高會(huì)生，王 娟，曹旺斌

(華北電力大學(xué) 電子與通信工程系，河北 保定 071003)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸龐大，電力通信網(wǎng)作為支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第二張網(wǎng)絡(luò)，其復(fù)雜程度也隨之增大。2021年新版《國(guó)家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》對(duì)通信六級(jí)事件(事故)發(fā)生的條件做了修訂，定義了單條光纜或單臺(tái)設(shè)備承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)時(shí)重載的概念[1]，開(kāi)展光纜承載力分析，明確光纜負(fù)載情況，已經(jīng)成為支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)工作之一。

在電力通信網(wǎng)鏈路負(fù)載量化方法研究方面，部分學(xué)者以物理拓?fù)錇橐罁?jù)，采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論確定鏈路權(quán)重[2-4]，以此來(lái)間接反映鏈路的負(fù)載狀況。這種方法在識(shí)別電力通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵鏈路方面具有效果，但忽略了網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際的業(yè)務(wù)信息和業(yè)務(wù)流向，因此并不能準(zhǔn)確地量化鏈路負(fù)載。部分文獻(xiàn)以業(yè)務(wù)特征為出發(fā)點(diǎn)，從業(yè)務(wù)數(shù)量、業(yè)務(wù)重要度[5-8]和業(yè)務(wù)帶寬[9-11]等角度評(píng)估了鏈路的負(fù)載水平。這些方法相對(duì)客觀地描述了鏈路的負(fù)載情況，但在進(jìn)行負(fù)載比較時(shí)忽略了鏈路特征，不能真實(shí)可靠地反映鏈路間負(fù)載的區(qū)別?？紤]到鏈路自身的特征，文獻(xiàn)[12-15]采用鏈路容量占用率指標(biāo)描述了鏈路的負(fù)載狀態(tài)。這種方法只將鏈路特征作為判斷負(fù)載的條件，忽略了業(yè)務(wù)特征這一重要因素，不能有效地進(jìn)行負(fù)載度量。此外，還有學(xué)者將上述2種或3種評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合，提出了一種復(fù)合鏈路權(quán)值模型。文獻(xiàn)[16]基于物理層重要性指標(biāo)，結(jié)合業(yè)務(wù)重要度和業(yè)務(wù)流量特征給出了鏈路的復(fù)合權(quán)重。文獻(xiàn)[17]綜合鏈路容量、風(fēng)險(xiǎn)和剩余保護(hù)容量3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了鏈路的性能優(yōu)劣。然而，這些方法不以研究鏈路負(fù)載為主要目的，所給出的鏈路權(quán)值無(wú)法反映鏈路的真實(shí)負(fù)載狀況。

由上述分析可知，目前對(duì)鏈路負(fù)載的研究已經(jīng)取得了顯著的成果，但是，現(xiàn)有研究或是基于業(yè)務(wù)特征，或是基于鏈路特征，很少對(duì)二者同時(shí)考慮。此外，還有研究以找到鏈路權(quán)值為目的，但這個(gè)權(quán)值并不能真實(shí)反映鏈路負(fù)載情況。針對(duì)電力光纜負(fù)載量化方法的研究現(xiàn)狀，本文綜合考慮了會(huì)對(duì)鏈路負(fù)載造成影響的多種因素，提出了一種基于業(yè)務(wù)和光纜特征的電力通信光纜負(fù)載量化評(píng)估模型。首先，從業(yè)務(wù)傳輸可靠性的角度出發(fā)，分析了業(yè)務(wù)對(duì)光纜的依賴程度，建立了“業(yè)務(wù)-光纜”依賴關(guān)系函數(shù)；然后，結(jié)合鏈路可靠性指標(biāo)給出了能反映鏈路負(fù)載水平的量化模型。經(jīng)過(guò)算例驗(yàn)證，本文模型可以應(yīng)用于實(shí)際電力通信網(wǎng)中，并且能夠有效地對(duì)鏈路負(fù)載進(jìn)行度量。

