OTN技術在電力通信網業務路由優化中的應用

李剛

【摘? 要】電力OTN屬于靜態網絡，網絡中的業務在建立后數據流基本保持不變，網絡業務運行風險由傳統的突發性擁塞轉變為業務在傳輸鏈路上的過度集中分布。

【關鍵詞】OTN技術;電力通信網業務;路由優化;應用

1OTN技術的內容及其優勢

OTN的意思是光傳送網，該新式網絡傳送是把G-798、G-709、G-872ITU—T建設所規范的光、數字等傳送架構構成。同時在添加了管控平面、G-709接口、ROADM、OTH等內容，在傳統的通信中，密集波分復用（WDM）和同步數字體系（SDH）是最為重要的技術，如果在WDM和SDH的技術基礎上再引入光傳送體系和可重構光分插復用器和G-709接口就可以形成現在應用廣泛的OTN技術。它在充分繼承SDH和WDM傳統的技術優勢時，又能夠較好的解決組網及網絡保護水平較差、WDM沒有波長或子波長調度作用較弱等問題。它的傳輸方式可以使信息的傳輸效率大大提高，目前對于OTN的研究已得到了較好的成績，若該技術在我國大量使用，就會因為其良好的民眾基礎使其有更高的可行性，并對我國的移動通信發展起到積極的作用，使其業務能力更強、安全性更高，從而促進企業的可持續發展。OTN技術的主要優勢：（1）多種客戶信號封裝與透明傳輸。給予ITU-TG.709的OTN幀結構能夠進行各類客戶信號的透明傳輸以及映射，例如以太網、ATM以及SDH等。其中ATM與SDH基本實現了透明傳送與標準封裝;而以太網在傳輸不同速率通信信息的時候差異比較顯著。ITU-TG.sup43能夠對10GE業務進行補充，從而實現了不同程度的透明傳輸。而接入網業務吉比特無源光網絡、專網業務光纖通道、100GE以太網、40GE以太網以及常規GE以太網等，這些在OTN幀結構中標準化的映射方式亟待深入研究。（2）大顆粒的寬帶復用、配置以及交叉。OTN定義的電層寬帶顆粒主要是通路數據單元，簡單來說就是ODU3（40Gb/s）、ODU2（10Gb/s）、ODU1（2.5Gb/s）以及ODU0（GE，1000M/s），波長就是光層的寬帶顆粒，與SDH的VC-12/VC-4的調度顆粒相比，OTN復用、配置以及交叉的寬帶顆粒要更大;因此，可以切實提升高寬帶數據客戶業務的傳輸效率、質量以及適配能力。

2OTN技術在電力通信網業務路由優化中的應用

2.1OTN技術的應用方式

傳統電力通信網常用的光傳輸技術主要為SDH和WDM。SDH網絡通常處理的是2.5Gbit/s以下小顆粒業務的調度交換和保護，但隨著業務容量需求越來越大，OTN技術已經可以支持1Gbit/s顆粒業務的調度交換和保護，將SDH作為OTN的服務客戶，能解決目前SDH帶寬小、適配和效率等方面的不足。OTN還通過靈活的物理和邏輯接口、光電層交叉技術，豐富了WDM網絡的組網能力，提高了網絡的管理和監測能力，實現了業務的靈活傳輸調度，確保了通信網絡的高可靠性和安全性。目前OTN技術在電力通信網應用過程中以分層原則為主，OTN設備將信息的匯集分為了骨干層、匯聚層和接入層，每一層都基于OTN技術，將信息有序匯集并傳輸到上一級通信網絡中。根據實際傳輸容量需要，省公司、地市局和省500kV變電站作為重要節點均需要配置OTN設備，確保下級數據的匯聚以及同級網絡間的業務交叉傳輸，其中將部分變電站作為OLA，可以提高信號傳輸可靠性。骨干層組網過程中，通常選用較為可靠的網絡型組網方式，這有利于提高光纖資源的有效利用率，使業務光方向更加的豐富，大大提高了網絡調度和維護的靈活性。

