基于光路的電力通信網風險預測及評估方法研究

鄭啟薇，黃俊樺，張 涵，陳 卓，孟 平

（國家電網有限公司信息通信分公司，北京 100761）

0 引 言

電力通信網作為電力系統的重要組成部分，為電力系統中的電網調度、自動化、繼電保護、安全自動控制、電力市場交易以及企業信息化提供了信息傳輸通道。一旦發生電力通信網安全事件，將直接影響到電力通信系統的服務質量與電網的安全穩定運行。因此，為確保電力通信網的安全、可靠、穩定以及高效運行，開展電力通信網的安全風險預測及評估具有重要意義[1]。

近年來，電力通信網的安全風險預測及評估在評估系統模型分析、評估指標體系構建以及評估算法理論研究等方面的成果較為顯著。文獻[2]基于通信網業務鏈提出了一種鏈路貢獻值模型，并基于業務鏈路重要度建立更為全面有效的可靠性評估模型。文獻[3]基于電力通信網存在的安全風險因素，構建并優化安全風險指標體系，形成層次化結構分明的指標系統。文獻[4]提出了一種基于系統安全工程能力成熟模型，集合模擬模糊綜合評判法對電力通信系統安全風險度進行計算。文獻[5]根據電力通信網絡風險評估的多層次、多指標且指標間具有深度相關性、耦合性的特點，利用模糊測度和模糊積分法對風險進行綜合評估。

由于光路是傳遞、承載業務信息的基礎資源，光路中斷會直接影響電力通信網的穩定運行，因此本文提出了一種基于光路的風險預測及評估方法。通過對電力通信網光路相關資源、業務、告警以及性能數據進行多維度分析，并結合評分機制及風險等級判定規則評估光路潛在風險，最后在可視化平臺上展示光路拓撲圖、預測列表及風險預測詳情。

1 基礎模型

電力通信網是一個綜合了傳輸網、交換網、數據網以及管理網等多種業務子網的復雜網絡系統，各業務子網依賴于電力傳輸網，其核心部分則是SDH光傳輸網。因此，基于SDH光傳輸網中光路資源，對電力通信網安全風險進行預測和評估。由此確定了評估對象的基礎模型，即構成SDH光路的設備及連接設備的光纜段。如圖1所示，兩臺設備的光端口間通過光纜兩根纖芯一收一發成對組成一條完整光路進行連接。通過建立基礎資源模型、完善基礎數據，標識清楚設備端口與光路的關聯關系以及光路與光纜纖芯的對應關系，為光路風險預測提供基礎的數據支撐。

圖1 SDH光路基礎模型

2 風險預測及評估方法

基于SDH光路基礎模型，從設備光纜等基礎資源、光路資源可用率、業務重載情況、歷史告警以及光功率性能5個方面進行風險預測分析。通過設定權重值及風險系數等參數來評估相應的風險指數，其范圍值為[0,1]，因此可得到5個維度的風險指數值，即基礎資源風險指數、可用度風險指數、業務重載風險指數、基于歷史告警風險指數以及基于光口性能風險指數，如圖2所示。將這5個維度的風險指數值求和，即可得到該SDH光路的總風險指數值。

圖2 光路風險指數

根據光路的總風險指數值將光路潛在風險劃分為4個等級，即一級風險、二級風險、三級風險以及四級風險，分別對應緊急、重要、警告以及正常4種狀態，如表1所示。運維人員根據光路狀態及各項風險指數值，決定處置的時效性及處置方式，其中處置方式包括光路疏導、業務疏導、設備檢修以及光纜檢修等。

表1 總風險指數等級及狀態劃分

3 風險指數分析

3.1 基礎資源風險指數分析

光路基礎資源的風險是衡量其業務承載能力的重要標尺。對于風險指數較低的光路，承載重要生產業務通道時，其業務的安全運行水平相對較高，且業務方式安排也較合理。通過對承載光路的設備、光纜等基礎資源進行綜合分析，最終得出基礎資源風險指數。

（1）設備風險指數。對影響設備風險指數的主要因素進行分類，包括運行站點的電壓等級、運行年限以及電源情況等，如表2所示。

表2 設備風險指數各影響因素權重及風險系數

通過設定風險指數系數和權重，可得到設備風險指數為：

（2）光纜風險指數。對影響光纜風險指數的主要因素進行分類，包括電壓等級、運行年限、光纜類型等，如表3所示。

表3 光纜風險指數各影響因素權重及風險系數

通過設定風險指數系數和權重，可得到光纜風險指數為：

（3）結合光路的基礎模型及基礎資源數據，可計算出一段SDH光路兩端設備的風險指數、以及第段光纜的風險系數。因此對于一段SDH光路，其基礎資源風險指數為：

3.2 可用度風險指數

光路的資源占用率過高，會導致網絡的可擴展性較差，且承載業務的應急迂回難度較大。因此評估光路的可用度風險是分析光路風險隱患的重要指標之一，可從光纜纖芯不可用率和光口帶寬占用率兩方面來評估光路的可用度風險指數。

