李 洋，郭晉祥，張麗霞，薛泓林，向南剛

（1.國網(wǎng)山西省電力公司 信息通信分公司，太原030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司 長治供電公司，山西 長治046000）

基于電力通信網(wǎng)保護(hù)機(jī)制的研究

李 洋1，郭晉祥1，張麗霞1，薛泓林1，向南剛2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司 信息通信分公司，太原030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司 長治供電公司，山西 長治046000）

為滿足現(xiàn)階段配電通信網(wǎng)對傳送業(yè)務(wù)的融合性和可靠性要求，分析了現(xiàn)階段比較重要的3種通信保護(hù)鏈路方式，針對網(wǎng)絡(luò)保護(hù)中相關(guān)的協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行了探討，提出在保護(hù)鏈路方式中引入拖延計時機(jī)制來提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，并對其進(jìn)行了實際驗證。

子網(wǎng)連接保護(hù)；光復(fù)用段保護(hù)；可靠性

0 引言

智能配電通信網(wǎng)具有承載業(yè)務(wù)與傳送形式 （如TDM業(yè)務(wù)的傳送、分組業(yè)務(wù)傳送和波分傳送）豐富多樣、多種技術(shù)混合應(yīng)用且獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行、點(diǎn)多面廣和設(shè)備復(fù)雜等特點(diǎn)?，F(xiàn)有傳輸網(wǎng)的大部分網(wǎng)絡(luò)保護(hù)設(shè)備多采用1+1通道進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)方式會使可利用的通道資源不足，既有資源運(yùn)用接近飽和。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大多采用點(diǎn)對點(diǎn)組網(wǎng)，其弊端會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)調(diào)度和自愈能力方面表現(xiàn)不足?，F(xiàn)亟需一種新型的保護(hù)機(jī)制來確保傳輸業(yè)務(wù)的安全可靠。

PTN、OTN等傳輸技術(shù)中的光纖線路自動切換保護(hù)裝置（OLP）、子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）和光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）等新型保護(hù)機(jī)制具有靈活的組網(wǎng)能力和較高的應(yīng)用價值。在這些機(jī)制中，保護(hù)通道可進(jìn)行實時地切換，以并發(fā)優(yōu)收的原則保證業(yè)務(wù)的可靠性，近年來應(yīng)用較為廣泛。本文對上述配電領(lǐng)域中的新型鏈路保護(hù)機(jī)制進(jìn)行研究，旨在更加可靠地解決配電通信網(wǎng)中的“最后一公里”問題。

1 保護(hù)方式和倒換時間

1.1 保護(hù)方式簡介

在配電領(lǐng)域中，保護(hù)的含義主要指為光網(wǎng)絡(luò)承載的正常業(yè)務(wù)預(yù)留保護(hù)資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生節(jié)點(diǎn)或鏈路故障時，受影響的業(yè)務(wù)被倒換到預(yù)先分配好的保護(hù)路由中傳送，以此來使受到影響的業(yè)務(wù)恢復(fù)正常。保護(hù)通常處于本地網(wǎng)元或遠(yuǎn)端網(wǎng)元的控制下，不需要外部網(wǎng)管系統(tǒng)介入，因而保護(hù)倒換時間很短。在光層保護(hù)中,現(xiàn)有的保護(hù)方式主要有OLP、SNCP和OMSP等。

OLP采用選發(fā)選收（1：1保護(hù)）或雙發(fā)選收（1+1保護(hù)方式）的傳輸方式，主干路傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)生意外故障時，能自動切換線路，通過預(yù)置保護(hù)光纖實現(xiàn)對工作光纖的保護(hù)。OLP提供對主用光纖線路的物理保護(hù)，不需要全網(wǎng)倒換協(xié)議，倒換時間小于50ms，適用于相鄰站點(diǎn)間有備用光纜路由的情況。

SNCP是一種點(diǎn)到點(diǎn)的保護(hù)機(jī)制，保護(hù)通道與故障通道走不同的路由，采取雙發(fā)選收的工作方式。SNCP與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系不大，可應(yīng)用在各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)需求對部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。發(fā)送端通過兩個子網(wǎng)向接收端發(fā)送業(yè)務(wù)，接收端通過倒換開關(guān)選擇業(yè)務(wù)。

OMSP是在光路上采用1＋1保護(hù)的保護(hù)方式，在終端線路則不進(jìn)行保護(hù)。其基本原理是在發(fā)送端和接收端均設(shè)置1×2光分路器和光開關(guān)，在發(fā)送端分離合路的光信號，在接收端對光信號進(jìn)行選路。選出的兩路信號一路提供給光工作復(fù)用段，另一路提供給光保護(hù)復(fù)用段。當(dāng)工作段發(fā)生故障時，接收端通過倒換選擇復(fù)用段傳送信號。在OMSP系統(tǒng)中，需要備份的有光纜和WDM的線路系統(tǒng)，不需要備份的是終端站的復(fù)用器/解復(fù)用器和業(yè)務(wù)終端。

