摘要：本文對電力光纖通信網(wǎng)的生存性機制進行了探討，介紹了幾種可應(yīng)用的保護機制。在實際應(yīng)用中應(yīng)當根據(jù)現(xiàn)場情況，各網(wǎng)區(qū)特點和需要，選取不同的保護方式，以提高網(wǎng)絡(luò)的生存性，保證電網(wǎng)各種業(yè)務(wù)信號的正常傳送。
　　關(guān)鍵詞：電力光纖；網(wǎng)絡(luò)保護；SDH；
　　1SDH環(huán)網(wǎng)之間互連的生存性問題
　　在電力光纖通信網(wǎng)中，根據(jù)一定電壓等級和信號傳輸需要配備的SDH光纖網(wǎng)絡(luò)的速率各有不同，如省級電力網(wǎng)中220kV及以上等級站點、各級地調(diào)和中調(diào)之間網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，根據(jù)業(yè)務(wù)的匯聚需求，一般達到2．5Gbit／s(或10Gbit／s)及以上容量，而110kV及以下等級站點的接入環(huán)網(wǎng)則有622Mbit／s和155Mbit／s等。環(huán)網(wǎng)之間的互連也要考慮生存性問題，在此我們提出幾種環(huán)網(wǎng)互連時可采用的保護方式。
　　1．1高速網(wǎng)與低速網(wǎng)之間的互連
　　以2．5Gbit／s網(wǎng)絡(luò)與622Mbit／s網(wǎng)絡(luò)相連為例，一般利用ADM設(shè)備有兩種互連的方法：
　　1)利用低速的支路接口相連這種相連方式要求2．5Gbit／s與622Mbit／s的ADM設(shè)備具有相同粒度的分插復(fù)用能力，如STM一1，VC-4等。通過利用2．5Gbit／s系統(tǒng)的支路接口與622Mbit／s系統(tǒng)的支路相連，兩個環(huán)網(wǎng)之間是相互獨立的，此時SDH節(jié)點在上下路端口能
　　終結(jié)故障，所以實現(xiàn)跨環(huán)業(yè)務(wù)的保護時，兩種環(huán)網(wǎng)根據(jù)實際應(yīng)用中業(yè)務(wù)類型分布和業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，既可同時采用通道保護方式或復(fù)用段保護方式，也可以一個環(huán)采用通道保護環(huán)，另一個采用復(fù)用段保護環(huán)。
　　2)利用2．5Gbit／s的支路和622Mbit／s的群路相連我們可以利用2．5Gbit／s系統(tǒng)的ADM設(shè)備的支路接口直接接入622Mbit／s系統(tǒng)，這時兩個環(huán)形網(wǎng)是通過一個節(jié)點的群路接口和支路接口相連，所以這兩個環(huán)網(wǎng)相對不獨立，雖然網(wǎng)管在分插復(fù)用上的指配變得簡單，但是因為低速環(huán)的群路速率為高速環(huán)的支路速率，所以要實現(xiàn)跨環(huán)保護，低速環(huán)必須采用復(fù)用段的保護方式，而高速環(huán)可以自由選擇采用通道保護環(huán)或者復(fù)用段保護環(huán)。
　　1．2同速率網(wǎng)之間的互連
　　對于同速率環(huán)之間的互連，一般采用低速的支路作為連接接口，這時兩個環(huán)網(wǎng)是相對獨立的，其跨環(huán)業(yè)務(wù)的保護既可采用通道保護方式，也可采用復(fù)用段保護方式。在SDH環(huán)網(wǎng)互連時采用支路接口相連的方法解決跨環(huán)保護的問題，雖然在網(wǎng)絡(luò)資源上會有一定的浪費，但是網(wǎng)絡(luò)配置簡單，故障排除快，而環(huán)網(wǎng)盡量使用通道保護環(huán)，能在保證網(wǎng)絡(luò)可靠性和生存性的同時降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。
　　2網(wǎng)絡(luò)的生存性分析