1 光纜負(fù)載影響因素分析

1.1 業(yè)務(wù)因素

(1) 業(yè)務(wù)部署要求

與傳統(tǒng)電信網(wǎng)業(yè)務(wù)不同，電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需要根據(jù)特征、功能和重要程度來(lái)部署相應(yīng)的傳輸通道。對(duì)于會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生重大影響的繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制類業(yè)務(wù)，為了提高傳輸?shù)目煽啃?，通常?huì)配置2條(或以上)相互獨(dú)立的傳輸通道，在資源允許的條件下，2條(或以上)通道都會(huì)采用專用纖芯方式，在不滿足條件時(shí)，也可以采用2M復(fù)用通道的方式。

調(diào)度電話業(yè)務(wù)分布在受控站與調(diào)度中心之間，對(duì)可靠性要求極高，一般會(huì)部署2條獨(dú)立通道，并且主要通過(guò)同步數(shù)字體系 (Synchronous Digital Hierarchy,SDH)來(lái)承載。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通常設(shè)計(jì)為AB雙平面的形式，每個(gè)平面有不同的匯聚中心，匯聚中心的數(shù)量由通信網(wǎng)規(guī)模決定。匯聚中心之間相互連接，互為備份，大大提高了調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃浴＞C合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)一般對(duì)帶寬要求較大，對(duì)可靠性的要求并不高，因此大多數(shù)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)只需要部署一條傳輸通道。

(2) 傳輸可靠性

業(yè)務(wù)傳輸可靠性與業(yè)務(wù)的部署方式和承載方式密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，重要度越高的業(yè)務(wù)，所需要的傳輸可靠性會(huì)越高。對(duì)于分布于s,d節(jié)點(diǎn)之間的同一條通信業(yè)務(wù)S，傳輸通道數(shù)目越多，S的可靠性要求會(huì)越高。

(3) 業(yè)務(wù)重要度

關(guān)于業(yè)務(wù)重要度的研究已經(jīng)較為成熟[6-8]，由已有的研究可知，業(yè)務(wù)重要度主要由業(yè)務(wù)對(duì)傳輸?shù)囊笠约皩?duì)電網(wǎng)的影響所決定。本文基于已有的研究成果，按照承載方式將業(yè)務(wù)分為5類，并僅針對(duì)與電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行密切相關(guān)的業(yè)務(wù)進(jìn)行研究。為了將業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)類型一一對(duì)應(yīng)，本文選取每個(gè)類型中業(yè)務(wù)重要度的最大值代表業(yè)務(wù)類型重要度。具體業(yè)務(wù)屬性如表1所示。

表1 重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)屬性Tab.1 Important production service attributes

1.2 鏈路因素

(1) 鏈路容量

由于光纜的敷設(shè)時(shí)間、制作工藝等因素有所不同，每條光纜含有的纖芯數(shù)目不盡相同。在電力通信網(wǎng)中，光纜多為16/24/36/48芯。根據(jù)業(yè)務(wù)的不同需求，纖芯兩端會(huì)使用不同的傳輸設(shè)備，例如繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制2類業(yè)務(wù)應(yīng)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，對(duì)實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性要求極高，因此會(huì)采用專用纖芯通道進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，即將2根光纖(一收一發(fā))直接連到保護(hù)/安控裝置兩端，中間不通過(guò)其他傳輸設(shè)備。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)可靠性要求較高，大多通過(guò)SDH傳輸環(huán)網(wǎng)通信，光纖兩端接的是SDH設(shè)備。綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)由于對(duì)帶寬要求比較大，因此會(huì)通過(guò)光傳輸網(wǎng)絡(luò)(Optical Transport Network,OTN)來(lái)傳輸業(yè)務(wù)。

用λ(eij)表示光纜eij的纖芯占用率，i和j表示鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)，則：

(1)

(2) 鏈路可用性

一般來(lái)說(shuō)，敷設(shè)時(shí)間較早的光纜多為電力通信網(wǎng)中的骨架光纜，但纖芯數(shù)目較少，承載的業(yè)務(wù)卻逐年增長(zhǎng)，導(dǎo)致早期的光纜出現(xiàn)重載、可用性下降等問(wèn)題。