本文針對上述保護(hù)方式進(jìn)行了具體的實驗驗證，旨在提出一種更有效的保護(hù)性能方法。

1.2 倒換時間

在配電通信領(lǐng)域中,倒換時間是衡量保護(hù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，倒換時間越短，保護(hù)方式越可靠。倒換時間性能的主要依據(jù)包括處理自動保護(hù)倒換 （APS）的速度、解析線路告警與上報給倒換模塊的速度、傳輸時延和傳輸交叉模塊的切換時間。根據(jù)性能通常將保護(hù)時間分為以下3部分：

①處于損壞段兩端的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到信號時效（SF）或信號劣化（SD）告警，設(shè)備解析線路告警并上報本節(jié)點(diǎn)進(jìn)行APS處理，處理時間為t1。在檢測告警中，t1為3幀信號的轉(zhuǎn)發(fā)時間,每幀的轉(zhuǎn)發(fā)速率為0.125ms，則t1=0.125×3=0.375ms。

②APS傳輸與處理時間。此段時間總和包括每個節(jié)點(diǎn)處理APS信息的時間t2和長距離傳輸時延t3。t2的大小與設(shè)備性能相關(guān)，在經(jīng)驗值中，t2=2ms。傳輸長距離的傳輸時延t3=n/ c ×L（c為真空的光速，n為光纖芯區(qū)折射率，L為傳輸距離）。在本實驗中，由于傳輸距離近，t3可以忽略不計。

③切換時間，即倒換節(jié)點(diǎn)的交叉線路切換時間。因為每個直通節(jié)點(diǎn)已經(jīng)預(yù)先建立了保護(hù)線路的交叉通道，所以可以認(rèn)為切換倒換節(jié)點(diǎn)的交叉線路和直通節(jié)點(diǎn)的交叉線路交叉消耗的時間相同。設(shè)每個節(jié)點(diǎn)的倒換時延為t4,在經(jīng)驗值中，t4=3ms。

2 層間保護(hù)協(xié)調(diào)實驗

2.1 建立保護(hù)模型

在常見的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，對某些重要的節(jié)點(diǎn)鏈路采用OMSP，該保護(hù)機(jī)制主要進(jìn)行光層倒換。如果某一個業(yè)務(wù)出錯，但沒有產(chǎn)生整個復(fù)用段的信號SD和SF告警，OMSP不進(jìn)行倒換動作，這時可在電層引入SNCP，對每個業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)。

本文采用OTN設(shè)備搭建了OMSP與SNCP的協(xié)調(diào)保護(hù)模型,如圖1所示。在所建模型中配置了SNCP，由節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)5傳送業(yè)務(wù)。同時，在節(jié)點(diǎn)1～節(jié)點(diǎn)6之間配置了OMSP。在節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)5之間接入了業(yè)務(wù)分析儀，以檢測業(yè)務(wù)的倒換時間和恢復(fù)時間。

圖1 OMSP與SNCP的協(xié)調(diào)保護(hù)模型

2.2 保護(hù)倒換過程

保護(hù)倒換節(jié)點(diǎn)的倒換過程如圖2所示。倒換過程基于APS協(xié)議，其中NR表示沒有請求，SF表示信號時效，RR表示反向請求，DNR表示禁止挪用，WTR表示等待恢復(fù)。若倒換節(jié)點(diǎn)a對應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)1，倒換節(jié)點(diǎn)b對應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)6，則OMSP的保護(hù)倒換過程如下：①T1時刻在節(jié)點(diǎn)1檢測到倒換信號，T2時刻節(jié)點(diǎn)1上報APS信息并對APS進(jìn)行處理，T2-T1=t1+ t2+t4。②T3時刻將APS信號傳遞到節(jié)點(diǎn)6，T3=t3。本實驗中，T3可以忽略不計。③T4時刻節(jié)點(diǎn)6對APS信息進(jìn)行處理并進(jìn)行倒換，T4-T3=t2+t4，則總倒換時間T倒= t1+2t2+t3+2t4=10.375ms。

圖2 保護(hù)倒換節(jié)點(diǎn)的倒換過程

若倒換節(jié)點(diǎn)a對應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)2，倒換節(jié)點(diǎn)b對應(yīng)圖1中的節(jié)點(diǎn)5，則SNCP的保護(hù)倒換過程如下：①T1時刻節(jié)點(diǎn)1檢測到倒換信號，T2時刻節(jié)點(diǎn)1上報APS并對APS進(jìn)行處理，這時節(jié)點(diǎn)1為穿通狀態(tài)，APS信息將傳遞給節(jié)點(diǎn)2，并在節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行倒換，因此T2-T1=t1+2t2+t3+t4。②T3時刻節(jié)點(diǎn)2將APS信號傳遞到節(jié)點(diǎn)5，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4為穿通狀態(tài)，T3=t3′+2t2。實驗中，傳輸時延t3′可以忽略不計。③T4時刻節(jié)點(diǎn)5對APS信息進(jìn)行處理并進(jìn)行倒換，T4-T3=t2+t4，則T倒=t1+5t2+t3+ t3′+2t4=16.375ms。

