SDH 自愈功能仿真系统建模与开发.doc

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1、精品论文SDH 自愈功能仿真系统建模与开发朱文甫，亓峰（北京邮电大学网络管理国家重点实验室,北京 100876）5摘要：随着我国经济的迅速发展，电网建设在国民经济发展中越发突显出其地位和重要性， 伴随着电网结构的加强和规模日益扩大，作为电力系统安全运行和经营管理的重要手段，电力通信业得到了与其同步的发展。电网的安稳控制，继电保护，自动化 EMS、直流控制、 应急电路等业务都需要一个现代化的电力通信网的支撑。因此，如果可以通过仿真研究对电10力 SDH 通信网进行学习和研究，将对电网的安全生产、电力通信系统的研究和性能升级有 着重要的意义和价值。关键词：SDH；自愈模型；仿真；开发中图分类号：请

2、查阅中国图书馆分类法15SDH self-healing function simulation system modeling and developmentZHU Wenfu, QI Feng(State Key Laboratory of Network Management Research,Beijing University of Posts andTelecommunications,Beijing 100876)20Abstract: With the rapid development of Chinas economy, power grid construction is

3、 more and more highlights the status and importance in the national economic development. Along with the strengthening of the grid structure and the increasing size as an important means for the safe operation and management of the power system, power communications to synchronize. Secure control of

4、 the grid, the grid relay protection, automation of the EMS,DC control, emergency25circuits and other business needs the support of a modern electric power communication networkTherefore, if can through the simulation research on power SDH network study and research, it will be important sigificance

5、 adn valu to the safety of the power production, electric power communication system research and performance upgrade .Key words: SDH;self-healing model;simulation;development300引言SDH 自愈技术在电力通信网上具有重要的意义，是为了适应现代电网发展要求必不可 少的重要手段。因此，如果能够有效地利用仿真研究，对电力通信网自愈的过程和方法进行 学习和研究，通过可视化的方式直观地展现出来，并提供可靠的支撑数据，将对电网的安

6、全 生产、电力通信系统的研究和性能升级有着重要的意义和价值1。本文将 SDH 自愈技术与35仿真系统机理和模型研究相结合，对电力 SDH 通信网的自愈模型进行了系统科学的建模。 所谓自愈，就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，保障业务不会因为发生故障而被中断，使用户感觉不到网络已经发生故障2。自愈并不代表网络自身具有修复功能，对于具体失效元部件的修改和更换，仍需要人工干预才 能完成。自愈网的基本原理是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信，简而言之，自40愈网就是使得网络在出现故障的时候，受到该故障影响的业务能够通过其他路径到达目的 地，而不受网络故障的影

7、响3。由于电力通信网自愈能力具有如此可观的价值，因此如果能够有效地利用仿真研究，对基金项目：国家 863 高技术研究发展计划课题（2012AA050801） 作者简介：朱文甫(1988),男,硕士生,网络技术应用 通信联系人：亓峰(1971),男,教授,网络管理体系结构、网络管理系统分析. E-mail: qifeng- 2 -电力通信网自愈的过程和方法进行学习和研究，通过可视化的方式直观地展现出来，并提供可靠的支撑数据，将对电网的安全生产、电力通信系统的研究和性能升级有着重要的意义和45价值4。本文分析比较了当前几种自愈保护方式，并与仿真系统机理与模型研究工作有机结 合，对电力 SDH 通信

8、网的自愈模型进行科学系统的构建。1光纤自愈保护分析所谓自愈，就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带 的业务，保障业务不会因为发生故障而被中断，使用户感觉不到网络已经发生故障。自愈并50不代表网络自身具有修复功能，对于具体失效元部件的修改和更换，仍需要人工干预才能完 成。自愈网的基本原理是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信，简而言之，自愈网 就是使得网络在出现故障的时候，受到该故障影响的业务能够通过其他路径到达目的地，而 不受网络故障的影响。从网络角度上看来，SDH 层的保护方式分为两大类：路径保护、子 网连接保护5。SDH 网通过利用节点间预先分配的备用容量在

9、较短的时间内（50ms 内）来55完成对业务的保护。1.1 路径保护路径保护包括复用段共用保护环（二纤和四纤）、复用段专用保护环、线性复用段保护 倒换（MSP）和线性 VC 路径保护等几类保护结构。路径保护是复用段级别的保护，保护倒 换需要通过 STM-N 信号中的 K1、K2 字节承载的 APS 协议控制完成，保护环上节点不是无60限制的，而是根据 K1、K2 字节确定的，K1、K2 字节采用 4 字节编码方式，即环上最大节 点数为 16 个。1.1.1复用段共用保护环 复用段共用保护环又称双向复用段保护环。所谓双向，指的是由节点发送而进入到环内的业务信号按照一个方向传输（顺时针或逆时针），