目前，常見(jiàn)的用于骨干傳輸網(wǎng)的光纜有光纖復(fù)合架空地線(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW)光纜、全介質(zhì)自承式光纜(All Dielectric Self-supporting Optical Cable,ADSS)和普通光纜。在同樣的工作環(huán)境下，單位長(zhǎng)度OPGW光纜的可用性最高，ADSS次之，普通光纜最差[15]。此外，同一類型的光纜，電壓等級(jí)越高，單位長(zhǎng)度可用性將會(huì)越高。

可以將整條光纜的可用性Reij看成一個(gè)底數(shù)為單位長(zhǎng)度光纜可用性，指數(shù)為光纜長(zhǎng)度的函數(shù)形式：

Reij=al(eij)，

(2)

式中，a∈(0,1)；l(eij)代表光纜eij的長(zhǎng)度。由此可知，光纜的可用性隨光纜長(zhǎng)度的增加而降低。

2 電力光纜負(fù)載量化模型

骨干傳輸網(wǎng)上承載的業(yè)務(wù)具有分布穩(wěn)定、突發(fā)性小的特點(diǎn)，業(yè)務(wù)一旦開(kāi)通，除了線路檢修等特殊情況，傳輸通道基本不會(huì)發(fā)生改變。從業(yè)務(wù)傳輸?shù)慕嵌葋?lái)看，電力業(yè)務(wù)能否順利服務(wù)于大電網(wǎng)取決于光纜能否正常和連續(xù)地工作。本文基于業(yè)務(wù)與光纜的關(guān)系，對(duì)光纜負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行了分析。

2.1 業(yè)務(wù)-光纜依賴關(guān)系

現(xiàn)有的文獻(xiàn)在負(fù)載度量時(shí)更多地從業(yè)務(wù)重要度和鏈路容量占用狀態(tài)角度出發(fā)，忽略了業(yè)務(wù)通道數(shù)量這一重要因素。業(yè)務(wù)通道數(shù)量由部署方式?jīng)Q定，由前面的分析可知，不同種類業(yè)務(wù)的傳輸通道數(shù)量有所區(qū)別。對(duì)于僅有一條傳輸通道的業(yè)務(wù)，一旦通道中的某條光纜中斷，這條業(yè)務(wù)也會(huì)隨之消失，而對(duì)于使用“1+1”或者更多條保護(hù)通道的業(yè)務(wù)，即使通道中某條光纜中斷也不會(huì)影響到業(yè)務(wù)的正常傳輸。

業(yè)務(wù)與光纜之間的這種交互，可以稱為依賴關(guān)系[18]。為了描述這種依賴關(guān)系，本文建立了“業(yè)務(wù)-光纜”依賴關(guān)系圖，基于業(yè)務(wù)傳輸通道數(shù)量和業(yè)務(wù)重要度定義了業(yè)務(wù)依賴度函數(shù)。圖1為骨干傳輸網(wǎng)中的一小部分，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中部署了S1,S2和S4三類業(yè)務(wù)。

圖1 某網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下業(yè)務(wù)分布示意Fig.1 Schematic diagram of service distribution in a certain network state

由圖1可以看出，鏈路eae與鏈路eed承載的業(yè)務(wù)為3條，其余鏈路承載的業(yè)務(wù)均為2條。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分布模型圖，可以建立“業(yè)務(wù)-光纜”依賴關(guān)系圖，以鏈路eae為例建立的依賴關(guān)系如圖2所示。

圖2 “業(yè)務(wù)-光纜”依賴關(guān)系示例Fig.2 Dependency relationship example of Service-Optical Cable

圖2中，Isi表示第i類業(yè)務(wù)對(duì)鏈路的依賴度，業(yè)務(wù)對(duì)鏈路的總依賴度可以表示為該鏈路承載的所有業(yè)務(wù)的依賴度之和的形式：

(3)

