电力无线专网网管系统优化设计

马淑静 段利军 姚小松 李云嵩

（国网信通股份公司北京中电飞华通信有限公司 北京市 100070）

电力通信网分为电力骨干通信网和终端通信接入网，骨干网主要指35kV 及以上的厂站和相关生产场所，主要承载传输、数据通信、行政交换、电视电话会议、调度等多种业务。终端通信接入网主要指10kV 和0.4kV 配用电侧相关站点，主要承载了配电自动化、用电信息采集、分布式能源接入、输变电在线监测、需求侧管理等多项业务[1-3]。终端通信接入网作为骨干通信网的延伸，提供了业务和骨干网之间的通信通道，实现了业务终端和业务系统间的信息交互，具有业务承载和信息传送功能[4]。终端通信接入网主要有X-PON、工业以太网、无线专网、无线公网、电力线载波等多种技术体制。随着智能电网业务的快速发展，对移动办公、高清视频监控、应急通信业务的需求不断提升，电力无线专网因其成本低、部署方便、可以快速灵活组网，而得到了广泛应用，国网公司开展大面积的TD-LTE230MHz 和1800MHz 无线专网试点建设[5]。

网管按专业、厂家的维度进行划分，主要分为三类：设备网管、专业网管、综合网管[6]，各网管之间通过网络接口获取数据。设备网管主要指的是设备厂家网管，直接管理设备。专业网管介于设备网管和综合网管之间。综合网管则是跨专业的网络管理。自2012年起，国网公司大力开展骨干网综合网管建设，即通信管理系统（以下简称SG-TMS）。目前，已开展多期，相对比较完善，而对于终端通信接入网综合网管的研究相对滞后。随着智能电网及泛在电力物联网的快速发展，终端海量业务的增加，给接入网侧通信网络提出了更高的要求，加快推进终端通信接入网管理系统（以下简称AMS）建设，保障接入网侧通信通道的安全性，其中电力无线专网建设作为接入网建设的重中之重[7]。

随着终端通信接入网建设的不断推进，结合某地市公司电力无线专网的实际建设和运行情况进行调研，提出构建无线专网的优化设计方案，通过现有先进的网络管理技术，对不同形态的电力无线专网的网元实现统一管理，大幅降低电力无线专网维护的复杂度，也为支撑AMS 基础数据的获取提供有效支撑。

1 现状分析

1.1 通信管理系统现状

2012年，国网公司在以往开展的智能电网通信管理系统建设前期工作基础上，加快步伐，统一组织开展了TMS 建设。TMS 目前已在27 个省级及以上单位、315 个地市公司、部分电厂进行应用。通过调研发现，30 个省级及以上单位将TMS 作为唯一综合网管系统，实现实时监视、资源管理、检修管理、值班管理的深化应用[8-10]。

目前电力通信网管系统SG-TMS 存在如下不足方面：

（1）SG-TMS 系统规划设计及上线运行时间较早，缺乏在安全监控及智能管理服务的功能创新设计，系统各角色应用情况参差不齐，管理人员因统计分析等功能有待完善而应用较少。

（2）SG-TMS 系统设计开发注重有线通信网络（SDH、OTN，骨干网、接入网）的通信资源、实时监视及运行三大管理模块，目前在生产、运营成本及功能覆盖范围上，都存在较大不足。截至目前SG-TMS 中规划了接入网的管理，但对无线专网管理深度不够。

图1：多元数据采集前置机架构设计

1.2 终端通信接入网管理系统现状

2017年，终端通信接入网管理系统（AMS）从通信管理系统（TMS）中剥离开展独立建设。目前已在全网27 个网省公司开展试点应用。随着应用的深入，功能将逐步完善和优化。

目前终端通信接入网管理系统存在如下不足方面：

（1）无线公网以省集中的方式进行管理，电力需依赖于中国移动、中国电信、中国联通三大运营商，缺乏独立的通道安全监控手段[12]。

（2）系统设计开发主要注重有线通信网络管理，如：X-PON、工业以太网交换机，对电力无线专网缺乏统一的设备接入管理平台和有效的运行管理手段[11]。

（3）接入网设备数以亿计，针对技术体制多样、厂商众多的情况，数据采集的规范化接入需要巨大的工作量。

1.3 无线专网管理系统现状

目前，电力无线专网设备网管存在以下问题[12]：

1.3.1 北向接口协议不满足要求

由于电力无线专网建设之初，无终端通信接入网相应的北向接口标准规范，且涉及的厂家、设备多样，均采用的是私有协议。新旧设备更替、运维人员更换给北向接口升级改造带来了极大的难度。

1.3.2 缺乏统一的资源管理能力

厂商设备网管主要是针对厂商某个网元的监控管理，导致数据来源少、信息量不足；无线专网数据中没有设备之间的关联关系，导致网管无法进行无线专网的拓扑关系管理，通信终端CPE 不知是归属于哪个基站，信息孤立、网管功能各有差异，难以兼容，出现资源管理混乱的情况，该现状不利于长期业务支撑和服务能力提升。用户体验度差，给运维增加了极大的负担。

1.3.3 缺乏基于拓扑的告警分析与判断能力

网元独立管理，缺乏设备之间的拓扑关系信息，告警信息独立监视，无法制定系统的根告警判断机制，多点出现故障，无法准确定位告警根源，只能依靠运维人员的经验判断。

图2：物理架构图

图3：无线专网综合网管空间设备资源模型

图4：无线专网综合网管网络资源模型

随着电力无线专网的规划与建设，亟需包含无线专网网络资源管理、网络状态监控、业务运行情况分析等功能的一体化系统平台，并与现有系统平台AMS 进行结合，提高电网运行管理能力，保证电网稳定运行。