（1）光纜纖芯不可用率。即不可用纖芯數量與總纖芯數量的比值：

其中，不可用纖芯數量包括已使用纖芯數量、故障空余纖芯數量。根據光纜纖芯不可用率來制定風險分析規則，設定纖芯可用度風險指數，如表4所示。

表4 光纜纖芯不可用率及風險系數

（2）光口帶寬占用率。即已占用時隙帶寬與總帶寬的比值：

其中，VC4、VC3、VC12表示SDH中不同帶寬的虛容器（Virtual Container，VC）。SDH的交叉則是基于VC的交叉，最小顆粒為VC12。根據光口帶寬占用率制定風險分析規則，設定的風險系數即可得到帶寬可用度風險指數，如表5所示。

表5 光口帶寬占用率及風險系數

（3）結合光路的基礎模型及基礎資源數據，可計算出一段SDH光路的光口帶寬可用度風險指數和第n段光纜的纖芯可用度風險指數。對于一段SDH光路，其可用度風險指數為：

3.3 業務重載風險指數

光路的業務重載風險指數反映此光路由于集中承載了繼電保護、安全自動裝置等重要生產業務通道而導致引發等級事件的緊迫程度。根據承載的重要生產業務數量來制定風險規則，設定的風險系數即業務重載風險指數，如表6所示。

表6 重要業務承載數量及風險系數

3.4 基于歷史告警風險指數

歷史告警為已經發生的告警，通過分析總結各廠家傳輸設備與光路相關告警名稱，將其中反應光路中斷的告警名稱做標識，如華為SDH的R_LOS與R_LOF、中興SDH的信號丟失（LOS）與RS_LOF、烽火SDH的LOS與LOF以及上海貝爾的Loss Of Signal與LOF告警等，形成歷史告警統計單。基于該歷史告警表，從同一類告警發生次數和該段光路發生告警次數兩個維度分別統計，來評估該段光路的風險指數。

3.4.1 同一類告警發生次數統計

獲取光路兩端設備的廠家、設備型號、板卡型號，統計歷史告警表中1年內同廠家、同設備型號以及同板卡型號的光路相關告警數量。根據1年內告警發生頻次來設定風險系數，即同類告警發生風險指數，如表7所示。

表7 同一類告警發生頻次及風險系數

3.4.2 該段光路發生告警次數統計

統計歷史告警表中1年內光路兩端設備相關告警數量，并根據告警發生頻次來設定風險系數，即該光路告警發生風險指數，如表8所示。

表8 該段光路發生告警頻次及風險系數

結合以上兩個告警統計及相應的風險指數值，可以得出該段光路基于歷史告警的風險指數Ka，即：

3.5 基于光口性能風險指數

通過北向CORBA接口采集光路兩端光口的15 min平均發光功率和收光功率，于每日0點開始采集任務，每2 h采集一次。設定設備A的發光功率為Pta、收光功率Pra，設備Z的發光功率為Ptz、收光功率Prz，可從光路的收光功率與門限值對比、收發纖芯的衰耗差值兩個維度來分析光口性能風險指數。

3.5.1 光路的收光功率與門限值對比分析

根據廠家標準制定光口光功率預警門限，結合光路承載的業務類型來制定風險規則，設定的風險系數即光口收光功率風險指數，如表9所示。

表9 光口收光功率與門限下限差絕對值及風險系數

取兩端設備光口的收光功率最大風險指數，即可到該光路的光功率風險指數為：

3.5.2 收發纖芯的衰耗差值分析

光纜纖芯衰耗值為光口性能數據中端口的發光功率減去對端光口的收光功率，體現了光信號在傳輸的衰弱程度，衰耗越大，接收到的光信號越差。結合光路基礎模型，設定光路收發纖芯衰耗差值為，即光路A-Z與Z-A衰耗差的絕對值：

結合光路承載的業務類型來制定風險規則，設定的風險系數即衰耗差風險指數，如表10所示。

表10 光路收發纖芯衰耗差值及風險系數

結合上述光口光功率及光路衰耗差值分析，可得到基于光口性能的風險指數，即：

4 可視化平臺展示

結合以上分析，可得出SDH光路的總風險指數值，即：

基于基礎模型以及北向CORBA接口采集專業網管配置、告警、性能等基礎數據，搭建綜合網管平臺，對光路風險拓撲、光路風險預測列表以及光路風險預測詳情進行可視化展示。

圖3為光路風險拓撲圖展示，4種光路狀態采用不同形狀的線條進行區分，可直觀判斷出光路風險指數較高的光路段。當光標移至某光路段時，可展示出該段光路的風險指數分析。也可通過預測列表的形式展示出所有光路的總風險指數值及風險指數分析，如圖4所示。

圖3 光路風險拓撲展示

為了便于運維人員有針對性地做出應急預案，平臺相應展示出了光路風險預測詳情，如圖5所示。結合該段光路中存在的風險隱患以及5個維度風險指數分析的當前狀態列表，給出相應的處置建議。

圖 4 光路風險預測列表

圖 5 光路風險預測詳情

5 結 論

本文基于電力通信網中SDH光路的基礎資源、資源可用率、業務重載、歷史告警及性能數據等進行多維分析，通過設定權重、風險系數及風險規則等，計算出光路的總風險指數。最后在可視化平臺中展示光路的風險指數值及預測詳細等信息，便于運維人員實時掌握光路可能存在的風險隱患，及時有效地制定應急措施及預案，確保電力通信網安全可靠的穩定運行。