摘要：本文對(duì)電力光纖通信網(wǎng)的生存性機(jī)制進(jìn)行了探討，介紹了幾種可應(yīng)用的保護(hù)機(jī)制。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，各網(wǎng)區(qū)特點(diǎn)和需要，選取不同的保護(hù)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(hào)的正常傳送。
　　關(guān)鍵詞：電力光纖；網(wǎng)絡(luò)保護(hù)；SDH；
　　1SDH環(huán)網(wǎng)之間互連的生存性問(wèn)題
　　在電力光纖通信網(wǎng)中，根據(jù)一定電壓等級(jí)和信號(hào)傳輸需要配備的SDH光纖網(wǎng)絡(luò)的速率各有不同，如省級(jí)電力網(wǎng)中220kV及以上等級(jí)站點(diǎn)、各級(jí)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(dá)到2．5Gbit／s(或10Gbit／s)及以上容量，而110kV及以下等級(jí)站點(diǎn)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(wèn)題，在此我們提出幾種環(huán)網(wǎng)互連時(shí)可采用的保護(hù)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(guò)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(gè)環(huán)網(wǎng)之間是相互獨(dú)立的，此時(shí)SDH節(jié)點(diǎn)在上下路端口能
　　終結(jié)故障，所以實(shí)現(xiàn)跨環(huán)業(yè)務(wù)的保護(hù)時(shí)，兩種環(huán)網(wǎng)根據(jù)實(shí)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(shí)采用通道保護(hù)方式或復(fù)用段保護(hù)方式，也可以一個(gè)環(huán)采用通道保護(hù)環(huán)，另一個(gè)采用復(fù)用段保護(hù)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(shí)兩個(gè)環(huán)形網(wǎng)是通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的群路接口和支路接口相連，所以這兩個(gè)環(huán)網(wǎng)相對(duì)不獨(dú)立，雖然網(wǎng)管在分插復(fù)用上的指配變得簡(jiǎn)單，但是因?yàn)榈退侪h(huán)的群路速率為高速環(huán)的支路速率，所以要實(shí)現(xiàn)跨環(huán)保護(hù)，低速環(huán)必須采用復(fù)用段的保護(hù)方式，而高速環(huán)可以自由選擇采用通道保護(hù)環(huán)或者復(fù)用段保護(hù)環(huán)。
　　1．2同速率網(wǎng)之間的互連
　　對(duì)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(shí)兩個(gè)環(huán)網(wǎng)是相對(duì)獨(dú)立的，其跨環(huán)業(yè)務(wù)的保護(hù)既可采用通道保護(hù)方式，也可采用復(fù)用段保護(hù)方式。在SDH環(huán)網(wǎng)互連時(shí)采用支路接口相連的方法解決跨環(huán)保護(hù)的問(wèn)題，雖然在網(wǎng)絡(luò)資源上會(huì)有一定的浪費(fèi)，但是網(wǎng)絡(luò)配置簡(jiǎn)單，故障排除快，而環(huán)網(wǎng)盡量使用通道保護(hù)環(huán)，能在保證網(wǎng)絡(luò)可靠性和生存性的同時(shí)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠維持某種可接受的服務(wù)水平的能力。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存性一般有兩類方法：保護(hù)和恢復(fù)。保護(hù)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(yùn)行的具體措施。一般來(lái)說(shuō)，用于保護(hù)的實(shí)體和工作實(shí)體是并存的，保護(hù)資源一般需要提前預(yù)留，利用冗余資源完成保護(hù)功能。當(dāng)然在允許的情況下，保護(hù)資源也可以為無(wú)須保護(hù)的低優(yōu)先級(jí)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(guò)自動(dòng)切換來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，倒換速度基本能滿足不大于5Oms的故障恢復(fù)時(shí)間，符合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定裝置等特殊業(yè)務(wù)信號(hào)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(diǎn)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(jí)業(yè)務(wù)可釋放的額外容量，其實(shí)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(dāng)前常見(jiàn)的恢復(fù)倒換一般由外部網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，及時(shí)性和可靠性沒(méi)有保護(hù)方式高，現(xiàn)在已有的利用數(shù)字交叉連接(DXC)設(shè)備進(jìn)行的恢復(fù)一般需要幾百毫秒到幾分鐘的時(shí)間。
　　3SDH網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)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(hù)倒換、環(huán)形網(wǎng)保護(hù)以及基于DXC設(shè)備的保護(hù)和恢復(fù)等。其中線路保護(hù)一般用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，通常配備1+1(一個(gè)主工作系統(tǒng)和一個(gè)備用工作系統(tǒng))或N：1(N個(gè)主工作系統(tǒng)和一個(gè)備用工作系統(tǒng))主備切換系統(tǒng)，但當(dāng)光纜被切斷時(shí)(一般主備纖芯在同一根光纜)，保護(hù)即失效。這種方法是SDH早期應(yīng)用的比較經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式。而DXC保護(hù)和恢復(fù)是利用交叉設(shè)備強(qiáng)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(diǎn)，但DXC設(shè)備比較昂貴，當(dāng)節(jié)點(diǎn)眾多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)復(fù)雜性較高的問(wèn)題。至于環(huán)形網(wǎng)，強(qiáng)大的自愈能力、簡(jiǎn)單而有效的保護(hù)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(hù)與恢復(fù)技術(shù)。