10、而节点从环上接受的业务信号按照同一65路的相反方向进行传输。所谓共用就是指光缆切断或节点失效时，环的保护容量被环的多 个复用段共用，这使得正常条件下环的传输容量与业务携带能力大大提高。例如，对于二纤 双向复用段保护环而言，它由 S1/P2、S2/P1 两根光纤组成，将每个传输方向光纤的容量一 半分配给业务通道，另一半分配给保护通道。正常情况下，共用环的保护通道 P1、P2 可以 用来传输低优先级的额外业务，整个环的传输容量为：k/2*STM-N（k 为网络中节点个数），70例如当 k=8，N=16 时，环的传输容量为 8/2*16=64 个 VC4。1.1.2复用段专用保护环复用段专用保护环有

11、称单向复用段保护环。所谓单向，指的是节点从环上收发的业务在 环上按同一方向进行传输。不同于复用段共享保护环，专用保护环不进行时隙的复用，由主 纤(S1)和备纤（S2）组成，S1 上传输主用业务，P1 上传输备用业务，采用 1:1 保护方式进75行单向工作。由复用段专用保护环的工作原理可以看出，其容量利用率不高，正常情况下环 传输容量为 2*STM-N，发生保护倒换时为 1*STM-N,但特点是实现相对简单。1.1.3线性复用段保护倒换（MSP） 线性复用段保护可以是专用的保护也可以是共享的保护，它对复用段层进行保护，一个保护复用段可以保护多个工作复用段，线性复用段保护分为 1+1 方式和 1：

12、N 方式。1+1 制80式采用并发选收，工作通道和保护通道在发送端永久连接在一起，接收端根据信号质量，选择接收性能较好的信号，1+1 方式保护环的业务容量仅为 STM-N，与环的节点数无关，同一业务占用同一时隙绕整个环路传输；1：N 制式由一个保护通道和 N 个工作通道组成，保护 通道被 N 个工作通道共用，当多个工作通道同时发生故障时，将根据每个工作通道传送业务的优先级做判断，依次进行保护倒换操作。- 6 -8590951001051.1.4线性 VC 路径保护线性 VC 路径保护既可以使用专用保护路径的 1+1 方式，也可以使用 1:1 方式，但是后 者需要启动自动保护倒换（APS）协议。

13、线性 VC 路径保护最大的优点是可以适用于任何物理 结构，但这是一种专用的端到端的保护机制，不能对通道进行保护。由于线性 VC 路径保护 是专用的路径保护机制，所以其网元数没有限制。1.2子网连接保护（SNCP）子网连接保护指当工作子网连接失效或性能低于某一必要水平时，工作子网连接将由保 护子网连接所代替。SNCP 需要有两个专用通道，分别携带业务信号和保护信号，采用 1+1 保护方式，发送端和接收端永远桥接在一起，发送端业务在工作子网连接和保护子网连接两 条路径上同时发送，接收端通过对两条路径上业务信号进行比较，选择质量较好的一路进行 接收。SNCP 既可以保护端到端的业务又可以保护通道的一

14、部分，而通道保护是 SNCP 的一 种特例，仅仅可以对端到端的业务进行保护。2仿真数据模型2.1仿真动态数据生成由于传输网有静态冗余组网能力和动态倒换能力，改变网元间的链路连接关系从而导致 网络拓扑发生改变的情况下，设备之间的关联关系也要发生相关的变化。这种拓扑变化不仅 带来不同网元之间行为的相互影响，而且影响单条电路可靠性和全网的健康度。图 1 动态数据生成在自愈仿真模拟系统中，静态数据是由数据库来生成与管理的，主要包括站点的综合数 据，设备的参数数据，仿真场景数据，自愈过程参数数据等；不同于静态数据，动态数据是 指系统在运行过程中生成的对网络实体变化状态描述的数据，在自愈仿真系统中，服务器

15、席 位通过仿真模型计算将输入的网络实体参数与环境状态参数进行计算，得到网络实体当前的 状态数据，并同步更新整个网络状态。通过前面的分析，我们根据仿真时间循环方法将仿真系统的动态特征用仿真管理模型、110115120仿真计算模型、客户表达模型来表示，将它们构成一个仿真事件的循环。其中，仿真计算模型是仿真系统动态特征仿真成败的关键，仿真模型首先接受初始化数据，在初始化完成后， 通过用户命令与计算参数，应用仿真计算得到网络实体的当前状态数据。2.2仿真计算模型仿真计算模型的功能是对实时网络拓扑状态进行计算，还需要响应来自用户的控制命令 以及数据请求以作出相应的处理。为了保障模块功能清晰，我们采用分层

