电力通信SDH光传输网仿真及规划应用

朱宏伟,高翔

摘要：电力通信光传输网由四级骨干传输网分级构成，每级设有若干同步数字体系(SDH)平面和光传送网(OTN)平面，部分区域设有分组传送网(Packet PTN)平面。电力通信专网是区别于运营商网络的独立系统，承担着安稳控制、继电保护和调度自动化等电力通信关键业务。

关键词：电力通信SDH；光传输网仿真；规划应用；

目前公网规划仿真软件工具或侧重于提供网络建设时的工程设计模拟、网络容量分析及成本代价计算，或仅适用于自身特定网络场景，难以匹配电力通信业务的高可靠传输需求；而现有面向电力通信网络的业务路由规划算法研究角度则较为单一，缺乏对风险均衡、负载均衡、电网管理政策等因素的综合考虑。

一、电力通信SDH

SDH 是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH 传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤:映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器, 再加入通道开销形成虚容器的过程, 帧相位发生偏差称为帧偏移;定位即是将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程, 它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现;复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送, 它又分为再生段开销和复用段开销;净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节;管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM -N 帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。

二、电力通信SDH光传输网仿真

    目前针对电力通信光传输网络建模与仿真方法的研究可分为以下两类：(1)对现有网络仿真软件工具进行二次开发，添加电力通信光传输网络相关模型，实现网中业务／流量传输行为的仿真；(2)对网络中资源进行概括和抽象，构建电力通信光传输网络资源模型，实现对网络资源分配、管理和倒换的仿真。下面将分别展开进行讨论。(1)对现有网络仿真软件工具进行二次开发，添加电力通信光传输网络相关模型，实现网络中业务／流量传输行为的仿真。基于SSF框架的开源网络仿真工具，用于在IP数据包级别上对网络及其协议进行建模与仿真。0PNET将仿真模型分为网络模型、节点模型和过程模型三个层次，其基于包的建模机制为研究网络体系结构和协议提供了强大的仿真能力。是基于离散事件仿真的开源计算机网络仿真环境，侧重于TCP／IP网络中各层协议的仿真以及数据包的跟踪分析是面向对象的模块化离散事件网络仿真框架，注重对有线、无线以及排队网络进行仿真，并适用于多处理器和其他分布式硬件系统同样侧重于TCP／IP网络中各层协议的仿真，除此之外，在OPNET的基础上建立SDH／MSTP设备模型、控制站网络节点模型和执行站网络节点模型，实现对大规模电力通信SDH光传输网络的仿真测试功能，但其忽略了对网络故障及保护倒换的仿真。(2)对网络中资源进行概括和抽象，构建电力通信光传输网络资源模型，实现对网络资源分配、管理和倒换的仿真。建立网络资源模型，实现面向电力通信SDH光传输网络的自愈仿真系统，支持配置管理SDH环网所需的网络资源以及模拟保护倒换等自愈行为。但其未考虑SDH网络的线性保护，且仿真粒度仅为网络级，即仅对业务、电路和SDH设备进行倒换，忽略了对时隙资源进行相应的切换。电力通信光传输网中业务转发路径抽象为时延和误码具有微小波动的链路模型，将故障后的自愈保护抽象为对该链路模型的切换，并实现了电力通信SDH光传输网络二纤双向通道保护和复用段保护策略，但其忽略了二纤单向通道保护环，且由于抽象程度较高，同样未考虑时隙资源的管理。