式中，n表示鏈路eij承載的業(yè)務(wù)類型的數(shù)量；Ni表示所承載的第i類業(yè)務(wù)的數(shù)量。

為了量化這種依賴度，本文利用業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)通道數(shù)量2個(gè)參數(shù)給出了表示依賴度權(quán)值的公式，以度量業(yè)務(wù)與光纜之間的依賴關(guān)系。對(duì)于具有重要性值wsi和ksi條傳輸通道的業(yè)務(wù)si，其對(duì)每條鏈路的依賴度可以定義為業(yè)務(wù)重要性與傳輸通道數(shù)倒數(shù)的乘積：

(4)

(5)

式中，psi為業(yè)務(wù)si經(jīng)過(guò)的所有鏈路的集合。

可以看出，當(dāng)業(yè)務(wù)重要性不變時(shí)，業(yè)務(wù)傳輸通道數(shù)越多，業(yè)務(wù)對(duì)鏈路eij的依賴度越小；當(dāng)業(yè)務(wù)傳輸數(shù)量一定時(shí)，業(yè)務(wù)重要度越高，對(duì)鏈路eij的依賴度將越高。

2.2 光纜可靠性分析

考慮到光纜間的差異性，需要進(jìn)一步結(jié)合光纜特征來(lái)評(píng)價(jià)光纜的負(fù)載水平。光纜的可靠性與光纜的類型、年限、敷設(shè)方式、施工工藝、外部環(huán)境、歷史故障和屬地運(yùn)維管理等多種因素相關(guān)。對(duì)于承載業(yè)務(wù)數(shù)量和類型都相同的2條光纜，光纜運(yùn)行可靠性越高，對(duì)應(yīng)的負(fù)載水平應(yīng)該越低，也就是說(shuō)可靠性高的光纜可以攜帶更多的電力業(yè)務(wù)。

已有文獻(xiàn)表明，光纜容量占用狀態(tài)與光纜可靠性有著密切的關(guān)系[15]，因此本文結(jié)合光纜容量和光纜可用性2個(gè)指標(biāo)，給出了表示光纜可靠性的公式：

Aeij=Reijexp(-λ(eij))，

(6)

式中，λ(eij)為光纜纖芯占用率；Reij為光纜eij的可用性，由前面分析可知對(duì)于長(zhǎng)度為l，單位可用性為a的光纜，其可用性可以定義為l個(gè)單位光纜段的級(jí)聯(lián)形式。

由式(6)可以看出，當(dāng)光纜可用性增大，容量占用率減小時(shí)，光纜的可靠性會(huì)有所升高。

2.3 負(fù)載量化模型的建立

光纜負(fù)載是一個(gè)多因素決定問(wèn)題。在業(yè)務(wù)依賴度相同的條件下，對(duì)于可靠性不同的2條光纜，負(fù)載量化值會(huì)有所不同。由前面的分析可知，可靠性程度越高的光纜，越能承載更多的業(yè)務(wù)。此外，光纜是業(yè)務(wù)傳輸?shù)妮d體，當(dāng)光纜可靠性相同時(shí)，業(yè)務(wù)依賴度越高，光纜的負(fù)載應(yīng)越大?；谝陨戏治?，可以得到光纜負(fù)載綜合量化模型：

(7)

該模型綜合考慮了電力通信網(wǎng)中業(yè)務(wù)與光纜的特殊性。

2.4 算法流程

電力光纜負(fù)載量化算法的輸入為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)G(V,E,C)和需要部署的業(yè)務(wù)集合S。其中，拓?fù)銰中的V，E分別代表網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合和鏈路集合，C為光纜類型、纖芯數(shù)目和長(zhǎng)度組成的crad(E)×3維矩陣，crad(E)表示集合E包含的鏈路的數(shù)目。集合S包含需要部署的業(yè)務(wù)個(gè)數(shù)和業(yè)務(wù)重要度信息。算法分為以下6個(gè)步驟：

(1) 輸入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蜆I(yè)務(wù)信息，確定鏈路編號(hào)，利用式(2)初始化鏈路可用性。