16、的方法，将仿真计 算模块分为命令解释层与计算核心层，命令解释层对接收到的控制命令进行处理和解释并将 其传送给计算核心层，再由计算核心层输出动态网络的当前状态，从而完成仿真计算模块的 功能。图 2 计算模型1252.3可恢复性的量化计算定义自治域 ASi 中原子节点 N 的恢复时间需求为 recovTi，从故障情景 Fi 开始到该原子 节点完全恢复或者测试结束之间的时间为 TrueTi，fi 为 Fi 的危害权值，在这段时间内，该节 点的恢复程度为 p_recovi,该值定义为该节点能实时完成的用户的请求占所有请求的百分 比。没有受到影响的节点，恢复时间和回复率均为 0.原子节点 N 的可恢复性

17、为需求恢复时间，实际恢复时间，恢复程度以及对应的故障情景权值函数计算Re_ Ni = fi p _ re c ovi (re c ovTiTrueT) 。对自治域中的所有原子节点的可i i恢复性进行加权求和，得到自治域 AS 的可恢复性 Re_ ASi = i Re_ Ni ai 。综合所有自治域(的可恢复性得到网络的可恢复性为： Re cov = i Re_ ASi si ) 。1303自愈仿真模型开发和测试仿真即用另一数据处理系统，主要是用硬件来全部或者部分地模拟某一处理系统，以至 于模仿的系统能像被模仿系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。随 着 SDH 技术在传送网中

18、的广泛应用、市场规模的不断扩大和对 SDH 传送网的安全性要求的 增加，网络设备和网络运行管理方式的多样化，给电力 SDH 传送网的日常运行维护和网络135140145150拓展带来一定难度。为了降低运营规划成本，解决运行网络运行管理过程中出现的问题，提高通信网络的安全性、生存性并不断提升网络运维人员的技术水平，网络仿真成为了一种重 要手段。网络仿真技术为设备研制、网络规划、网络优化分析、规划设计提供了可靠的客观 依据，并减少了成本，更是为人员培训提供了趋于真实的环境。3.1建模范围从网络功能结构上：以 SDH 传输网的信息建模为主，但体系上应覆盖其他传输网技术。 从网络物理结构上：以电力通信

19、网的主网仿真建模为主，暂不涉及配电网和用电部分。 从粒度上：以业务、网络、传输系统、设备的信息建模为主，暂不涉及元器件的信息建模。从建模层次上：分别对传输网的资源模型、行为模型、算法模型、分析模型、激励模型 和可视化模型的信息建模进行研究和探讨。3.2自愈系统测试在电路视图中，建立仿真网络，设置业务通信端点并对其设置保护，如图 3 所示,正常 情况下网元 1 和网元 7 通过工作纤 link1 传送业务信号，保护纤 link2 作为备用线路。图 3 系统测试图 1当 link1 发生故障时，如图 4 所示，接收端发现工作纤业务信号丢失，按照信号选收的 原则，倒换开关由工作纤转到保护纤，开始接收

20、保护纤上的信号，从而使得业务仍然得以维 持。155160165170图 4 系统测试图 2从显示信息来看，仿真网络显示了网络故障时保护电路的过程，并且对于少于 10 个网 元的网络中，计算时间不超过 2 秒，因此我们得出结论该方案是可行的。4结束语SDH 光纤通信网络是电网控制、保护、数据、话音等各类业务的传输平台，网络的安全 性、可靠性和传输延时必须满足电网各类信息传输的要求。SDH 通信网自愈仿真系统是对 SDH 通信网自愈过程的再现系统，从多个角度清晰演示自愈的过程，以便于对 SDH 通信网的自愈 进行学习和研究，对电网的安全生产、电力通信系统的研究和性能升级有着重要的意义和价 值。参考文献 (References)1 周文华.SDH 网络故障恢复的自动路由计算的研究.武汉：华中科技大学,2009.2 吕桌琼.SDH 传输系统通道保护与复用段保护的研究.北京：华北电力大学,2008.3 冯力娜.基于粗糙集的电力通信网及电力信息安全分析D.河北：华北电力大学，2009 4 陈亮.SDH 与 PDH 优势与缺陷分析J.现代商贸工业,2010,22(15)：328-3295 甄丽霞.亳州电力通信网综合监控系统的建设与应用J.安徽电气工程职业技术学院学报,2010,15(3)：89-93.