電力通信網絡中SDH設備的冗余設計研究

中圖分類號：TM73 文獻標志碼：A

文章編碼：1672-7274（2025）04-0016-03

Abstract：SDHequipment is thecore of electric power communication networksand is responsible for efficiently andreliablytransmitingalarge amountofdata.Inviewof the importanceofcommunicationandthe requirements for stability，this paper discusses the redundancy design methods for SDH equipment， including protection ring design. network topologyredundancyconfigurationand protection switching technology，aiming toimprove thereliabilityand fault tolerance of the system. The effectiveness of the design has been verified through testing.

Keywords： electric power communication network; SDH equipment; redundancy design

0 引言

在當代電力通信網絡的設計與維護中，同步數字系列（SDH）設備的冗余設計策略顯得尤為重要。這一策略不僅是提高網絡可靠性的基礎，也是確保數據傳輸不被中斷的關鍵。在傳統的SDH網絡配置中，由于物理線路的局限性及設備本身的故障概率，網絡的穩定性和數據完整性常常面臨嚴峻挑戰。冗余設計作為一種有效的解決方案，通過設置備份系統和雙路傳輸路徑，極大增強了網絡在面對硬件故障、軟件缺陷或外部干擾時的韌性。

據傳輸，極大提高了網絡的傳輸效率和帶寬管理能力。SDH具有多層次的信號分層結構，使其能夠在物理層上進行靈活的網絡設計和擴展[1]。這種結構的層次性允許電力通信網絡在不同的操作層級進行數據連接和信號管理，提高了網絡的可管理性和可維護性。SDH技術通過采用光纖通道交叉連接（OXC）和數字交叉連接（DXC）配置，有效實現了網絡的動態管理和靈活配置，這對于提高網絡對故障的忍耐能力及進行實時的負載平衡具有重要作用。

1.2在電力通信網絡中的應用

SDH設備的冗余設計基礎

1.1SDH技術的基本原理

同步數字系列（SDH）技術是一種高度標準化的光纖傳輸技術，廣泛應用于電力通信網絡中，以其卓越的數據傳輸速率和帶寬利用率為網絡提供可靠的基礎架構。SDH技術的核心在于其使用同步復用框架（STM）來傳輸數據，允許不同來源的數據流在單一光纖網絡上通過添加或刪除信號的方式靈活傳輸。此技術支持從51.84Mbps ～2.5 Gbps及更高速率的數

在電力通信網絡中，同步數字系列（SDH）技術的應用主要體現在其提供高效率、高可靠性的數據傳輸和通信服務上。電力行業的通信網絡需保證不僅在正常運行時，而且在多種潛在故障狀態下也能維持關鍵操作的連續性，因此冗余設計在SDH設備的部署中發揮著至關重要的作用。通過配置雙環保護或全網冗余，SDH網絡能夠在主通道出現故障時，自動切換到備用通道，極大地減少了系統停機時間和數據丟失的風險。電力通信網絡的主要應用包括遙控、遙測和故障檢測等，該應用對網絡的實時性、可靠性和安全性提出了高標準的要求。SDH設備通過其冗余設計，不僅保證了要求的滿足，還提高了整個網絡的管理效率和故障響應速度。表1展示了SDH設備在電力通信網絡中應用的基本配置及其功能，反映了冗余設計對提高網絡可靠性的直接貢獻。

表1概述了SDH技術在電力通信網絡中的應用范圍及其冗余設計的關鍵作用，說明了如何通過不同的配置滿足特定的網絡需求，從而保證通信的連續性和數據的完整性[2]。通過這種方式，SDH設備的冗余設計不僅提升了電力通信網絡的操作靈活性和系統的可靠性，也為電力系統的穩定運行提供了堅實的技術支持。

2 電力通信網絡中SDH設備的常見冗余設計

2.1保護環設計

保護環設計是電力通信網絡中實施SDH設備冗余設計的一種核心策略，其基本原理是構建一個或多個預設的保護環路，以保障關鍵數據傳輸的連續性和網絡的高可用性。在SDH網絡中保護環設計通常采用雙環結構，包括主環和備用環，這種配置使得數據在主環出現故障時能夠無縫切換到備用環，從而實現服務的不間斷。保護環設計利用了自動保護切換（APS）機制，當檢測到網絡在一條鏈路上的信號衰減或中斷時，APS機制能夠自動激活備用路徑，確保數據傳輸的完整性和通信的可靠性。SDH系統中的保護環設計依賴于精細的網絡拓撲規劃和先進的信號管理技術[3]。通過使用子網絡連接保護（SNCP）和雙環交叉連接（DXC）技術，SDH設備能夠在毫秒級別完成保護環切換，最大程度減少了數據丟失和通信中斷的風險。為了提升網絡的擴展性和靈活性，現代SDH系統還支持動態多環保護配置，允許網絡管理員根據實際流量和服務需求動態調整保護環的設置。這種動態配置能夠優化網絡資源的利用，同時提高網絡對復雜故障情境的適應能力。