　　3．1SDH環(huán)網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)
　　SDH環(huán)網(wǎng)中主要有雙纖單向通道保護(hù)環(huán)、雙纖單向復(fù)用段保護(hù)環(huán)、雙纖雙向通道保護(hù)環(huán)、四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)和雙纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)等5種保護(hù)方式。下面就其中典型的兩種進(jìn)行分析：
　　1)雙纖單向通道保護(hù)環(huán)
　　雙纖單向通道保護(hù)環(huán)如圖1所示，使用的是雙饋方式(1+1保護(hù))，“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(diǎn)的支路信號(hào)同時(shí)送入兩根光纖，以相反的方向傳送，在接收端節(jié)點(diǎn)同時(shí)收到兩個(gè)方向的業(yè)務(wù)信號(hào)，按照優(yōu)劣決定選取其中的一個(gè)。當(dāng)環(huán)中某段光纖出現(xiàn)故障時(shí)，通道優(yōu)劣狀態(tài)改變，系統(tǒng)將自動(dòng)切換通道，使業(yè)務(wù)信號(hào)得以維持。這種保護(hù)原理簡(jiǎn)單，在監(jiān)測(cè)到光信號(hào)丟失(LOS)或告警指示信號(hào)(AIS)后，即執(zhí)行保護(hù)倒換，無(wú)需等待信令傳遞，只經(jīng)歷光接收端切換時(shí)間，倒換時(shí)間一般以l0ms計(jì)，可滿足對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定至關(guān)重要的安穩(wěn)自動(dòng)控制信號(hào)的傳輸時(shí)間<15～30ms、以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)繼電保護(hù)實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸時(shí)間在5～10ms以內(nèi)的要求。
　　
　　                    
　　　　
　　                                                                             圖1雙纖單向通道保護(hù)環(huán)
　　2)四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)
　　這種保護(hù)結(jié)構(gòu)有兩根工作光纖和兩根保護(hù)光纖，其中一根工作光纖形成順時(shí)針工作信號(hào)環(huán)，另一根工作光纖形成逆時(shí)針工作信號(hào)環(huán)，它們的保護(hù)光纖分別形成與工作光纖反方向的兩個(gè)保護(hù)信號(hào)環(huán)。當(dāng)通信環(huán)出現(xiàn)故障時(shí)，鄰近節(jié)點(diǎn)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(hù)后仍然是個(gè)雙環(huán)系統(tǒng)，可抗多點(diǎn)故障，但成本很高，切換時(shí)間長(zhǎng)。
　　在這類環(huán)中，如果利用時(shí)隙交換技術(shù)，將兩根同方向的工作光纖和保護(hù)光纖上的信號(hào)合在一根光纖上，各占一半時(shí)隙，四纖環(huán)可以簡(jiǎn)化為雙纖環(huán)，其結(jié)構(gòu)與雙纖單向通道保護(hù)環(huán)類似。該保護(hù)方式通過(guò)利用開(kāi)銷中的K1和K2字節(jié)監(jiān)測(cè)故障信息，并觸發(fā)環(huán)回保護(hù)切換。由于環(huán)回操作需要本端和遠(yuǎn)端共同控制，所以保護(hù)切換時(shí)間為環(huán)回切換時(shí)間加上信令處理時(shí)間，環(huán)回切換時(shí)間以10ms計(jì)，信令處理時(shí)間(環(huán)上最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為16)約為15．75ms／2，基本滿足<50ms的標(biāo)準(zhǔn)。雙纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)由于具有“時(shí)隙可以重復(fù)使用”的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于業(yè)務(wù)量分散的應(yīng)用場(chǎng)合，即環(huán)網(wǎng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，尤其是相鄰節(jié)點(diǎn)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(hù)環(huán)一方面具有“時(shí)隙可以重復(fù)使用”的優(yōu)點(diǎn)，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(jì)，還具有區(qū)段保護(hù)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(chǎng)合。復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)的基本容量單位為VC-4，一般適合大業(yè)務(wù)量場(chǎng)合。而通道保護(hù)可以提供VC-12、VC-3、VC一4等各種容量等級(jí)，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(hù)，雖然倒換時(shí)間較長(zhǎng)，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(gè)節(jié)點(diǎn)，則選擇通道保護(hù)，所提供的通道數(shù)接近于復(fù)用段共享保護(hù)，而且沒(méi)有K字節(jié)之間的通信，倒換時(shí)間短。