(2) 根據(jù)業(yè)務(wù)部署要求，使用D算法和最大不相交路由算法為每個(gè)業(yè)務(wù)配置相應(yīng)的傳輸通道。

(3) 判斷業(yè)務(wù)是否全部部署到了網(wǎng)絡(luò)中，若沒(méi)有部署完成則執(zhí)行步驟(2)，若部署完成則繼續(xù)執(zhí)行步驟(4)。

(4) 利用式(3)和式(6)分別計(jì)算出業(yè)務(wù)對(duì)光纜的依賴度和光纜的可靠性。

(5) 將步驟(4)計(jì)算出的參數(shù)值帶入到式(7)，可得到光纜的負(fù)載量化權(quán)值。

(6) 遍歷所有鏈路，生成全網(wǎng)光纜負(fù)載量化權(quán)值矩陣。

光纜負(fù)載量化算法流程如圖3所示。

圖3 算法流程Fig.3 Algorithm flow chart

3 驗(yàn)證分析

3.1 算例說(shuō)明

為了充分證明所提負(fù)載量化方法的有效性和可行性，本文在Matlab R2020b的環(huán)境下應(yīng)用所提方法對(duì)單條光纜和完整光纜拓?fù)溥M(jìn)行了負(fù)載分析，并將該方法與文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[11]中提到的負(fù)載量化方法進(jìn)行了對(duì)比。為方便描述，將本文方法記作L1，文獻(xiàn)[8]中的方法記作L2，文獻(xiàn)[11]中的方法記作L3。

L2將鏈路承載的業(yè)務(wù)重要度之和作為負(fù)載，該方法考慮因素過(guò)于單一，量化過(guò)程較為簡(jiǎn)單：

(8)

L3在L2的基礎(chǔ)上，加上了業(yè)務(wù)帶寬這一因素，并且引入權(quán)重分配系數(shù)μ，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況靈活調(diào)整業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)帶寬的占比：

(9)

式中，μ∈(0,1)；b′si為業(yè)務(wù)的歸一化帶寬，b′si=bsi/bmax,bsi為第i類業(yè)務(wù)的傳輸帶寬,bmax為業(yè)務(wù)集合中最大的業(yè)務(wù)帶寬。

在實(shí)際工程中，等級(jí)越高的輸電線路在架設(shè)時(shí)越會(huì)選擇遠(yuǎn)離市區(qū)的地方，所搭建的鐵塔通常也會(huì)比較高，這樣一來(lái)，光纜受到人為破壞的概率會(huì)大大減小，因此光纜的可用性會(huì)隨輸電線路電壓等級(jí)的升高而變大[19]。本文根據(jù)文獻(xiàn)[15]對(duì)電力光纜可用性的分析，將單位長(zhǎng)度220 kV的OPGW光纜、ADSS和普通光纜的可用性分別設(shè)置為99.84%,99.5%和99%，并在此基礎(chǔ)上假設(shè)單位長(zhǎng)度500 kV的OPGW光纜可用性為99.9%，1 000 kV的OPGW光纜可用性為99.96%，由式(2)可計(jì)算全網(wǎng)光纜的可用性。

3.2 實(shí)際工程算例

本文從工程實(shí)際中選取了5條具有代表性的光纜，具體的光纜信息以及業(yè)務(wù)通道信息如表2所示。

表2 光纜信息與業(yè)務(wù)信息Tab.2 Optical cable information and service information

所選取的5條光纜均為OPGW光纜，承載的業(yè)務(wù)類型為保護(hù)與安控業(yè)務(wù)。表2中給出了光纜承載的業(yè)務(wù)通道數(shù)、電壓等級(jí)、長(zhǎng)度、總芯數(shù)和剩余芯數(shù)等信息。其中，業(yè)務(wù)類型/數(shù)量/通道一欄表示光纜承載的某類型業(yè)務(wù)的數(shù)量和部署此類型業(yè)務(wù)所需要的傳輸通道的數(shù)量。