　　網(wǎng)絡(luò)生存性是指當網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)能夠維持某種可接受的服務(wù)水平的能力。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存性一般有兩類方法：保護和恢復(fù)。保護和恢復(fù)均是在網(wǎng)絡(luò)故障條件下，使受損的業(yè)務(wù)得以重新運行的具體措施。一般來說，用于保護的實體和工作實體是并存的，保護資源一般需要提前預(yù)留，利用冗余資源完成保護功能。當然在允許的情況下，保護資源也可以為無須保護的低優(yōu)先級業(yè)務(wù)服務(wù)，而一旦網(wǎng)絡(luò)失效發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)便通過自動切換來實現(xiàn)保護，倒換速度基本能滿足不大于5Oms的故障恢復(fù)時間，符合電力系統(tǒng)繼電保護和安全穩(wěn)定裝置等特殊業(yè)務(wù)信號傳送的要求，在電力通信網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，但網(wǎng)絡(luò)利用率較低。恢復(fù)則通常利用節(jié)點之間可用的任何容量，包括預(yù)留的專用空閑備用容量、網(wǎng)絡(luò)專用的容量乃至低優(yōu)先級業(yè)務(wù)可釋放的額外容量，其實質(zhì)是在網(wǎng)絡(luò)中尋找失效路由的替代路由以恢復(fù)通信。使用網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)可大大節(jié)省備用資源，具有較高的網(wǎng)絡(luò)資源利用率，但當前常見的恢復(fù)倒換一般由外部網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)控制，實現(xiàn)過程復(fù)雜，及時性和可靠性沒有保護方式高，現(xiàn)在已有的利用數(shù)字交叉連接(DXC)設(shè)備進行的恢復(fù)一般需要幾百毫秒到幾分鐘的時間。
　　3SDH網(wǎng)絡(luò)的保護和恢復(fù)方式
　　在電力光纖通信網(wǎng)中絕大部分的網(wǎng)絡(luò)是由SDH同步傳送網(wǎng)構(gòu)成的，SDH典型的自愈網(wǎng)有線路保護倒換、環(huán)形網(wǎng)保護以及基于DXC設(shè)備的保護和恢復(fù)等。其中線路保護一般用于點對點通信，通常配備1+1(一個主工作系統(tǒng)和一個備用工作系統(tǒng))或N：1(N個主工作系統(tǒng)和一個備用工作系統(tǒng))主備切換系統(tǒng)，但當光纜被切斷時(一般主備纖芯在同一根光纜)，保護即失效。這種方法是SDH早期應(yīng)用的比較經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò)保護方式。而DXC保護和恢復(fù)是利用交叉設(shè)備強大的交叉能力靈活組網(wǎng)，具有規(guī)劃容易、易于發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)利用率高的優(yōu)點，但DXC設(shè)備比較昂貴，當節(jié)點眾多時，會出現(xiàn)恢復(fù)時間長、網(wǎng)管系統(tǒng)復(fù)雜性較高的問題。至于環(huán)形網(wǎng)，強大的自愈能力、簡單而有效的保護功能和較靈活的組網(wǎng)方式使其成為了SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種。下面具體分析幾種主要的網(wǎng)絡(luò)保護與恢復(fù)技術(shù)。
　　3．1SDH環(huán)網(wǎng)的保護技術(shù)
　　SDH環(huán)網(wǎng)中主要有雙纖單向通道保護環(huán)、雙纖單向復(fù)用段保護環(huán)、雙纖雙向通道保護環(huán)、四纖雙向復(fù)用段保護環(huán)和雙纖雙向復(fù)用段保護環(huán)等5種保護方式。下面就其中典型的兩種進行分析：
　　1)雙纖單向通道保護環(huán)
　　雙纖單向通道保護環(huán)如圖1所示，使用的是雙饋方式(1+1保護)，“首端橋接，末端倒換”的結(jié)構(gòu)，以并發(fā)優(yōu)收的方式工作。即每一節(jié)點的支路信號同時送入兩根光纖，以相反的方向傳送，在接收端節(jié)點同時收到兩個方向的業(yè)務(wù)信號，按照優(yōu)劣決定選取其中的一個。當環(huán)中某段光纖出現(xiàn)故障時，通道優(yōu)劣狀態(tài)改變，系統(tǒng)將自動切換通道，使業(yè)務(wù)信號得以維持。這種保護原理簡單，在監(jiān)測到光信號丟失(LOS)或告警指示信號(AIS)后，即執(zhí)行保護倒換，無需等待信令傳遞，只經(jīng)歷光接收端切換時間，倒換時間一般以l0ms計，可滿足對電網(wǎng)穩(wěn)定至關(guān)重要的安穩(wěn)自動控制信號的傳輸時間<15～30ms、以及點對點繼電保護實時信號傳輸時間在5～10ms以內(nèi)的要求。