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)、保護(hù)、負(fù)荷控制、調(diào)度自動(dòng)化等關(guān)系電力網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的運(yùn)行控制信息，現(xiàn)階段業(yè)務(wù)量主要發(fā)生在各節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)之間，業(yè)務(wù)集中并相對(duì)較小，對(duì)可靠性、穩(wěn)定性要求高，路由保護(hù)、時(shí)延要求高，大多屬于實(shí)時(shí)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(jiǎn)易性上考慮，電力光纖網(wǎng)中應(yīng)多采用通道保護(hù)環(huán)。為增強(qiáng)環(huán)網(wǎng)的生存性，建議節(jié)點(diǎn)采用兩套“1+O”設(shè)備的配置方法，通過(guò)光纖連接同時(shí)運(yùn)行的兩臺(tái)設(shè)備，再與環(huán)網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)相接，避免單臺(tái)設(shè)備故障破壞節(jié)點(diǎn)信號(hào)傳送，從而保障節(jié)點(diǎn)的生存。
　　3．2基于DXC的光纖網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與恢復(fù)技術(shù)
　　隨著電網(wǎng)的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)不斷增多，新增節(jié)點(diǎn)建設(shè)的時(shí)間和地點(diǎn)往往又無(wú)規(guī)律，這給環(huán)網(wǎng)組建帶來(lái)了不少困難。利用DXC設(shè)備組成網(wǎng)孔形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的保護(hù)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(hù)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(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)，利用內(nèi)部龐大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括涉及網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)、交叉連接矩陣表以及空閑容量的全部信息，對(duì)每一鏈路和通道分配優(yōu)先等級(jí)。當(dāng)鏈路失效后，故障信息經(jīng)其他路由報(bào)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(diǎn)的信息并計(jì)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(shí)送出控制命令給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，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(wú)需網(wǎng)管系統(tǒng)干預(yù)。
　　當(dāng)鏈路失效后，檢測(cè)到的故障源節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的要求空閑通道的消息，傳向所有節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)都報(bào)告它與相鄰節(jié)點(diǎn)間的可用空閑通道，直到搜尋到源節(jié)點(diǎn)與終節(jié)點(diǎn)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中可供分配的冗余容量可以被用來(lái)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(hù)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(gè)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(diǎn)后路由信息的重設(shè)置非常麻煩，容易出現(xiàn)人為的錯(cuò)誤。
　　所以，盡管可以通過(guò)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(hù)方法，構(gòu)成虛擬網(wǎng)狀網(wǎng)來(lái)彌補(bǔ)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(dòng)控制的能力不強(qiáng)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(guò)，隨著業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，環(huán)形網(wǎng)逐步演進(jìn)到網(wǎng)狀網(wǎng)是不可避免的趨勢(shì)，如今基于網(wǎng)狀網(wǎng)的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)智能自動(dòng)交換技術(shù)的研究正在如火如荼地進(jìn)行，毫無(wú)疑問(wèn)也將對(duì)網(wǎng)狀網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)起到推動(dòng)作用。
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　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(shí)時(shí)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(zhǎng)、安全性高和不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)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(jì)運(yùn)行依賴于具備強(qiáng)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(wèn)題尤為重要。