按照表2給出的業(yè)務(wù)信息和光纜信息，利用式(3)、式(6)和式(7)可分別計(jì)算出業(yè)務(wù)依賴度、光纜可靠性和光纜的負(fù)載權(quán)值信息，結(jié)果如表3所示。

表3 負(fù)載量化結(jié)果Tab.3 Load quantification results

由表3可以看出，雖然光纜5承載的業(yè)務(wù)通道數(shù)最多，但綜合光纜可靠性和業(yè)務(wù)依賴度2項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，其負(fù)載并非是最高水平。此外，對(duì)于業(yè)務(wù)依賴度相同的光纜1和2，可靠性高的光纜負(fù)載量化水平會(huì)較低，也就是說(shuō)該光纜在傳輸通信業(yè)務(wù)時(shí)業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)會(huì)比較低，可以為更多的電力業(yè)務(wù)提供傳輸通道。對(duì)于光纜可靠性相近的光纜3和5，業(yè)務(wù)依賴度高的光纜負(fù)載量化水平會(huì)較高，其中業(yè)務(wù)依賴度與業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)通道數(shù)量都有關(guān)系。

3.3 完整光纜拓?fù)渌憷?/h3>

上節(jié)給出的算例僅針對(duì)單條光纜進(jìn)行了負(fù)載計(jì)算，然而在實(shí)際電力通信網(wǎng)中，涉及到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光纜數(shù)量龐大，使得負(fù)載計(jì)算更加困難。本文選取某市級(jí)骨干傳輸網(wǎng)的光纜地理接線圖為例，如圖4所示，該光纜拓?fù)溆?37條不同類型的光纜鏈路和61個(gè)變電站通信節(jié)點(diǎn)組成，其中45號(hào)節(jié)點(diǎn)為地區(qū)調(diào)度中心，500 kV的變電站有4個(gè)，火電廠、風(fēng)電場(chǎng)有16個(gè)，其余節(jié)點(diǎn)均為220 kV的變電站。圖中鏈路上的數(shù)值表示光纜的實(shí)際長(zhǎng)度，單位為km。由于目前在建設(shè)光纜網(wǎng)絡(luò)時(shí)敷設(shè)的光纜多為OPGW光纜，ADSS與普通光纜所占的比例正逐漸縮小，因此本文按照1∶1∶8的比例在圖中隨機(jī)選取鏈路作為普通光纜、ADSS和OPGW光纜。

圖4 某地區(qū)光纜地理接線圖Fig.4 Geographical wiring diagram of optical cable in a certain area

仿真時(shí)假設(shè)光纜的纖芯數(shù)目為48條，單根纖芯的帶寬為2.5 GHz。網(wǎng)絡(luò)中需要部署的業(yè)務(wù)類型如表1所示。安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)分為控制主站、控制子站和執(zhí)行站3層結(jié)構(gòu)，文中選取節(jié)點(diǎn)18、51作為控制主站，節(jié)點(diǎn)22，6，19，13，30，39，47，52和58作為控制子站，其余節(jié)點(diǎn)作為執(zhí)行站。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)分為A、B兩個(gè)平面，每個(gè)平面需要不同的匯聚中心，文中選取節(jié)點(diǎn)13，45作為A平面的匯聚中心，節(jié)點(diǎn)30，51作為B平面的匯聚中心。

采用L1方法計(jì)算出的光纜負(fù)載概率密度分布直方圖以及擬合曲線如圖5所示。

圖5 某地區(qū)光纜負(fù)載量化結(jié)果Fig.5 Quantified results of optical cable load in a certain area

擬合曲線服從均值為1.313 6，標(biāo)準(zhǔn)差為1.008 3的對(duì)數(shù)正態(tài)分布。由圖5可知，網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載的取值為0～55，其中，處于0～10的光纜占總光纜的66%，處于25～55的光纜占總光纜的3.6%?？梢钥闯?，該網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載分布并不均衡。

3.4 仿真對(duì)比分析

本文選擇L2方法與L3方法進(jìn)行了仿真對(duì)比，考慮到每種方法的量化結(jié)果會(huì)有所不同，為避免出現(xiàn)較大誤差，采用“max-min”歸一化法[4]對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了歸一化處理：