　　
　　                    
　　　　
　　                                                                             圖1雙纖單向通道保護環(huán)
　　2)四纖雙向復(fù)用段保護環(huán)
　　這種保護結(jié)構(gòu)有兩根工作光纖和兩根保護光纖，其中一根工作光纖形成順時針工作信號環(huán)，另一根工作光纖形成逆時針工作信號環(huán)，它們的保護光纖分別形成與工作光纖反方向的兩個保護信號環(huán)。當通信環(huán)出現(xiàn)故障時，鄰近節(jié)點便執(zhí)行環(huán)回。這種結(jié)構(gòu)在環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中可靠性最高，出現(xiàn)故障執(zhí)行保護后仍然是個雙環(huán)系統(tǒng)，可抗多點故障，但成本很高，切換時間長。
　　在這類環(huán)中，如果利用時隙交換技術(shù)，將兩根同方向的工作光纖和保護光纖上的信號合在一根光纖上，各占一半時隙，四纖環(huán)可以簡化為雙纖環(huán)，其結(jié)構(gòu)與雙纖單向通道保護環(huán)類似。該保護方式通過利用開銷中的K1和K2字節(jié)監(jiān)測故障信息，并觸發(fā)環(huán)回保護切換。由于環(huán)回操作需要本端和遠端共同控制，所以保護切換時間為環(huán)回切換時間加上信令處理時間，環(huán)回切換時間以10ms計，信令處理時間(環(huán)上最大節(jié)點數(shù)為16)約為15．75ms／2，基本滿足<50ms的標準。雙纖雙向復(fù)用段保護環(huán)由于具有“時隙可以重復(fù)使用”的優(yōu)點，特別適用于業(yè)務(wù)量分散的應(yīng)用場合，即環(huán)網(wǎng)中的各個節(jié)點之間，尤其是相鄰節(jié)點之間的業(yè)務(wù)流量比較多，而且分布比較均勻的情況。
　　四纖雙向復(fù)用段保護環(huán)一方面具有“時隙可以重復(fù)使用”的優(yōu)點，另一方面同步復(fù)用設(shè)備一般采用雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，還具有區(qū)段保護功能，適用于業(yè)務(wù)量大而分散、組網(wǎng)復(fù)雜的應(yīng)用場合。復(fù)用段共享保護環(huán)的基本容量單位為VC-4，一般適合大業(yè)務(wù)量場合。而通道保護可以提供VC-12、VC-3、VC一4等各種容量等級，靈活性較大。業(yè)務(wù)如果呈分散分布，宜選用復(fù)用段共享保護，雖然倒換時間較長，但可以提供更多的通路數(shù)；如果業(yè)務(wù)量明顯集中于一兩個節(jié)點，則選擇通道保護，所提供的通道數(shù)接近于復(fù)用段共享保護，而且沒有K字節(jié)之間的通信，倒換時間短。電力系統(tǒng)遠動、保護、負荷控制、調(diào)度自動化等關(guān)系電力網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的運行控制信息，現(xiàn)階段業(yè)務(wù)量主要發(fā)生在各節(jié)點和中心節(jié)點之間，業(yè)務(wù)集中并相對較小，對可靠性、穩(wěn)定性要求高，路由保護、時延要求高，大多屬于實時固定帶寬通信業(yè)務(wù)。因此，從業(yè)務(wù)要求、投資建設(shè)成本和管理簡易性上考慮，電力光纖網(wǎng)中應(yīng)多采用通道保護環(huán)。為增強環(huán)網(wǎng)的生存性，建議節(jié)點采用兩套“1+O”設(shè)備的配置方法，通過光纖連接同時運行的兩臺設(shè)備，再與環(huán)網(wǎng)其他節(jié)點相接，避免單臺設(shè)備故障破壞節(jié)點信號傳送，從而保障節(jié)點的生存。
　　3．2基于DXC的光纖網(wǎng)絡(luò)保護與恢復(fù)技術(shù)
