电力OTN骨干通信网风险预警分析及优化

陈亚琨 宋 腾 王一妹 李云松 毛 瑞

（1.郑州电力高等专科学校，河南 郑州 450000；2.国网河南省电力公司信息通信公司，河南 郑州 450000）

0 引言

电力通信同时涉及了电力和通信两大行业，在应用上有电力行业的特色，在技术上又受到通信行业技术发展的推动。随着电网业务数字化进程的不断加快，大量的业务数据对原有电力通信传输带宽造成极大压力，利用OTN技术，组建大颗粒、长距离的新型电力骨干通信网成为更多省级电网企业的必然选择。

电信运营商的OTN网络架构一经设计就是稳定的，但在电网的实际运行过程中，电网网架的不断建设发展将导致OTN网络结构的改变，必然影响网络的节点、光信噪比（OSNR）等底层物理参数，直接决定了光路是否能够正常运行。同时，对于主要承载电力通信业务的光传输网来说，检修过程是无法避免的，本文将针对电网OTN高速率网络的风险预警及优化开展研究，构建多维计算模型、对OTN网络开展风险预警分析并提出优化建议，以指导OTN网络的建设规划，提高网络的可靠性。

1 基于OSNR的OTN网络优化

OSNR（光信噪比，Optical Signal Noise Ratio）是指在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值，通常可以表示为输出端信号功率和输出端噪声功率的比值。在电力通信网光传输网中，光通信站多为变电站，站间距离大，尤其是通信设备运行环境较好的高电压等级变电站，站间距离甚至达到180～250 km，这给OSNR控制带来了很大难度，如果工程设计不合理，则有可能导致部分光缆路由无法利用，或者导致OTN电中继站点的无谓增加，造成投资浪费。所以在对OTN网络结构进行优化时，考虑OSNR指标可以更利于优化OTN网络。

OSNR的值与业务的质量紧密相关，OTN光网络的OSNR必须大于18dB，若小于阈值，即使输入光功率高于放大设备的最小额定输入功率，也无法保证业务传输的稳定性和准确性。所以在优化OTN网络结构时，将OSNR的值纳入考虑范围内，如果现有链路过长导致业务路由上某一跳不满足最小额定输入功率时，建议在该链路上新增一个光放大器乃至电中继节点。

2 基于节点重要度的光传输网络可靠性优化

节点重要度评价可以从两个方面考察，从通信角度来看，可基于网络凝聚度和割点来评价节点重要度，从电力角度来看，需基于电网生产要素来评价节点重要度。最后综合这两个方面来对电力通信网络的节点重要度作出总体评价。

2.1 基于电网要素的节点重要度

将基于电网要素的节点重要度评价指标分为：站点等级要素、业务类型要素、故障概率要素。站点等级要素需要考虑站点电压等级、站点规模、负荷等级；业务类型要素需要考虑电网业务分类、电网业务评价指标和电网业务重要度；节点发生故障的概率对该节点的节点重要度评估也有很重要的影响。比如相比于故障概率低的节点，故障概率高的节点对电力通信网络的正常运转和规划有着更重要的影响，那么基于故障概率的节点重要度应该更高。通过统计故障率和修复率，可以评估节点的故障概率，进而得出基于故障概率的节点重要度。

2.2 基于节点重要度的网络结构优化

通过以上方式计算出网络拓扑中的节点重要度之后，针对那些重要度较高的节点采取设备备份或加强人员维护等措施，保证这些拥有高重要度的节点不轻易出现故障，或是在出现故障后能够快速恢复而不影响传输网上这些节点承载的业务，从网络架构的角度优化光传输网络的可靠性。

3 基于N-X业务影响分析优化业务可靠性

3.1 N-X业务影响风险分析

N-X风险分析通过事先预设X个设备/光纤同时故障的方式，计算它们对电力系统安全运行相关的电力通信业务产生的影响及危害程度。

设系统中包含元器件/光纤的总数为N，Riskx为指定系统中的X个元器件/光纤发生故障而失效的风险值，系统总的风险可以近似表示成不同事件模式风险之和，表示指定的X个元器件/光纤同时失效的概率。

