基于探针技术的配用电通信网络故障快速定位关键技术

王 刚

（沈阳工程学院，沈阳 110136）

本文针对基于以太网技术的电力通信系统的流转过程进行研究，目前通信网设备厂家众多，导致无法及时发现网络异常及一系列后续问题，进而影响到日常工作流程甚至安全生产。进而提出了一种可实现操作、管理和维护的以太接入网设备—探针，重点讨论如何实现以太接入网服务质量（QoS）保证的关键技术。

1 引言

目前通信信息在电力通信系统的流转过程中存在许多问题。第一，信息需要在不同厂家的设备中传递，其传输的安全问题是首先要考虑的。第二，基于现有设备的信息在转送过程中优先级是均等的，难以保证关注度高的信息优先传递。第三，基于以太网上的信息传递过程其传递时间是随机的，即不可控及无法用常规方法来进行网络管理。第四，信息传递过程出现拥堵或弃包无法快速得到预警通知。所以，急需一种高效、安全、智能化的网络管理系统解决上述存在问题。

现阶段在用的配用电通信网设备厂家众多、接口各异而导致无法及时发现网络拥塞、业务异常等问题，由此而引发一系列的后续问题，进而影响到日常工作流程甚至安全生产。对目前常见的建立于多种技术，多厂商网络上的以太网运行服务提供保障会面临巨大的困难。由于历史原因现有通信网络的建立使用了不同厂商的设备：端到端的线路也许还穿过其他运营商的网络，在一条线路两端使用不同的接入平台也是很常见的，其中的一些甚至超出了电力通信系统的控制范围。在这种条件下以太网接入设备被要求能在任何网络类型之上建立一个统一的服务提供终端，来确保QoS并能监测端到端的性能，以实现通信过程可控。

OAM（Operations，Administration，and Maintenance）即操作、管理和维护机制，主要是通过故障检测、告警、定位和隔离等手段提高网络的运维水平。OAM技术在传统电信网中已应用很久了，在SDH和ATM中已取得成功的应用，实践证明它能有效地降低运行维护成本，最大限度地有效利用投资。

综上所述，如何实现对以太网的QoS保障即OAM就成为摆在电力系统通信网络管理者面前的一大难题。

2 借助于探针实现以太网QoS保障的方法

探针的服务分界功能清晰地区分了用户侧和通信网络维护部门网络侧，其功能有：

环回测试提供远程故障诊断，而且需要兼容主流厂商的标准测试集。智能环回功能提供的3&4层环回功能，让探针可以对应用层数据如包括VoIP和视频等做环回测试。环回测试可以在用户端，网络端或者用户和网络端同时进行应用，只有特定的被选择的数据流被环回，其他的数据不受影响。如图2所示，远程环回测试可以允许通信网络维护部门判断出问题是出现自身网络还是用户端，可以迅速地发现和处理问题。当问题确定发生在自身的网络中时，通信网络维护部门可以远程排查问题或者有的放矢地派遣工程师去现场迅速恢复业务。快速地恢复服务可以提升用户的满意度，减少了SLA性能降低带来的一系列问题。

当服务质量下降时持续的在线监测能确保检测到所有的关键的SLA性能指标并报警。在不影响原有业务前提下，采用在线式吞吐量测试去监测链路性能，以线速产生流量并进行分析，来验证在高峰时段网络服务的能力。如图3所示，采用填充式在线实时带宽测试，即填充的带宽与线路在用带宽之和等于线路测试总带宽，从而不影响客户的在用业务；测试结果可以以图、表和文本文件多种呈现方式提供带宽大小、丢包率等。在线吞吐量测试再配合环回测试就可以迅速地判断网络故障的准确位置。

相对于OAM Y.1731而言，探针的安装配置要求做到更简单—简单到只需远程输入ID或者用户名就能自动接入，不需要像OAM那样做繁琐的设置，还可以使用更小的数据包（20个字节相对于OAM Y.1731的60个字节），这样探针的数据包在3层可用和通过OAM隧道，用软件处理OAM包来验证时延的精确度性。尽管是基于Y.1731以太网OAM标准，探针的数据包也被要求能穿过IP/MPLS网络，这就使得借助于探针可以跨越多技术，多厂家，多运营商和多个国家的网络来提供完全的性能检测，因此确保了以太网QoS在任何网络里能够得到实现。

同时还可以建立单流数率限制，塑形和流量过滤等功能，例如流量塑形目的是为了发现大部分有效带宽被占用的情况下减少包的丢失。为了做到这点，流量塑形推迟低优先级的传输，直到带宽变得可用（拥塞解除），再传输被缓冲下来的优先级队列中数据。这样就建立起了不影响重要业务和实时应用的QoS体系。

3 结束语

探针通过对数据流进行监听和测试功，建立并确保了基于数据包的网络QoS安全机制。主动进行测试和维护让网管能够在影响到客户和影响SLA性能指标之前处理大多数问题。完全基于硬件实现所有网络OAM标准，可以检测每个应用或每个流而不是一个简单的端口。设置连通性错误管理（CFM）和性能检测（PM）的参数让探针轻松应对现有各种网络。同时全硬件的实现，既提供了几十毫秒级精度的单路延迟和抖动的测量，又具有了多达1000个数据流的全线速环回测试和检测每一个服务、SLA、客户端或VLAN的能力。作为一个在线的设备，探针可以实现实时测量最终用户的实际使用数据，并在操作界面上提供完善的报告，趋势分析，内部计费和网络优化等相关信息。

如果该技术能够被开发应用在国家电网公司通信网络中，就可以节省一部分人力资源，并且提高员工的劳动生产率，更为重要的是提高了通信网络的可控性与可视性，降低了事故隐患。

终上所述，探针设备提供了对以太接入网的全套测试服务，实时地测量和监视并诊断网络的健康，当远端单元出现问题时会立即被发现。这些基于硬件的探针单元除了提供了连续的以太网和IP性能监测，还可以实现以太网的OAM和高性能的数据塑形，通信网络维护工程师可以在一个通用平台上非常简单地部署和管理所有的服务。一个集中监控系统负责从所有的探针实时收集数据并进行处理，进而提供了端到端的性能可见性和基于WEB界面的报告，进而保证了用户的SLA性能指标。基于WEB网页的报告能力使通信网络维护部门可以很方便的为最终客户设置安全入口并提供实时的SLA性能可视化界面。可视化的点对点OAM服务和持续的服务保障，减少了工程师为了判断问题而不得不去现场所需的工作量，明确地定义了服务的分界点，通过2、3层以太网的数据流的监测（时延，抖动，连续性和可用性）而使了最后一公里变得可控，进而实现了全程监测和QoS优化。