2.2網絡拓撲冗余設計

網絡拓撲冗余設計在SDH設備的冗余配置中扮演著核心角色，其主要目的是通過構建多路徑數據傳輸系統來增強電力通信網絡的可靠性和故障容忍能力。

此設計策略關注創建多個數據傳輸路由，以便在主要通信鏈路發生故障時，能夠迅速切換至備用路由，確保通信不中斷。在實施網絡拓撲冗余設計時，考慮因素包括鏈路的物理多樣性、地理多樣性以及路徑的多樣性。物理多樣性確保數據傳輸路徑在物理層面上互不重疊；地理多樣性則通過跨越不同地理區域的鏈路布局來防止區域性故障對整個網絡的影響，路徑多樣性則通過軟件定義網絡（SDN）技術動態優化數據流，增強網絡適應性和響應速度。表2概述了網絡拓撲冗余設計的關鍵方面以及各方面在SDH網絡中的實施效果，體現了冗余設計對電力通信網絡可靠性的提升[4]。

這種設計不僅提升了網絡的彈性，還通過動態路徑選擇和故障恢復機制，顯著增強了網絡在面對意外中斷時的自我修復能力。網絡拓撲的冗余設計充分利用SDH的高帶寬和低延遲特性，通過精確的網絡規劃和高效的資源配置，確保電力通信網絡即便在極端條件下也能保持高效和穩定的運行性能。這種高度的網絡冗余配置對于電力系統的穩定運營至關重要，因為任何通信中斷都可能導致廣泛的服務中斷和經濟損失[]。

2.3保護切換技術

保護切換技術在同步數字系列（SDH）網絡中的冗余設計中扮演著重要角色，主要目的是確保在網絡組件發生故障時能迅速、無縫地轉移數據流至預設的應用系統。此技術依賴于自動保護切換（APS）機制，它允許數據在主傳輸路徑出現問題時，自動切換到冗余路徑，從而保持服務的連續性和網絡的高可用性。APS的工作原理可以通過以下公式表示：

式中， T_sw 是切換時間； L 是數據包長度； c 是鏈路容量。式（1）揭示了數據包長度和鏈路容量對保護切換時間的影響，強調了高容量鏈路在減少切換延遲中的重要性。

在SDH網絡中實現保護切換的效率還可以通過網絡恢復時間 （R_t） 的計算來評估，該時間是網絡從故障狀態恢復到正常運行狀態所需的總時間，計算公式為

R_t=T_det+T_sw

式中， T_det 是故障檢測時間。式（2）突出了快速故障檢測和切換技術在縮短網絡恢復時間中的重要作用，同時也反映了網絡設計中對于故障檢測算法和切換機制的優化需求。

在SDH網絡保護切換技術應用中，采用多種切換方案，如 1+1 保護、1保護和復用段保護（MSP），每種方案針對不同的網絡需求和故障類型提供特定的解決策略。該技術的應用不僅提高了網絡的故障恢復能力，還優化了資源利用率，保證了數據傳輸的高可靠性和效率。因此，保護切換技術的精確應用是提升電力通信網絡穩定性和安全性的關鍵，它直接影響網絡運營商的服務質量和用戶體驗。通過持續的技術創新和系統優化，可以進一步強化SDH網絡在面對不斷增長的數據流和日益復雜的網絡環境時的表現。

3 技術測試

在SDH網絡保護切換技術測試中，所有數據均用于單次實驗的性能測試，共進行了5次獨立測試。這5組測試數據沒有特別進行分組處理，因為每次測試都是獨立模擬一種特定的網絡故障場景，旨在評估在類似條件下系統的響應能力。此方法確保每個測試案例都可以獨立評估，從而更準確地反映出保護切換技術在不同故障情形下的表現。測試指標主要包括故障檢測時間（ ?T_det） 、切換時間 （T_sw） 和網絡恢復時間 （R_t） 。故障檢測時間（ T_det ）是系統從故障發生到系統檢測到故障的時間；切換時間（ （T_sw ）是從系統決定需要切換到實際完成切換的時間；網絡恢復時間 （R_t） 是總的恢復時間，包括故障檢測和切換所需的總時長。這些指標合起來評估SDH系統在遇到故障時的快速響應能力和整體的網絡穩定性，表3是對應五次測試的結果。

從測試結果可以看出，所有測試中網絡恢復時間（R_t） 都保持在 0.66～0.68 秒之間，顯示了SDH系統在采用了保護切換技術后，能夠在極短的時間內恢復正常運作。故障檢測時間和切換時間的輕微變化表明系統在不同測試中的一致性和可靠性。結果強調了SDH設備在電力通信網絡中對于保護切換技術配置的高效性，以及該技術在確保網絡穩定和減少數據丟失方面的關鍵作用。

1 結束語

SDH設備的冗余設計不僅是電力通信網絡穩定運行的技術保障，也是提升網絡應對多變故障環境能力的有效手段。通過對高級冗余技術的深入研究和應用，可以顯著提升電力通信網絡的操作靈活性、可靠性和安全性。此外，冗余設計的持續優化和創新，對于滿足現代電力系統對高效、低成本和高可靠性通信網絡的需求至關重要。因此，本文重點探討了電力通信網絡中SDH設備冗余設計的最新技術和實施策略，以期為行業內的技術進步和網絡優化提供理論支持和實際指導。

參考文獻

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