电力传输设备自主可控网络管理平台设计与实现

胡光宇 陆涛 姚月月

(南京南瑞信息通信科技有限公司，南京 211000)

0 引言

目前，国家电网有限公司通信网承载了国调直调输电线路的保护、安控等重要生产业务，通信网的安全稳定运行直接关系到电网安全，国家电网有限公司采用的通信设备均为国内主流设备厂商提供的通用款型，对设备厂商具有较强的技术依赖性，需要遵从厂商设备的技术演进路线不断地开展设备软、硬件升级等工作；同时，厂商设备停产、停止售后服务等事件也严重影响通信系统的稳定运行。

通信网络中普遍采用设备供应商提供的网络设备与配套网管系统，但由于设备、网管与供应商深度绑定，导致企业用户失去了对整体网络的自主掌控能力，无法实现对网络中全部通信设备的统一且灵活管理，致使网络扩展受限，特别是在网络升级改造时受供应商牵制的问题更为突出，将直接导致网络运维效率下降，无法满足网络智能化、高效可控的需求[1-3]。因此，为了发展安全可靠的电力通信网络，急需研发定制化、具有高度管控能力的管理平台，保障电力通信网络的自主可控、可靠运行，提高电网投资经济效益和技术发展趋势。

1 电力传输设备网络管理技术现状

1.1 传输设备技术现状

为了打破被设备供应商束缚的封闭局面，国内外的网络管理企业均已开始进行白盒化的研究。国外白盒化研究集中于白盒化交换机的应用，例如AT&T一直致力于研究利用白盒交换机实现软件化的云架构开放网络；微软研究应用于数据中心的白盒交换机。国内研究主要集中于白盒化网络架构的研究，例如中国移动提出Novonet，致力于研究开放性网络重构；中国电信提出CTNet 2025网络重构。

2018年，中国、美国、日本、德国、法国等多个国家运营商联合建立开放式无线接入网联盟(O-RAN联盟)，旨在实现网络智能运维、接口泛化、软硬件开源等多种技术变革，力求将原本黑盒的硬件和配套软件白盒化，转为通用标准化产品。

从目前产业发展情况来看，我国光通信设备的大部分核心芯片目前仍依赖于美国进口，虽有部分芯片已有国产化替代产品，但尚处于试验验证阶段，无法实现量产[4-5]。同时，对于国产芯片，也仅为“设计层面的国产化”，其仍然受制于芯片制造设备、原材料等方面因素，无法实现真正意义上的“全流程国产化”。

1.2 网络平台技术现状

目前，电信运营商对传输网络采用一干、二干、本地网三级网管维护管理模式，在总部或省份建设传输综合网管系统，同时省际干线、省内二干和本地网传输网络存在OTN网管、WDM网管、SDH/ASON网管等多套不同厂家的EMS网管，形成以网元-EMSNMS体系构建的网元—厂家网管—综合网管体系，实现了对传输网元设备的监控和管理[6-8]。长期以来，由于厂家网管系统底层技术的私有性，不同厂家跨域跨层次的EMS网管相互独立，网管系统的专业化、综合化和智能化长期以来都是限制网络平台管理与运维的首要问题。

目前，电力传输网络管理系统以网元为单位进行设计与部署，这会导致对网元管理不到位，故障处理不灵活，影响运维人员对电力传输网络的运维管理。依据电力传输网络架构，有必要将地市级网络传输单元统一归口到省公司管理，进一步强化电力传输网络运维管理的重要性，服务于电力企业生产运营。

2 电力传输设备网络管理关键技术

2.1 电力2M波分系统

为实现电网生产控制业务的极简、开放、安全传输，国家电网有限公司设计并组织研发了纯国产化的2M波分复用超长距无中继光传输系统(简称2M波分系统)。该系统主要由OTU光波长转换单元、WDM波分复用单元、BA光功率放大器、PA前置放大器、DCM色散补偿器，以及管理单元组成(见图1)。

图1 2M波分复用系统结构框图

2M波分系统设备成对使用，OTU单元将继保、安稳等业务的2M光口信号转换成不同波长的彩光信号，由WDM单元合并为一路复用光信号，再通过光功率放大、色散补偿等实现远距离传送，对端设备经过相反的过程实现2M光信号解调还原。

2.2 电力传输网网络管理系统原理

2.2.1 数据传输通道

对于SDH电力传输网络，数据帧结构包括了多种OAM字节信息，扩展了SDH网络管理运维能力，支持了SDH设备全过程自动化，提高了设备运维的灵活性。在SDH帧结构中，数据传输通道(DCC)是负责传输网OAM管理信息的通道，是SDH网络管理正常运行的基础性通道。

