电力骨干SDH通信网可靠运行评价指标体系研究与应用

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　　摘  要： 本文从电力骨干SDH通信网的网络架构、网络资源、承载业务三个方面开展了网络可靠运行指标研究工作，形成三大类12个指标;同时初步选用国家电网公司一级骨干通信网某地区网络对指标进行了计算，根据计算结果对该地区网络开展了优化改造工作，有效提升了该地区网络的安全运行水平。
　　关键词： 电力通信网;可靠性;指标体系
　　中图分类号： TN914    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.061
　　本文著录格式：刘军，王颖，张书林，等. 電力骨干SDH通信网可靠运行评价指标体系研究与应用[J]. 软件，2019，41（01）：283289
　　【Abstract】： This paper proposes twelve reliability evaluation indexes focus on the network structure， network resource and carrying traffic of the power SDH communication network. Then a regional network of the first-level backbone communication network of the State Grid Corporation is selected to calculate the index. According to the calculation results， the network in this area has been optimized and reformed， which effectively improves the security level of the network.
　　【Key words】： Power bone communication network; Reliability; Index system
　　0  引言
　　电力通信网依托于电网，服务于电网安全生产及公司企业经营，是电力系统的重要基础设施，是电网生产经营业务的物理承载网络，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要保障。电力骨干通信网主要包括两部分，一是由物理光缆组成的光缆网络，二是在光缆网络基础上，由传输设备互联形成的传输网络[1]。
　　近年来，以“西电东送，南北互供”的特高压为代表的电网建设加快推进，电力骨干通信网络的规模随之不断扩大，拓扑结构日益复杂，新型电网生产业务数量快速增长。2016年，国家电网安质部印发了新版《国家电网公司安全事故规程》（国家电网安质（2016）1033号），对通信等级事件的部分内容进行了修订，对通信运行的保障提出了更高的要求。新形势对电力通信网的安全可靠运行提出了更高的要求，因此，建立科学、合理、完整的电力通信网可靠性运行评价指标[2-6]，从而提升通信网及电网的安全运行水平、并为未来规划设计提供科学依据，是十分重要且必要的。
　　在电力骨干通信网可靠性运行指标研究方面，之前有代表性的研究工作主要从安全性、资源容量、性能、隐患几个主要维度开展对传输网络、通信光缆和网络结构进行分析，最终形成各类可靠性运行指标体系。但已有的研究未对对“光缆重载”及“设备重载”程度进行分析，也缺少相应的指标对承载保护、安控业务的光缆及设备的可靠性运行进行评判。
　　本文研究内容如下：针对电力骨干通信网的两大组成部分—光缆网络和传输网络，分别从网络架构、承载业务、网络资源三个方面开展网络运行可靠性运行指标研究工作，形成三大类12个指标;其中，首次提出光缆重载度和设备重载度两个指标，用来定量的描述某一光缆或设备上承载重要生产业务通道的集中程度;同时初步选用国网一级骨干SDH通信网某地区网络对指标进行了计算，根据计算结果对该地区网络开展了优化改造工作，有效提升了该地区网络的安全运行水平。本文以下章节结构如下：第一章概述电力骨干SDH传输网的架构及组成，第二章对三大类12项指标进行详细描述，第三章选用典型网络进行指标试算及应用，第四章总结全文。
　　1  电力骨干SDH通信网架构
　　电力骨干通信网由主要由光缆段和站点上部署的光传输设备组成。它可以从如下两个角度进行分解及分析：由光缆段连接而成的物理实体网简称为光缆网络;在光缆网络的基础上，通过节点上的光传输设备对光缆段进行有效连接，形成互联光路，由光路连接构成光传输网络。
　　（1）通信光缆网络
　　光纤是SDH传输网络的信号传输介质，通信光缆又是由若干根光纤构成的缆心和外部防护层组成。电力SDH传输网的通信光缆包括光纤复合架空地线光缆、全介质自承式光缆和普通光缆三种类型，其中光纤复合架空地线光缆只在电力行业有应用。
　　（2）SDH传输网络
　　SDH传输设备是一种将上下业务、线路传输及交换功能融为一体的装备。从硬件结构角度，SDH传输设备主要由子架、主控板、电源板、时钟板、交叉板、支路板、线路板等模块组成。从传输拓扑结构上看，SDH传输设备通过光纤介质连接，可以形成不同拓扑结构的传输网络。SDH传输网的基本网络结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，而在电力SDH传输网的网络结构主要是链形、环形两种拓扑堆叠而成的复杂网络，比较典型的有3种，分别是环带链、相切环和枢纽环[7]。