　　隨著電網(wǎng)的發(fā)展，節(jié)點不斷增多，新增節(jié)點建設(shè)的時間和地點往往又無規(guī)律，這給環(huán)網(wǎng)組建帶來了不少困難。利用DXC設(shè)備組成網(wǎng)孔形拓撲結(jié)構(gòu)的保護恢復(fù)技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者提供了新的選擇。基于DXC的保護和恢復(fù)控制結(jié)構(gòu)主要有集中控制和分布控制兩種。
　　集中控制主要指通過網(wǎng)管系統(tǒng)，利用內(nèi)部龐大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，包括涉及網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點、交叉連接矩陣表以及空閑容量的全部信息，對每一鏈路和通道分配優(yōu)先等級。當鏈路失效后，故障信息經(jīng)其他路由報告給網(wǎng)管系統(tǒng)，網(wǎng)管系統(tǒng)從其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中搜尋有關(guān)節(jié)點的信息并計算和模擬可能的替代路由。一旦選定了某一最佳路由，將同時送出控制命令給相應(yīng)的節(jié)點，執(zhí)行交叉連接或分插功能，從而恢復(fù)失效路由業(yè)務(wù)的傳送。而分布控制，無需網(wǎng)管系統(tǒng)干預(yù)。
　　當鏈路失效后，檢測到的故障源節(jié)點所產(chǎn)生的要求空閑通道的消息，傳向所有節(jié)點，這些節(jié)點都報告它與相鄰節(jié)點間的可用空閑通道，直到搜尋到源節(jié)點與終節(jié)點之間最短或最快的路由，然后以其替代失效路由傳送業(yè)務(wù)。DXC恢復(fù)功能是以網(wǎng)絡(luò)中配置的冗余容量為基礎(chǔ)的，當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)中可供分配的冗余容量可以被用來全部恢復(fù)或部分恢復(fù)業(yè)務(wù)，而不用像環(huán)網(wǎng)那樣預(yù)留保護通道，可以節(jié)省2O到4O的帶寬容量。但是，由于現(xiàn)有的DXC設(shè)備智能性不高，常常需要人工配置，恢復(fù)速度較慢。雖然恢復(fù)業(yè)務(wù)的重路由通道信息可以預(yù)置在每個DXC網(wǎng)絡(luò)控制器中，以提高網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的速度，但是在復(fù)雜度高的網(wǎng)絡(luò)中DXC需要很大的內(nèi)存，并且在新建節(jié)點后路由信息的重設(shè)置非常麻煩，容易出現(xiàn)人為的錯誤。
　　所以，盡管可以通過利用DXC設(shè)備或具有交叉能力的分插復(fù)用(ADM)設(shè)備與雙纖單向通道環(huán)相結(jié)合的自由選擇通道的保護方法，構(gòu)成虛擬網(wǎng)狀網(wǎng)來彌補環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)的不足，但是由于設(shè)備的投資大以及網(wǎng)管系統(tǒng)自動控制的能力不強等原因，這種方法在現(xiàn)有的電力專網(wǎng)中應(yīng)用較少。不過，隨著業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，環(huán)形網(wǎng)逐步演進到網(wǎng)狀網(wǎng)是不可避免的趨勢，如今基于網(wǎng)狀網(wǎng)的自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)智能自動交換技術(shù)的研究正在如火如荼地進行，毫無疑問也將對網(wǎng)狀網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)起到推動作用。
　　4結(jié)束語
　　為滿足電力特種業(yè)務(wù)的傳輸需求，面向電網(wǎng)服務(wù)的電力通信網(wǎng)，在穩(wěn)定、可靠和實時性的要求上皆高于一般的通信傳輸網(wǎng)。而光纖通信由于具備了頻帶寬、傳輸容量大、傳輸損耗低、傳輸距離長、安全性高和不受電磁干擾等優(yōu)點逐步成為現(xiàn)代電力通信網(wǎng)中主要的傳輸手段。電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行依賴于具備強大的生存能力的電力通信系統(tǒng)，因此，探討光纖通信網(wǎng)的生存性問題尤為重要。