒换，T4-T3=t2+t4，则T倒=t1+5t2+t3+ t3′+2t4=16.375ms。

2.3 实验分析

通过分析倒换过程，我们可以得到OMSP和SNCP的保护倒换时间的理论值。在故障检测过程中，保护动作通常采用自由竞争机制。但是，由于告警检测时延和倒换时延的产生，可能会使倒换动作发生重叠。如果各层之间协调不当，保护机制间会互相干扰，因此需要层间进行协调和配合。本文引入拖延计时机制（对同时进行的动作中的某一动作的开始时间进行延后）来避免各层间的冲突。为验证理论值的正确性和拖延计时机制的有效性，我们将图1中的业务分析仪换成节点分析仪后进行了以下实验：

①不设置拖延计时，在节点1和节点2间插入告警，进行电层倒换，得到的倒换时间为14.619ms；②不设置拖延计时，将节点1与节点6间的主用光纤拔断，依次进行电层倒换、光层倒换和光层/电层倒换，得到的倒换时间依次为13.743ms、8.699ms和12.948ms/ 1.103ms；③对OMSP设置拖延计时100ms，将节点1与节点6之间的主用光纤拔断，进行电层倒换，得到的倒换时间为14.95ms；④对SNCP设置拖延计时100ms，将节点1与节点6之间的主用光纤拔断，进行光层倒换，得到的倒换时间为9.121ms；⑤在SNCP设置拖延计时100ms，节点1插入告警，进行电层倒换，得到的保护倒换时间为119.059ms。

本文针对实验得到的保护倒换时间，结合实际情况做出以下分析：

①实际测试得到的保护倒换时间与理论计算值基本相等，但略小于理论值，这与线路的状态和设备的性能有关。

②业务受损时，在单独业务中插入告警，光层的OMSP不会进行倒换。

③若在节点1与节点6之间拔纤产生了SF信号，在不设置拖延计时机制的情况下，SNCP保护和OMSP保护的反应时间相近，两者会发生争抢，产生以下3种情况：

◆光层检测信号较快，及时完成倒换动作，此时电层仍然处于检测告警和APS信号状态，即电层的T2时刻发生在光层的T4时刻后，则只有一次倒换，即光层倒换，倒换时间为8.699ms，电层不发生倒换。

◆在光层进行倒换时，电层同时在检测告警信号，这时若光层未完成倒换，信号仍然处于中断状态，即SNCP的T2时刻发生在OMSP的T4时刻之前，且光层的信号传递和末端节点倒换速度高于电层的处理速度，此时会发生二次倒换，信号从OMSP主用路径倒换至备用路径，并再次倒换至SNCP备用路径。这种情况会导致信号发生二次低频干扰（二次倒换后，信号频率较低造成的干扰）。

◆若SNCP的T2时刻发生在OMSP的T4时刻前，但电层的倒换速度较快，则电层倒换和光层倒换将发生重叠，业务只中断一次，可视为电层倒换，实验得出的倒换时间为13.743ms。

④对电层或光层设置了拖延计时机制后，没有出现二次倒换现象。

在此次实验中，由于拓扑结构比较简单，二次倒换并没有给传送的业务带来太大影响。但是在实际电力传送网中，网络拓扑复杂，业务量大，二次倒换将给网络带来很大的不稳定性，影响网络的可靠性。与光层相比，对电层设置拖延计时后其倒换时间会增加，如果某一业务出现错误，其倒换时间会超过标准设定的50ms。在实际的网络中，网络越底层的倒换效率越高，因此在实际应用中，应该在底层设置拖延计时机制。

3 结束语

我们在研究OLP、SNCP和OMSP这3种保护机制的基础上，提出在保护机制中加入拖延计时机制，并通过实验证明了引入该机制可以有效防止二次倒换现象。本文对倒换时间进行了理论计算，并验证了计算方法的正确性。本文的研究成果为研究人员在实际配电通信网时如何采用链路保护方式提供了参考。

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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，高级工程师，主要从事电力通信方面的工作。