2.2電力通信網業務路由要求

由于地理位置和電力需求的存在這個很大的不同，對于電力通信的基本要求也是不一致的，這也意味著電力通信服務的性能以及相關要求也是存在著一定的差異的，這也表示業務路由優化設計的基本算法是不同的。其中繼電保護操作以及相關的服務管理基本要求是不相同的，同時繼電器保護服務的主要作用為遠程傳輸電力輸送，這也是電力系統正常運行與管理的主要基礎，若要使電力系統的平穩運行得到保證，使傳輸信道的可靠性得到提高，并保證誤碼率以及傳輸延遲減小。業務管理信息化特征突出，主要協調電力企業管理組織的內部工作，該服務對路由操作有更嚴格的要求，關于延遲要求跟高，對于錯誤率的要求也比較高，如果使用相同的方法來分配路由，為了確保業務質量，需要選擇更完整的業務路由，那么服務將占用更多優質資源，如果可以為兩個業務分配配置性能一般的業務路由，則無法保證業務安全性，如果路由目標相同且使用相同的分配方法，則路由應用程序無法滿足業務需求，在電力通信網絡路由計算過程中，有必要根據每項業務的具體要求為業績指標分配不同的傳輸路由。

2.3網絡模型

為了抽象面向可靠性的電力OTN的路由優化問題，首先定義電力光傳輸網拓撲為無向帶權圖G（V，E），其中V={v1，v2，...vn}為網絡中節點集合，E={e1，e2，...，em}為網絡中的無向邊集合，ek表示網絡中第k條邊。圖中任意一條連接節點vi和vj的邊eij上定義了一個二元組（P，L），Pe表示鏈路風險度（即光纖鏈路的失效概率），Le表示鏈路的長度，根據鏈路的長度，可以相應地計算該光纖段的傳輸時延和信號功率衰減。然后定義網絡中的業務請求集合為S={S1，S2，...，SM），對于每一個業務請求Sk（k=1，2...M）定義了一個四元組（VsVdTsQ），分別表示該業務請求的起始節點、終止節點、時延約束和光信噪比約束。構造上述網絡模型的目的是根據電力OTN業務請求，獲取一個滿足該業務請求的路徑集合，保證業務路由可用的同時滿足該業務的QoS約束。

2.4算法基本流程

本文提出一種面向可靠性的電力OTN路由優化算法，該算法以遺傳算法的原理為基礎，在種群進化過程中融合模擬退火和小生境演化思想。算法主要步驟概括如下：步驟1：參數初始化。初始化待優化的業務請求集合，設置算法最大迭代次數（即終止條件）、個體適應度函數f（x）及相關計算因子、模擬退火機制中的初始溫度T0和和降溫因子Δ。步驟2：樣本空間初始化。通過某種路由求解策略隨機生成初代種群并計算其適應度。根據適應度大小對初代種群進行排序，按照f（x）梯度將初代種群劃分為N個子集合（即小生境數量為N）。對各子集合中適應度最大的個體xk（k=1，2，…，N）進行標記。步驟3：當代種群中，適應度最大的個體xk直接進入下一代候選種群，對小生境中其余個體進行選擇、交叉及變異等一系列標準遺傳操作，生成下一代候選種群。需要注意的是，小生境意味著種群隔離，不同小生境中種群的處理過程相互獨立，互不影響。步驟4：在各小生境的下一代候選種群中，選取適應度最優個體進入模擬退火流程：對個體xk（k=1，2，…，N）產生隨機擾動Δx（類似遺傳算法變異過程），生成新的個體xk，計算兩個個體之間適應度函數的差值Δf=f（xk）-f（xk-1）。當Δf≤0時，接受個體xk，即對其予以保留;當Δf>0時，令接受概率為式（1）。

產生在[0，1]區間上均勻分布的偽隨機數r，若P（Δf）≥r，則用新生成個體xk替換個體xk-1，否則仍然接受個體xk并對其予以保留。步驟5：重新評價適應度函數，從各小生境候選種群中選取最優個體形成新一代種群，并取各小生境中適應度最大的個體xk（k=1，2，…，N）進行標記。步驟6：若迭代次數達到最高限制，則滿足終止條件算法結束，輸出目標結果;否則更新退火溫度T=ΔT，迭代次數加1，跳轉到步驟3。

參考文獻：

[1]連亦承.基于OSNR的電力OTN網絡業務路由優化方法[D].北京郵電大學，2018.

（作者單位：內蒙古電力（集團）有限責任公司呼和浩特供電局信息通信處）