2.3 實驗分析

通過分析倒換過程，我們可以得到OMSP和SNCP的保護(hù)倒換時間的理論值。在故障檢測過程中，保護(hù)動作通常采用自由競爭機(jī)制。但是，由于告警檢測時延和倒換時延的產(chǎn)生，可能會使倒換動作發(fā)生重疊。如果各層之間協(xié)調(diào)不當(dāng)，保護(hù)機(jī)制間會互相干擾，因此需要層間進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合。本文引入拖延計時機(jī)制（對同時進(jìn)行的動作中的某一動作的開始時間進(jìn)行延后）來避免各層間的沖突。為驗證理論值的正確性和拖延計時機(jī)制的有效性，我們將圖1中的業(yè)務(wù)分析儀換成節(jié)點(diǎn)分析儀后進(jìn)行了以下實驗：

①不設(shè)置拖延計時，在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2間插入告警，進(jìn)行電層倒換，得到的倒換時間為14.619ms；②不設(shè)置拖延計時，將節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6間的主用光纖拔斷，依次進(jìn)行電層倒換、光層倒換和光層/電層倒換，得到的倒換時間依次為13.743ms、8.699ms和12.948ms/ 1.103ms；③對OMSP設(shè)置拖延計時100ms，將節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6之間的主用光纖拔斷，進(jìn)行電層倒換，得到的倒換時間為14.95ms；④對SNCP設(shè)置拖延計時100ms，將節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6之間的主用光纖拔斷，進(jìn)行光層倒換，得到的倒換時間為9.121ms；⑤在SNCP設(shè)置拖延計時100ms，節(jié)點(diǎn)1插入告警，進(jìn)行電層倒換，得到的保護(hù)倒換時間為119.059ms。

本文針對實驗得到的保護(hù)倒換時間，結(jié)合實際情況做出以下分析：

①實際測試得到的保護(hù)倒換時間與理論計算值基本相等，但略小于理論值，這與線路的狀態(tài)和設(shè)備的性能有關(guān)。

②業(yè)務(wù)受損時，在單獨(dú)業(yè)務(wù)中插入告警，光層的OMSP不會進(jìn)行倒換。

③若在節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)6之間拔纖產(chǎn)生了SF信號，在不設(shè)置拖延計時機(jī)制的情況下，SNCP保護(hù)和OMSP保護(hù)的反應(yīng)時間相近，兩者會發(fā)生爭搶，產(chǎn)生以下3種情況：

◆光層檢測信號較快，及時完成倒換動作，此時電層仍然處于檢測告警和APS信號狀態(tài)，即電層的T2時刻發(fā)生在光層的T4時刻后，則只有一次倒換，即光層倒換，倒換時間為8.699ms，電層不發(fā)生倒換。

◆在光層進(jìn)行倒換時，電層同時在檢測告警信號，這時若光層未完成倒換，信號仍然處于中斷狀態(tài)，即SNCP的T2時刻發(fā)生在OMSP的T4時刻之前，且光層的信號傳遞和末端節(jié)點(diǎn)倒換速度高于電層的處理速度，此時會發(fā)生二次倒換，信號從OMSP主用路徑倒換至備用路徑，并再次倒換至SNCP備用路徑。這種情況會導(dǎo)致信號發(fā)生二次低頻干擾（二次倒換后，信號頻率較低造成的干擾）。

◆若SNCP的T2時刻發(fā)生在OMSP的T4時刻前，但電層的倒換速度較快，則電層倒換和光層倒換將發(fā)生重疊，業(yè)務(wù)只中斷一次，可視為電層倒換，實驗得出的倒換時間為13.743ms。

④對電層或光層設(shè)置了拖延計時機(jī)制后，沒有出現(xiàn)二次倒換現(xiàn)象。

在此次實驗中，由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單，二次倒換并沒有給傳送的業(yè)務(wù)帶來太大影響。但是在實際電力傳送網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，業(yè)務(wù)量大，二次倒換將給網(wǎng)絡(luò)帶來很大的不穩(wěn)定性，影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性。與光層相比，對電層設(shè)置拖延計時后其倒換時間會增加，如果某一業(yè)務(wù)出現(xiàn)錯誤，其倒換時間會超過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的50ms。在實際的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)越底層的倒換效率越高，因此在實際應(yīng)用中，應(yīng)該在底層設(shè)置拖延計時機(jī)制。

3 結(jié)束語

我們在研究OLP、SNCP和OMSP這3種保護(hù)機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出在保護(hù)機(jī)制中加入拖延計時機(jī)制，并通過實驗證明了引入該機(jī)制可以有效防止二次倒換現(xiàn)象。本文對倒換時間進(jìn)行了理論計算，并驗證了計算方法的正確性。本文的研究成果為研究人員在實際配電通信網(wǎng)時如何采用鏈路保護(hù)方式提供了參考。

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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，高級工程師，主要從事電力通信方面的工作。