　　2  电力通信网可靠性运行评价指标体系构建
　　电力骨干SDH通信网运行状态是否平稳可靠，与构成网络的底层物理光缆网络及SDH传输网络的架构是否可靠、纤芯及传输带宽有关是否充足、重要业务方式安排是否合理有关[8]。
　　2.1  研究原则及总体框架 　　电力骨干通信SDH网络可靠性运行评估指标的构建原则为：客观性、独立性、实用性，具体含义如下：
　　（1）客观性原则，即指标的设计含义明确，能够综合反映电力通信光传输网的真实情况;（2）独立性原则，即设计指标之间应尽可能的相互独立，避免重复，具有概括性;（3）实用性原则，即指标的设计应该具有容易获取、容易进行数据分析以及适合横向和纵向比较的特点。
　　按照上述研究原则及设计思路，电力骨干SDH通信网可靠性指标体系总体框架，如图1所示。
　　2.2  网络架构
　　2.2.1  光缆网络架构指标
　　针对光缆网络，本文设计了节点度、网络平均连通度、相邻节点间平均光缆数3个指标，用以反映光缆网络架构的可靠程度。
　　（1）节点度
　　3.3  指标评估及网络优化
　　3.3.1  指标评估
　　（1）计算结果
　　在网络结构方面，该地区的网络平均连通度D为2.4，属于网络架构较稀疏的网状网络;相邻节点间平均光缆数F为1.67，意味着每两个相邻节点间具有平均1.67条光缆，未达到所有节点间双光缆运行;站点均处于环网中，无假环风险点存在;最小环上节点数小于6，未超过核心区域上节点数量上限值。
　　在网络资源方面，该地区光缆纤芯占用率饱和的光缆段位于B-C（BC2回）及E-C（EC3回）;通道带宽占用率最高的传输段均位于环1ECI系统及环2ECI系统，最大带宽占用率已超过85%。
　　在业务承载方面，该地区内有6条光缆的重载度均大于8，分别为500kVAB2回OPGW光缆、500kVAB3回OPGW光缆、500kVGH1回OPGW光缆、500kVGH2回OPGW光缆、500kVAH3回OPGW光缆、500kVFJ2回OPGW光缆，上述光缆运行风险较大;在所有光缆中，500kVAH3回光缆的重载度最大;该地区内设备重载度大于8的设备共计14台，均为投运年限较长的老旧设备，主要为环1、环2上ECI品牌设备。
　　（2）评估分析
　　在网络架构方面，AH3回、IJ2回、JH2回、FH2回成為业务方式优化的瓶颈。建议持续开展该地区网络结构优化补强工作，增加节点之间的互联，使网络平均连通度D数值大于3，使网络演进成网格密集的网格网。
　　在网络资源方面，该地区网环1、环2系统的平均通道带宽占用率已超过75%，带宽趋于饱和，该系统作已无法为其他系统的承载业务提供应急及迂回通道;由于该地区光环网环1、环2系统系统建成时间早，设计带宽值较小（环1为2.5G，环2为622M），是造成系统平均通道带宽占用率高的原因。
　　在业务承载方面，造成光缆重载的原因是有两个，一是由于上述光缆的运行年限较长，光缆接头盒等薄弱环节导致光缆运行可靠性下降，光缆重载度指标上升，引发等级事件的概率增加;二是由于部分重载光缆段（例如500kVAH3回光缆段）为站间唯一光缆，使其成为业务通道传输的瓶颈建。造成设备重载的原因为这该地区光环网1及光环网2两套传输系统覆盖站点广，设备承载业务通道较多;另外，设备投运时间较长（超过15年），设备老化严重，故障率高，设备可靠性较差。
　　3.3.2  网络优化
　　根据指标分析结果，使得该地区网络优化目标明确，已有针对性的开展了如下网络优化工作，具体工作内容及成效如下：
　　（1）开展网络结构优化
　　通过利用该地区省网光缆资源，形成了B-J之间的新的光缆连接（具体拓扑图见图2虚线所示）：新增光缆补强了光缆网络结构，使得网络节点平均连通度及相邻节点间平均光缆数进一步提升，具体提升情况见表1及表2所示。
　　新增光缆为AH3线及其他相邻光缆上的重要业务提供了应急迂回通道，分担了其上的业务通道承载数量，从而有效降低了光缆重载度水平，网络优化后光缆重载值见表4所示。
　　（2）开展老旧设备腾退
　　针对该地区部分设备重载情况严重的情况，2018年对该地区重载问题突出的设备开展了老旧设备的更换工作，淘汰了原有重载严重的ECI老旧设备，环内承载保护、安控业务的设备可靠性大幅提升，有效的缓解了设备重载问题。
　　（3）开展带宽扩容
　　针对该地区部分传输断带宽占用率较高的情况，对资源紧张区段BA、EG、HG、AH等传输端，通过更换线路侧板卡，开展了网络带宽扩容工作，
　　将传输设计带宽升级拓展为10G，有效解决平均通道带宽占用率偏高的问题。
　　4  结语
　　本文从电力骨干SDH通信网的网络架构、承载业务、网络资源三个方面开展了安全运行可靠性指标研究工作，形成三大类12个指标;同时初步选用国家电网公司一级骨干通信网某地区网络对指标进行了计算，根据计算结果对该地区网络开展了优化改造工作，有效提升了该地区网络的安全运行水平。
　　本项目为开展电力骨干SDH通信网运行状态评价工作提供了依据，也为开展网络配套的建设规划、技改大修等工作提供了技术支撑。
　　参考文献
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