通过综合N-X分析，可以掌握网络系统的总风险以及X个设备失效后的网络系统风险值，当X个设备同时失效时，网络系统的总风险大大增加，则需要对这X个设备采取保护措施或是提供备用设备，以降低它们故障的概率以及因故障中断后恢复的速度，从而减少对业务的影响，优化光传输网的网络可靠性。

3.2 检修模式下的N-X可靠性评估

在电力通信传输网中更多出现的是因为检修出现的N-X情况，而对于主要承载电力通信业务的光传输网来说，检修过程是无法避免的，在正常电力通信网运行时，由于有自愈环的存在，当业务运行路由中某处设备或链路出现故障时，系统会自动倒换，保证业务的正常运行，所以，在这样的情况下，出现风险的次数非常少。而在N-X检修模式下，因为X处的检修，就会有若干业务的备用路由无法使用，或者若干业务的若干设备或链路是核心重合处，则一旦主路由某处出现故障，或者核心重合处出现故障，若干业务就会中断，就会产生风险。分析检修模式下的N-X，可以更好地掌握网络情况，解决由于检修带来的业务可靠性问题。图1为N-X风险预警机制框图。

图1 N-X风险预警机制框图

为了满足N-X检修模式下的电力通信网运维需求，首先对检修任务本身的风险进行评估，分析其可能存在的风险，并给出改善建议；然后，在电力通信网执行X处检修任务后分析X处检修工作对业务的影响情况，列表给出业务及其对应的不可再检修的设备和链路。

算法流程如下：

步骤1：导入模块。导入数据库中的业务路由信息表，存储到设计好的数据结构中。

步骤2：遍历检索模块。遍历业务路由信息表，检索出0备用路由业务，给出0备用路由业务列表及对应主路由；检索出n+1重合路由业务，给出n+1重合路由业务列表及重合处；如果是初始化的遍历检索，则无检修前后的风险值对比，是全网初始化的风险值累加；否则的话累加所有风险业务的风险值，给出检修前后网络风险值的对比。

步骤3：输入模块。运维人员输入检修任务或者选择恢复。如果是检修任务，则执行步骤4，否则执行步骤5；

步骤4：检修处理模块。首先对检修任务进行评估，分析可行性。如果不可行，则给出原因和改善建议，并进入步骤2；否则进入检修处理，将相应受影响业务的3种路由进行调整，然后进入步骤2。

步骤5：恢复模块。（输入的必须是处于检修状态的，即X的检修状态=1，否则将会重新输入）将相应恢复的业务的3种路由进行调整，然后进入步骤2。

最核心的模块便是检修处理模块，在接受检修任务后，将业务的故障路由包括主路由或备用路由移入检修路由。并将没有主路由的业务的备用路由（选一条）移入主路由，保证业务正常运行。

恢复模块不仅仅可以发布检修任务，还可以进行恢复。将修复好的故障路由从检修路由移入备用路由，为下一次检修任务更好地执行做好准备。算法流程图如图2所示。

图2 恢复模块流程图

通过检修模式下N-X分析，可以了解对不同设备检修时网络的风险，提前采取相应的措施，可以在对某些设备检修时，降低网络系统的风险度，优化光传输网业务可靠性。

4 结论

本文针对电力OTN骨干通信网的风险预警分析及优化开展研究，提出光信噪比、节点重要度、检修条件下N-X业务影响分析等多维模型，为电力OTN骨干通信网络的安全、高效运行提供一种可靠的监控管理技术手段，并且在最小化网络风险的基础上给出有效的路由优化方案。在满足电网生产业务需求基础上，提高系统安全管理水平和运行维护效率，对于促进河南电力通信网络的建设和应用具有重要意义。