摘要：为实现电力光纤迂回通道的快速建立，保障电力通信光缆网络可靠性，研发一套包含实时光路监测单元、智能光路切换单元和智能光配线单元的智能光路切换系统及其网管软件。通过测试结果表明，该系统可根据预置策略实现：“多条备份路由”针对“单业务”、“多条备份路由”针对“多业务”共享保护，实现全过程无缝自动切换，保障业务路由正常运营。
关键词：智能光路切换；资源管控；集成光纤运维平台
1、智能光路切换系统改造背景
光纤网络已经成为电力系统正常运行的重要支撑体系，是包括话音、自动化远动、MIS管理、自动化监控、视频会议、继电保护、雷电观测、工业监视、ATM交换及程控交换等各类涉及电力调度、电网安全、生产经营和现代化管理的信息交换枢纽，具有非常重要的战略地位。日常资料清理、巡检、光纤发生故障时需网管第一时间进行自动切换。因此，研制一套快速、高效、可靠的智能光路切换系统具有非常重要的现实意义。
在有关文献报道中，文献【1】介绍了智能光分配网络总体技术要求，文献【2】介绍了光线路运维在广西移动传输网的探索和实现，文献【3】介绍了光纤维护技术在电力行业应用。但智能光路切换技术在电力通信中的应用和研究却较少，智能光路切换系统在生产实际中能够起到非常重要的高效运维作用。本文以广西某市电网光路切换系统为例，对智能光路切换系统在电力通信中的应用进行了探索。
2、智能光路切换系统设计与实现
智能光路切换系统需要充分考虑智能光切换的实际需求功能，保证可以实现身份认证功能、光路实时监测功能、光路自动+手动切换功能、光纤网络运行故障告警功能、资源信息灵活配置、远端资源在线可视功能、多种策略自动生成光路由等多重功能，并且需要考虑数据协议的格式，可以和通信系统管控中心进行完美融合，为今后智能化管理提供有力基础。
2.1 智能光路切换单元性能、可靠性设计和实现
智能光路切换单元的性能主要利用全光开关器件并结合实际需求自主设计的模块，实现小于1秒的快速切换，同时需要保证切换光路的稳定性，确保切换控制的稳定性和准确性，进而保证整个关键光路运行的安全性。
光路自动切换的技术原理是系统自动监测光纤的光功率，当光纤线路传输光功率低于某个设定值时，系统自动将通信信号切换到备用光纤，从而避免光纤故障引起通信业务中断。因此，本系统适合端到端的光纤线路保护。
光纤自动切换保护是在OSI传输层的保护，实现光纤监测和切换，不影响传输设备工作。这种技术有以下优点：适用各种网络结构，不对业务产生任何影响，切换速度快、成本低、可靠性高等。
2.2 智能光路切换单元及光路实时监测
国内外广泛采用单一的保护倒换，例如1：1、1+1保护，它们共同特点对业务传输纤芯进行保护切换，保护原业务纤芯出现故障，快速倒换至备用纤芯，保障传输业务正常通信，但目前保护切换装置采用每一对业务纤芯要求配独立的备用纤芯，缺点是占用的备用纤芯量大，日常又不能供其它业务用，极大的浪费纤芯资源，本次项目研究的一套满足多业务传输保障切换装置，以及业务路由远程任意切换光纤纤芯，实现备用路由纤芯供多业务切换以及通过对保护切换端囗的光功监测变化达到设定的门限值自动切换，保障业务传输正常以及资源利用合理性。
2.3 8X8智能光开关切换工作原理
随着光通信的显著增长和密集波分复用技术的迅速发展，光开关矩阵已成为实现光网络的快速恢复、监控和按需分配路由资源的功能的关键部件，因此对光开关矩阵的插入损耗、串扰、响应时间等性能指标均有很高的要求。除光开关矩阵本身的设计原理与结构外，其控制和驱动电路也是影吶光开并矩阵性能的重要因素。
本方案选用8X8 MEMS机电控制与光学对准的结合，通过微机械电机，控制各通道的准直器对准实现通道的切换，快速切换到用户预设置光通道，保障业务快速恢复或者快速开通，新业务路由无需人员去中继站跳接路由，该技术拥有良好的插入损耗、切换速度、及切换寿命。
智能光路切换单元原理图：
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2.4 智能光路切换软件系统
智能光路切换系统支撑手动预配置光路路由切换以及人工路由配置切换，实现电力光通信的路由导换，实现路由的快速切换和转换。
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（软件系统总体架构图）
系统主要支撑身份认证功能、光路实时监测功能、光路自动+手动切换功能、光缆网络运行故障告警功能等功能。
其工作原理是引用目前光开关、WDM波长，光监测技术，实现自动或手动改变业务传输纤芯物理链路，全矩阵光切换能够解决由人工赶赴现场跳接路由向全自动远程控制路由连接，特别在一些偏远的无人值守站，通过远程控制切换业务路由经过的纤芯，为光缆链路开通路由以及链路故障提供恢复时效，减少及人力物力。
平台通过人工配置路由方式进行光路切换，通过智能光路切换的实时通信和导换，实现备用路由的切换，从而完成备用光路的快速建立。
平台通过大数据技术，统计不同区域光纤损耗情况，根据历史数据，智能预判不同区域不同环境条件下不同光纤的光功率损耗情况，对常发故障区域光纤加强自动巡检任务、人工派检任务，降低故障发生率。
3、智能光路切换系统性能测试
本次科研项目试点选择A，B，C三个变电站机房，在A、B、C三个变电站机房部署三套智能ODF光路配线单元以及智能光路8X8矩阵切换切换单元，实现对ODF端子占用及连接路由图自动生成及实时远程监控，并结合智能矩阵切换设备，实现远程路由开通以及业务路由发生故障，根据用户设定的备份路由策略自动倒换到备用线路（也可人工远程切换到相关的纤芯路由），保障业务正常通信。