2.2.2 嵌入式控制通道

嵌入式控制通道(ECC)是在数据传输通道的基础之上，实现底层网元通信、操作、管理、维护的基础通道。嵌入式控制通道ECC通常以TCP/IP协议栈中的距离矢量RIP协议作为路由选择算法，操作简洁，易于维护。

2.2.3 SDH网管组网方式

(1)ECC组网

传输网ECC也称为带内DCN组网，主要是利用ECC建立在电力传输网络中网元之间。为保证结构一致性，ECC组网结构应适配网元物理接口单元。ECC组网产生的设备告警、性能数据等均通过物理接口传送至主站网管系统。考虑到传输时延的问题，ECC组网一般不用于大型电力传输网络，主要部署于光纤通信网等小规模传输网。

(2)带外DCN网络组网

带外DCN网络组网常用于网元与网管之间进行数据传输，并非网元与网元之间的链路。带外DCN网络利用传统的集线器、交换机、路由器搭建网元与网管之间的数据通路。相比于传输网ECC存在带宽的限制条件，带外DCN网络组网的带宽性能更高，应用场景更广泛。带外DCN网络组网可以实现业务数据与网管信息的物理隔离，大幅提升数据安全性。

(3)混合组网

混合组网兼容了ECC组网和带外DCN网络组网方式，相比于单纯的ECC组网，混合组网更加适合于大型网络建设，例如SDH、OTN网络。混合组网首先是拆分ECC组网，划分出多个子网，子网之间采用带外DCN网络组网。可见，混合组网不仅具有ECC组网的灵活性，还具有带外DCN网络组网大带宽、高安全性的特点。

2.3 网络管理系统故障定位方法

电力传输网络是支撑电力生产与管理的重要基础设施，网管系统的故障处理显得格外重要。一旦网管系统获取电力传输网络故障信息，相关运维人员需及时对告警信息进行识别和评估，给出故障影响范围，提出故障处理策略，并尽量完成故障排查和消缺。如果电力传输网络某些故障难以准确识别和评估，需采用综合性故障排查方案，如性能分析法、告警替换法、数据配置法、经验处理法等。

3 电力传输设备自主可控网络管理平台设计

3.1 平台基本介绍

电力传输设备自主可控网络管理平台是自主设计开发的一个专业设备管理平台，目前主要用于管理多厂家的波分复用设备。平台可动态展示电力传输网络拓扑结构，实现电力传输设备配置管理，支持对全网的告警、性能进行实时监控，对网络故障进行管理，支持对业务光通道的管理，具有强大的报表功能，实现面向设备、光路的监控和控制，保障在运业务的稳定可靠。

电力传输设备自主可控网络管理平台采用B/S架构，用户可通过浏览器访问生产设备专业网管平台；同时，系统的升级或维护，只需更新软件系统，即可降低访问浏览器负荷。系统设计遵循需求导向、规范化、实用性、可扩展性、可共享性和安全性原则，基于微服务架构开发，使用和维护方便，可扩展性强。

3.2 总体架构设计

通过架构分析，整个电力传输设备自主可控网络管理平台的系统架构包括展示层、功能应用层、业务逻辑层、平台层和数据交互层五个层次(见图2)。

图2 电力传输设备自主可控网络平台总体架构

展示层基于B/S架构，提供2M波分复用系统的业务应用功能模块，采用通用的基础UI组件(如资源树、列表、属性维护、拓扑图形等)，内容更加丰富，效果更为明显、体验更加友好、互动更加多样化。

功能应用层基于微服务方式，提供各类具体应用，前端采用软负载，实现应用服务的横向动态扩展，可根据系统的运行情况增强系统的服务能力和响应速度。

业务逻辑层实现对具体业务流程、业务逻辑的处理功能。

平台层为具体应用的运行提供基础的各种服务，包括消息总线、缓存服务等方面的服务，用来实现对各种不同应用的支撑。通过ORM框架实现各类管理数据到结构化数据库的通用CRUD操作。

数据交互层实现对2M波分复用设备的数据采集和管理。

3.3 技术架构设计

根据电力传输设备自主可控网络管理平台的技术指标，技术架构分别从网络接入层、展现层、应用层、服务层、数据层和基础设施6个方面进行提升，保障电力传输设备自主可控网络平台稳定、高效的运行(见图3)。