(10)

式中，x為需要?dú)w一化的數(shù)值；xmax，xmin分別為樣本的最大值和最小值；Y∈(0,1)，文中取Y=0.1。3種方法的量化結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同計(jì)算模型下的光纜負(fù)載量化水平Fig.6 Quantification level of optical cable load under different calculation models

由于3種方法的側(cè)重點(diǎn)有所不同，導(dǎo)致最終的計(jì)算結(jié)果不完全一致。L2計(jì)算的結(jié)果總體偏高，這是由于L2只將業(yè)務(wù)重要度的累加和作為鏈路負(fù)載，量化過(guò)程比較簡(jiǎn)單。L3在L2的基礎(chǔ)上增加了業(yè)務(wù)歸一化帶寬這一因素，使得量化結(jié)果較L2更加準(zhǔn)確，但L3中業(yè)務(wù)重要度與業(yè)務(wù)歸一化帶寬權(quán)值的選取容易受人為因素的影響，計(jì)算結(jié)果的客觀性較差。本文選取前10條負(fù)載較重的光纜和最后10條負(fù)載較輕的光纜進(jìn)行了排序?qū)Ρ?，具體排序結(jié)果如表4和表5所示。

表4 前10條重載光纜的排序及其歸一化負(fù)載值Tab.4 The order of the first 10 heavy-load optical cables and their normalized load values

表5 最后10條輕載光纜的排序及其歸一化負(fù)載值Tab.5 The order of the last 10 light-load optical cables and their normalized load values

站點(diǎn)45是地區(qū)調(diào)度中心，與其直接相連的光纜應(yīng)當(dāng)具有較高的負(fù)載值，從表5可以看出，3種方法均能識(shí)別出光纜94的負(fù)載值最高。此外，本文方法與L3識(shí)別出的前5條光纜的編號(hào)和排序完全一致，進(jìn)一步說(shuō)明了本文方法的有效性。光纜19位于匯聚節(jié)點(diǎn)13和18之間，應(yīng)用L1方法可識(shí)別出光纜19的負(fù)載值較高，但L2和L3并沒(méi)有識(shí)別出。光纜34與匯聚中心13直接相連，L2和L3識(shí)別出該光纜負(fù)載值較高，但綜合光纜和業(yè)務(wù)二者的特征來(lái)看，其負(fù)載值在10條光纜中最低。

負(fù)載較低的光纜大多分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣，從表5可以看出，3種方法都能識(shí)別出光纜116的負(fù)載值最低，然而對(duì)于排序在128～136的光纜，L2方法和L3方法無(wú)法準(zhǔn)確判斷其負(fù)載值的高低，本文方法卻能很好地加以區(qū)分。因此，可以證明本文方法的適用性更高。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前電力光纜負(fù)載量化方法存在的問(wèn)題，本文結(jié)合電力通信網(wǎng)實(shí)際，提出了一種基于光纜可靠性和業(yè)務(wù)依賴度的光纜負(fù)載量化方法，綜合考慮了業(yè)務(wù)和光纜的特殊性，使計(jì)算結(jié)果更加切合實(shí)際。本文在單條光纜和完整拓?fù)?則算例下驗(yàn)證了方法的可行性。通過(guò)與L2方法和L3方法的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有較高負(fù)載水平的光纜，3種方法都能較好地做出區(qū)分，但對(duì)于具有較低負(fù)載水平的光纜，L2和L3失去了負(fù)載比較能力，而本文方法依然能夠很好地加以區(qū)分，這有力地說(shuō)明了所提方法的有效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)本文方法對(duì)負(fù)載均衡、資源優(yōu)化和重載識(shí)別等都有一定的指導(dǎo)意義。由于在工程實(shí)際中，負(fù)載均衡一直是一個(gè)廣受關(guān)注的問(wèn)題，因此本文接下來(lái)將圍繞網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡開(kāi)展研究。