智能光路8X8矩阵切换原理连接图：
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本次项目选择3个站点进行智能光切换及智能ODF系统试制运行，网管系统安装南宁总部，通过内部网管与3个站点试制产品进行通信，具体见下图：
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本系统成功实现业务路由远程任意切换光纤纤芯，完成备用路由纤芯供多业务切换，通过对保护切换端囗的光功监测变化达到设定的门限值自动切换，保障业务传输正常以及资源利用合理性。
全光切换单元是引用目前光开关、WDM波长，光监测技术，实现自动或手动改变业务传输纤芯物理链路，全矩阵光切换能够解决由人工赶赴现场跳接路由向全自动远程控制路由连接，特别在一些偏远的无人值守站，通过远程控制切换业务路由经过的纤芯，为光纤链路开通路由以及链路故障提供恢复时效，减少人力物力。
三个站点的智能光路8X8矩阵切换都设置为自动工作模式，当光纤发生故障会自动切换到备纤，当备纤出现故障能自动切换其他线路继续保证数据传输。加入A站到B站的光纤主备纤都遭到物理破坏，主备纤切换都无法恢复通信的情况下，设备会自动切换A站经C站再迂回B站的路由，即原A-B，调整为A-C-B.
倒换模式一：
A-B点双业务一和业务二，共享备用路由一和备用路由二，当业务一主用路由光纤中断，根据预置策略顺序优先自动在1秒钟内切换到备用路由一，再次发生业务二主用路由光纤中断，根据预置策略顺序应该优先自动切换到备用路由一，但备用路由一已被业务一使用，业务二自动优先自动切换到备用路由二，保障业务正常通信，不会发生倒换混乱。
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倒换模式二：
A-B点业务一：根据策略预置两条备用路由一和备用路由二，当业务一主用路由和备用路由一中断光纤，智能光切换设备自动切换到备用路由二，保障业务正常通信，不会发生倒换混乱。
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倒换模式三：
A-B点业务一：根据策略预置两条备用路由一和备用路由二，当业务一主用路由光纤中断，并且备用一C-B段，备用二A-C光纤也中断，可通过人工网管或者现场设备进行任务切换，保障业务链路正常通信。
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测试结果表明，可实现≤1秒级自动切换，在传输网管中未检测信号丢失告警，本系统能够实现无缝切换，当光纤出现故障或检修需要时，能够切换到备用线路，当系统恢复正常时，可测试主用线路光信号并自动返回，轮询主线路时间可进行设备实现。此外，本系统综合实现性能监测、告警监视、光路测试管理。对所辖范围内光纤实时监控、自动测试、性能监测、告警监视和集中管理等管理功能
1）性能监测：包括性能数据采集、性能数据显示、性能图表显示、性能数据统计报表生成和显示等。
2）告警监视：包括告警数据采集、告警地图显示、告警类型和告警级别设置、告警数据过滤、告警历史信息查询、告警定位、告警统计分析。
3）告警处理：对系统设备告警的解释和描述，提供产生故障的原因并提供排除故障的方法。对设备板卡、端口具有开启、关闭等功能。
4、结论
“智能光路切换系统在电力通信网络应用”项目的研制成功，将从根本上改变完全依靠人工的落后运维方式，实现全网光纤状态“一站式”管理的全新运维模式。形成全新的时空响应运维机制：故障发生时时间上瞬间报警以及快速切换备用纤芯保障通信业务正常；日常监测实现光纤性能劣化提前预警、空间上实现资源全数字化管理。
“智能光路切换系统在电力通信网络应用”的运行使用将实现在广西电力光纤运维的高效、节省的工作目标，全面提升运维水平。
（1）、精确掌控光纤纤芯资源利用率，自动化记录和统计每个机房及光纤节点的ODF端囗占用情况以及各光纤段纤芯的跳接连情况
（2）、线路发生故障时，实现线路自动切换，确保业务正常进行，实现远程跳接各光纤段之间纤芯连接成传输路由。
（3）、实现光纤线路日常巡检及维护工作的监督管理，监督光纤线路工作不同级别的管理人员巡检情况，实现多级别联检的监督管理功能，使光纤线路障碍发生率降至最低。
（4）、该系统在电力通信中，可用于重要业务的无缝切换保护，避免人工维护模式的耗时长、效率低等问题。
（5）、采用该系统进行自动切换保护，需提前做好备纤、备用路由设计工作，提前考虑光纤发生故障时的切换路由顺序。
参考文献：
[1]中华人民共和国通信行业标准.智能光分配网络总体技术要求：YD/T 2895-2015【S】.北京：中华人民共和国工业和信息化部.2015
[2]黄燕森.光纤自动保护倒换系统的应用实践【J】科技创业家，2013（21）：105
[3]陈佩琳，王俊奇，田俊杰.光纤保护的方案研究【J】山西电力.2009.4（155）：23-25
论文作者:马晓燕,梁鉴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：路由论文; 光纤论文; 光路论文; 业务论文; 智能论文; 系统论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第21期论文;