2 技术路线

针对电力无线专网网管系统的优化设计，主要从采集平台、资源管理模式、拓扑管理等几个方面开展。

采集平台建立的目的是屏蔽底层厂家和网元的技术差异，减少底层变动对上层应用的影响，为综合网管提供基础数据支撑[15-16]。通过构建多元数据采集前置机对不同的接口协议、不同厂商的不同设备网管进行适配，采集基础资源、告警、配置及性能等数据[13]，然后将数据采集入库到统一的采集平台，便于资源的统一管理；然后，通过对核心网、基站、通信终端增加字段属性，增加设备之间的关联关系管理，以便于数据采集的全面性及拓扑展示的必要性；重新构建资源数据模型，针对无线专网资源的特性构建资源管理树，实现对多级资源的关联管理。

2.1 多元数据采集前置机设计

采集平台独立于管理系统南侧，为系统提供标准接口数据交互和控制指令。多元数据采集前置机通过定制化开发、协议转换及接口适配功能，实现对不同厂家的核心网、基站、通信终端设备网管接入，也可通过与终端厂商接口适配，直接通过无线方式接入通信终端。

系统采集程序适配各个厂商接口协议，通过FTP/SFTP、Socket、Webservice 等接口协议从设备网管服务器获取资源数据，主要包括资源、各类告警及性能参数指令等，实现各类数据源的数据归一化处理，实现数据上传、接收，控制下发等服务。多元数据采集前置机架构设计如图1所示。

多元数据采集前置机与厂商设备网管对接内容：

（1）制定统一接口和协议标准规范，数据采集前置机南向接入各厂商网管，同时对不同厂家网管接口适配，兼容不同接口协议和数据模型，需满足《终端通信接入网设备网管北向接口规范 第2部分：无线专网部分》的要求；

（2）采集平台提供标准化输出，向上层应用提供数据支持，标准化数据可定制，以便标准化过程中的快速迭代；

（3）系统提供厂商接口到标准化接口之间的映射转换，采用实时和批量的方式进行映射转换；

（4）支持在平台中嵌入简单的业务规则，实现数据的简单和快速的预处理，承接部分数据分析的能力；

（5）采集对接支持分布式部署，支持管理管道和业务数据管道分离，既能保证数据质量又能减轻计算环境要求。

多元数据采集前置机主要实现对各网元设备及网络资源情况的数据收集。

多元数据采集前置机部署：

多元数据采集前置机部署在核心网设备区后，电力业务信息系统之前，管理系统软件与多元数据采集前置机是一对多的关系，也即部署在电力无线专网中的多台多元数据采集前置机将数据采集汇总到统一的管理系统中。多元数据采集前置机和管理系统软件部署在安全接入区外，数据库服务器部署在信息管理大区，安全接入区内。多元数据采集前置机包括采集终端硬件和采集软件，制定统一的协议转换标准，编制接口对接规范，具体开发包括驱动开发、接口开发、应用开发等方面。物理架构图如图2所示。

2.2 资源管理模块优化

2.2.1 设备关联关系管理

独立的设备网管缺乏对跨设备间的关联关系的管理，通过获取设备、槽位、板卡、端口数据及设备、槽位、板卡、端口间的从属关系、拓扑关系等资源数据，构建资源管理拓扑呈现。对无线专网设备核心网（EpcId）、基站（EnbId）、RRU（RruId）、小区（CellId）设置全网唯一标识，建立小区所属基站、RRU 所属基站、终端所属小区号等所属关系，生成核心网设备与基站、基站与终端用户设备之间的连接关系。在通信终端的管理中增加“当前所属小区号：CellId”属性字段，小区管理增加“小区所属基站ID”属性字段的方式，即可建立基站、小区、通信终端之间的关联关系[4]。小区号全网唯一使用。并通过建立拓扑链路数据，终端到基站建立网元起点、终点的连接，基站到核心网需要建立网元起点、终点的连接外，还需要起点端口ID、终点端口ID 的拓扑链路管理，最终实现拓扑展示中全设备关联关系的展示，可以通过基站查看所管辖的通信终端，也可通过终端查看所归属的基站，对设备故障定位提供一定的辅助功能。

2.2.2 资源管理架构设计

相对于骨干网的资源管理方式，无线专网有其特殊性，无法沿用SG-TMS 系统的区域-站点-机房-机柜的资源管理模式，需要对无线专网实际的空间资源及网络资源进行重新梳理，建立空间设备资源、网络资源的资源树模型。电力无线专网的建设以电力基础资源为基础，首选变电站、供电所、营业厅等电网资源，同时，也采用共享铁塔的形式租用中国铁塔的铁塔资源，也会租赁满足楼层高度的商业楼宇及住宅。无线专网设备中基站主要有两种设备形态，分别是分布式基站和一体化基站。分布式基站中的基带处理单元BBU 通常放置在机房，也可放置于杆塔下的一体化机柜。而射频处理单元有1-3 个，可以放置在铁塔或抱杆上，也可在机房，室外天线放置在抱杆上。设备分布相对分散，为了提高资源管理效率，对资源管理模型进行优化。

电力无线专网综合网管系统的空间设备资源管理以区域、站点/建筑物维度进行管理，空间设备资源模型见图3所示，支持设备直接关联站点、设备直接关联机房、设备直接关联机柜等功能。

电力无线专网综合网管系统的网络资源管理以核心网-基站-终端维度进行管理，网络资源模型见图4所示。

3 束语

本文提出的设置多元数据采集和软件管理系统的技术路线，通过对多厂家多设备的统一的数据采集管理及运行监控管理，有效的提高地市公司的运维管理效率，并能有效的为北向终端通信接入网管理系统提供符合无线专网北向接口协议规范的数据资源，为国网推进终端通信接入网管理提供了有力支撑。