OTN技术在电力通信网业务路由优化中的应用
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【摘 要】电力OTN属于静态网络，网络中的业务在建立后数据流基本保持不变，网络业务运行风险由传统的突发性拥塞转变为业务在传输链路上的过度集中分布。
【关键词】OTN技术;电力通信网业务;路由优化;应用
1OTN技术的内容及其优势
OTN的意思是光传送网，该新式网络传送是把G-798、G-709、G-872ITU—T建设所规范的光、数字等传送架构构成。同时在添加了管控平面、G-709接口、ROADM、OTH等内容，在传统的通信中，密集波分复用（WDM）和同步数字体系（SDH）是最为重要的技术，如果在WDM和SDH的技术基础上再引入光传送体系和可重构光分插复用器和G-709接口就可以形成现在应用广泛的OTN技术。它在充分继承SDH和WDM传统的技术优势时，又能够较好的解决组网及网络保护水平较差、WDM没有波长或子波长调度作用较弱等问题。它的传输方式可以使信息的传输效率大大提高，目前对于OTN的研究已得到了较好的成绩，若该技术在我国大量使用，就会因为其良好的民众基础使其有更高的可行性，并对我国的移动通信发展起到积极的作用，使其业务能力更强、安全性更高，从而促进企业的可持续发展。OTN技术的主要优势：（1）多种客户信号封装与透明传输。给予ITU-TG.709的OTN帧结构能够进行各类客户信号的透明传输以及映射，例如以太网、ATM以及SDH等。其中ATM与SDH基本实现了透明传送与标准封装;而以太网在传输不同速率通信信息的时候差异比较显著。ITU-TG.sup43能够对10GE业务进行补充，从而实现了不同程度的透明传输。而接入网业务吉比特无源光网络、专网业务光纤通道、100GE以太网、40GE以太网以及常规GE以太网等，这些在OTN帧结构中标准化的映射方式亟待深入研究。（2）大颗粒的宽带复用、配置以及交叉。OTN定义的电层宽带颗粒主要是通路数据单元，简单来说就是ODU3（40Gb/s）、ODU2（10Gb/s）、ODU1（2.5Gb/s）以及ODU0（GE，1000M/s），波长就是光层的宽带颗粒，与SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒相比，OTN复用、配置以及交叉的宽带颗粒要更大;因此，可以切实提升高宽带数据客户业务的传输效率、质量以及适配能力。
2OTN技术在电力通信网业务路由优化中的应用
2.1OTN技术的应用方式
传统电力通信网常用的光传输技术主要为SDH和WDM。SDH网络通常处理的是2.5Gbit/s以下小颗粒业务的调度交换和保护，但随着业务容量需求越来越大，OTN技术已经可以支持1Gbit/s颗粒业务的调度交换和保护，将SDH作为OTN的服务客戶，能解决目前SDH带宽小、适配和效率等方面的不足。OTN还通过灵活的物理和逻辑接口、光电层交叉技术，丰富了WDM网络的组网能力，提高了网络的管理和监测能力，实现了业务的灵活传输调度，确保了通信网络的高可靠性和安全性。目前OTN技术在电力通信网应用过程中以分层原则为主，OTN设备将信息的汇集分为了骨干层、汇聚层和接入层，每一层都基于OTN技术，将信息有序汇集并传输到上一级通信网络中。根据实际传输容量需要，省公司、地市局和省500kV变电站作为重要节点均需要配置OTN设备，确保下级数据的汇聚以及同级网络间的业务交叉传输，其中将部分变电站作为OLA，可以提高信号传输可靠性。骨干层组网过程中，通常选用较为可靠的网络型组网方式，这有利于提高光纤资源的有效利用率，使业务光方向更加的丰富，大大提高了网络调度和维护的灵活性。
2.2电力通信网业务路由要求