三、电力通信SDH光传输网规划应用

1.电力输电网的网架结构，决定了电力通信网分级、分层、分区的传输网络拓扑结构。国调中心至各大区(省)调度中心的电力通信为一级传输网，大区调度中心至各省级调度中心的电力通信为二级传输网，省级调度中心至各地区级调度中心的电力通信为三级传输网，地区级调度中心至各县级调度所的电力通信为四级传输网、各县级调度通信网便是电力通信的五级传输网。电力系统通信网的业务流向由于其特定的管理方式,是从低向高级(县→地区→省)、本地区、县内通信较多,而县与县、地区与地区通信相对较少，因此网络的结构、容量也必须符合这一要求，在实际建设过程中，还需要根据实际情况，考虑网络建设和管理的复杂度，确定网络的层次架构。配置一套SDH 用户接入设备( 或交叉连接的复接设备)，将各地区通信网至省调及上级调度的主通道业务信号进行分叉/ 复接,实现业务重组；区调配置一套SDH 用户接入设备(或交叉连接的复接设备),将各县通信网、发电厂至区调、省调的主通道配置一套SDH 用户接入设备(或交叉连接的复接设备)，将各变电所、发电厂至区调、省调的主通道业务信号进行分叉/复接,实现业务重组。SDH用户接入设备,其基本(平台)是一套高性能的STM-1SDH 传输设备,多台S D H 用户接入设备能够组成S T M - 1 的SDH 网, 并能够接入到STM-4 或STM-16 的网络中组成SDH 子网。SDH 传输与复用部分应符合ITU 建议。

2.电力通信SDH光传输网络业务路由规划与仿真原型系统能够协助运维管理人员进行静态业务路由规划、网络资源分配管理和网络风险／负载分析，在提升业务安排效率的同时降低通道校核难度；通过模拟网络故障及保护倒换，能够为反事故演练提供可行的手段，并协助进行检修计划的编排，对于故障后影响较大的设备节点和光纤，应予以优先检修。考虑将来的业务扩展，根据业务需要分配带宽颗粒，在传输系统中，一次变分配4 个左右2M，二次变分配3 个2M，局间提供分组交换所需2M。综合业务接入网设备满足如下需求：2/4 线音频专线接入、Z 接口延伸业务、热线电话( 直通电话) 、POTS 普通电话接入、继电保护D D N 专线业务( 2 M 透明传输、N  4 k 以及各种子速率) 、以太网等业务。如华为HONET 综合业务接入网设备。SDH 的特点是其光环自愈功能。在光纤被切割等故障发生时仍能在很短的时间内恢复通信,这在保证整个通信系统的可靠性方面起重要作用。在实际设计过程中需要结合节点的分布，根据不同的保护方式主要有两种不同的网络配置方案： (1)SNCP(子网连接保护)较适应于网孔型的网络结构。(2)自愈环保护适应于环网结构，网络通信容量较大,结构简单的大型网络更为适用。对于电力通信网通信容量较小，分支较多更为适用。该配置方案可靠性强、投资小，公共点仅需1 套设备，时延短。以某地区电力通信传输网络优化项目为例，由于该电力通信传输网络涉及的各个站点之间距离相隔较远，如果对光缆采取重新铺设的施工方案难度较大，所以根据电力通信传输网络所处地区业务类型较为集中的特点，最终决定对现有的网络进行升级和优化。具体操作如下: 在原有的STM-1 网络基础上重新建立一个STM-4 的电力通信传输网络; 新建成的STM-4 电力通信传输网络仍旧延用原有的单向通道保护环，以此来实现STM-1 网络与STM-4 网络并网运行的状态。

电力通信SDH光传输网络作为国家电网公司省际、省级骨干通信网的重要组成部分，承载了继电保护、安稳控制和调度自动化等电网核心业务，对保障电力系统安全、稳定、可靠运行起着至关重要的作用。开发适用于电力通信SDH光传输网络的业务路由规划与仿真软件工具，对提升网络规划设计及运维管理效率、减小人工安排过程中出错的概率、增强电力通信网的鲁棒性意义重大。

参考文献：

[1]韦修.SDH 技术与设备[ M] .北京:人民邮电出版社,2019 .

[2]任莹. 电力通信传输网中自动交换光网络技术的应用研究[J]. 中国科技信息，2021（2）：76-77.