图3 电力传输设备自主可控网络平台技术架构

3.4 功能模块设计

电力传输设备自主可控网络管理平台主要包括资源管理、监视管理、性能管理、拓扑管理、配置管理、系统管理共6项功能(见图4)。

图4 电力传输设备自主可控网络平台功能模块设计

3.4.1 资源管理

(1)资源信息管理：区域、站点、机房、机柜、设备等台账的创建、删除、修改等功能，台账的查询和批量导入、导出等功能，设备面板图的展示等功能。

(2)型号管理：设备、机框、板卡、机柜模板的创建、修改、删除、查询等功能。

(3)厂商管理：设备厂家的创建、修改、查询等功能。

3.4.2 监视管理

(1)当前告警：告警采集，通过接口获取不同的告警，并进行标准化归一化的处理；支持告警查询、告警关注、告警屏蔽、告警维护经验、告警声音提示、告警确认、告警定位、手工清除告警、告警导出等功能。

(2)历史告警：支持历史告警查询、导出功能。

(3)屏蔽告警：支持屏蔽告警查询功能。

(4)告警设置：支持告警规则维护(包括告警消除规则、告警标准化规则、告警识别规则、告警维护经验、告警提示音规则等功能)。

3.4.3 性能管理

(1)性能任务管理：通过协议对数据进行采集；性能解析、性能指标处理；以列表的形式展示采集到的设备性能指标，支持性能指标查询、修改、删除以及指标性能曲线查看。

(2)设备性能监控：设备性能指标的实时数据曲线展示；历史性能曲线查看；性能指标分组对比展示。

(3)指标标准化管理：支持将原始性能指标标准化统一的名称和单位，支持指标查询；支持设置不同的性能阈值，超过设定的性能阈值后产生告警并在告警列表中显示。

3.4.4 拓扑管理

(1)拓扑树管理：提供以树形结构展示全局拓扑。支持绑定资源及告警功能；告警监听、告警展示功能，监听拓扑图上所有资源(有资源ID的元素)，告警状态发生改变，展示不同的告警颜色等功能。

(2)通用基础拓扑管理：自适应布局、操作栏、子网、鹰眼、搜索定位、前图、后图等通用图形功能，以及网格线设置、选中、漫游、放大镜、放大、缩小、缩放重置、缩放预览、全屏、退出全屏、排列、布局、导出图片、导出XML、编辑按钮、保存按钮、撤销、恢复、上传背景图等功能。

3.4.5 配置管理

配置下发：提供对设备、板卡参数的配置功能。

3.4.6 系统管理

(1)区域授权管理：实现角色、数据权限管理功能，针对不同的角色划分不同的数据权限范围。

(2)采集管理：实现对各类网络采集单元的工作状态，以告警列表或其他形式的视图进行监视和上报，能够及时掌握采集单元及其接口是否处于正常的工作状态，是否能采集得到相应的各类信息操作日志，可以查看用户的操作日志，如配置菜单操作。

(3)字典管理：实现系统中数据字典维护的功能。

4 平台仿真测试

电力传输设备自主可控网络管理平台具备资源管理、监视管理、性能管理、拓扑管理、配置管理、系统管理等功能，全面实现电力通信传输网络的可靠管理。其中，监视管理和性能管理最为重要。监视管理通过告警设备与告警上报，全面监控电力传输设备运行状态的稳定性。性能管理通过性能指标配置与优化，动态监测电力传输设备运行指标数据。

4.1 监视管理测试

电力传输设备自主可控网络管理平台的监视管理页面可以查看具体电力传输设备告警名称、告警部位、告警级别、告警次数、告警时间等告警信息，对于相同设备部位的相同告警可以进行动态合并，并增加告警次数。运维人员可以对告警相关信息进行条件筛查，然后根据告警级别及时进行告警消缺。

4.2 性能管理测试

电力传输设备自主可控网络管理平台的性能管理页面可以设置性能指标，选取待性能监测的电力传输设备，进行性能指标并发监测。

5 结束语

通过研发电力传输网智能管控平台，不仅可以实现对各网元的统一调度与监控，而且还可以实现对电力通信传输网络的故障处理快速响应和新增业务拓展，最大限度地保证网管系统的安全性、可用性、灵活性和可伸缩性。在保障电力设备稳定运行的基础上，为电力传输网络的新型业务拓展、资源灵活调度、业务自动化部署和运营效率提升提供坚实的基础。