由于地理位置和电力需求的存在这个很大的不同，对于电力通信的基本要求也是不一致的，这也意味着电力通信服务的性能以及相关要求也是存在着一定的差异的，这也表示业务路由优化设计的基本算法是不同的。其中继电保护操作以及相关的服务管理基本要求是不相同的，同时继电器保护服务的主要作用为远程传输电力输送，这也是电力系统正常运行与管理的主要基础，若要使电力系统的平稳运行得到保证，使传输信道的可靠性得到提高，并保证误码率以及传输延迟减小。业务管理信息化特征突出，主要协调电力企业管理组织的内部工作，该服务对路由操作有更严格的要求，关于延迟要求跟高，对于错误率的要求也比较高，如果使用相同的方法来分配路由，为了确保业务质量，需要选择更完整的业务路由，那么服务将占用更多优质资源，如果可以为两个业务分配配置性能一般的业务路由，则无法保证业务安全性，如果路由目标相同且使用相同的分配方法，则路由应用程序无法满足业务需求，在电力通信网络路由计算过程中，有必要根据每项业务的具体要求为业绩指标分配不同的传输路由。
2.3网络模型
为了抽象面向可靠性的电力OTN的路由优化问题，首先定义电力光传输网拓扑为无向带权图G（V，E），其中V={v1，v2，...vn}为网络中节点集合，E={e1，e2，...，em}为网络中的无向边集合，ek表示网络中第k条边。图中任意一条连接节点vi和vj的边eij上定义了一个二元组（P，L），Pe表示链路风险度（即光纤链路的失效概率），Le表示链路的长度，根据链路的长度，可以相应地计算该光纤段的传输时延和信号功率衰减。然后定义网络中的业务请求集合为S={S1，S2，...，SM），对于每一个业务请求Sk（k=1，2...M）定义了一个四元组（VsVdTsQ），分别表示该业务请求的起始节点、终止节点、时延约束和光信噪比约束。构造上述网络模型的目的是根据电力OTN业务请求，获取一个满足该业务请求的路径集合，保证业务路由可用的同时满足该业务的QoS约束。
2.4算法基本流程
本文提出一种面向可靠性的电力OTN路由优化算法，该算法以遗传算法的原理为基础，在种群进化过程中融合模拟退火和小生境演化思想。算法主要步骤概括如下：步骤1：参数初始化。初始化待优化的业务请求集合，设置算法最大迭代次数（即终止条件）、个体适应度函数f（x）及相关计算因子、模拟退火机制中的初始温度T0和和降温因子Δ。步骤2：样本空间初始化。通过某种路由求解策略随机生成初代种群并计算其适应度。根据适应度大小对初代种群进行排序，按照f（x）梯度将初代种群划分为N个子集合（即小生境数量为N）。对各子集合中适应度最大的个体xk（k=1，2，…，N）进行标记。步骤3：当代种群中，适应度最大的个体xk直接进入下一代候选种群，对小生境中其余个体进行选择、交叉及变异等一系列标准遗传操作，生成下一代候选种群。需要注意的是，小生境意味着种群隔离，不同小生境中种群的处理过程相互独立，互不影响。步骤4：在各小生境的下一代候选种群中，选取适应度最优个体进入模拟退火流程：对个体xk（k=1，2，…，N）产生随机扰动Δx（类似遗传算法变异过程），生成新的个体xk，计算两个个体之间适应度函数的差值Δf=f（xk）-f（xk-1）。当Δf≤0时，接受个体xk，即对其予以保留;当Δf>0时，令接受概率为式（1）。
产生在[0，1]区间上均匀分布的伪随机数r，若P（Δf）≥r，则用新生成个体xk替换个体xk-1，否则仍然接受个体xk并对其予以保留。步骤5：重新评价适应度函数，从各小生境候选种群中选取最优个体形成新一代种群，并取各小生境中适应度最大的个体xk（k=1，2，…，N）进行标记。步骤6：若迭代次数达到最高限制，则满足终止条件算法结束，输出目标结果;否则更新退火温度T=ΔT，迭代次数加1，跳转到步骤3。
参考文献：
[1]连亦承.基于OSNR的电力OTN网络业务路由优化方法[D].北京邮电大学，2018.
（作者单位：内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电局信息通信处）
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