苏容
国网甘肃省电力公司检修公司
摘要:随着电力通信网架建设不断完善，网络逐渐表现出垂直分层化的特点，使得跨层联合保护成为可能。文中针对电力通信网设计了一种基于网络编码的跨层保护策略，在IP层利用网络编码为链路提供保护，在光传输网中利用预置圈恢复链路故障，并研究跨层联合保护的条件，进而提高保护效率。仿真结果表明，CLPBNC可以有效降低保护冗余度，提高保护效率，进而优化网络的整体性能。
关键词:电力通信网；网鹉编码；保护；跨层联合优化
序言
电力通信网是能源互联网的重要支撑，是实现电网安全可靠运行的重要基石。边缘计算、软件定义等通信新技术逐步在电力通信网中应用，使得电力通信网所承载的业务更加多样化，进而对电力通信网提出了更高的要求。电力通信传输网和业务网共同构成业务承载的网络，传输网包括光缆、光通信系统等设备，业务网中的综合数据网为互联网协议数据包的主要传输网络。为了保证电力业务在网络出现故障时可以进行线路倒换，目前IP传输网大多通过快速重路由方式（FRR）进行故障恢复，在光网络中采用保护率较低的1+1双路由或者双向线路倒换环（BLSR）等保护手段。由于不同层的保护手段相对独立且保持冗余度高，随着电力业务数量的上升，网络资源消耗快速，降低了网络整体性能。为了提高电力通信网的保护效率，采用预置圈对电力业务进行保护，提高了光网络中的保护资源利用率。《国家电网公司“十三五”通信网规划》中指出，截止2017年，电力通信网为了满足业务传输的需求，电力通信网已逐步形成光传输网（OTN）和同步数字体系（SDH）的双平面架构，完全综合数据网骨干网、接入网两级扁平化网络架构改造。网络扁平化为跨层联合保护的实现提供了基础，目前针对IP网络与光网络的跨层联合保护方面的研究，通常将IP层设备连接视为逻辑拓扑、结合虚拓扑中的相关理论，完成对跨层保护的优化。文中将保护环与网络编码相结合，减少了备份资源的消耗；将1+1保护与网络编码保护相结合，讨论了网络编码保护的局限性；将1+1保护方法与之结合扩展了网络编码保护的适用范围，对网络编码链路保护理论进行补充。但是由于网络编码保护方法对于网络连通度与节点计算能力要求高，实际中难以直接将其应用于光网络中。
为了提高保护效率，针对光网络中会对上层通道进行二次保护进而造成的宽带资源浪费这一问题。本文提出了一种基于网络编码的跨层保护策略，并且在跨层保护中，IP层被视为逻辑拓扑，其网络连通度相比，实际物理拓扑较高。IP层设备计算能力较强，可以完成对于信息的编码解码操作。针对这一情况，本文在IP层使用网络编码保护策略，在光网络中使用预置圈进行保护，并研究跨层保护中保护重叠的条件，提高了整体算法的保护性能。
1 电力通信网概述
1.1电力通信网分层模型
在电力通信网中，对于不需要专线传输的业务，信息传输上层采用光传输网，在信息传输时，光网络设备根据IP层的业务需求来建立对应的光纤链路。本文将IP层设备视为逻辑拓扑中的节点，逻辑拓扑记为Gp(Vp.Ep)和Ep,分别为物理拓扑中的节点和边，物理拓扑中的节点为光网络传输的信息提供中继和转发，通常为光网络中的设备。逻辑拓扑建立在物理拓扑之上，逻辑拓扑中的链路可能为物理拓扑中2个节点连通，逻辑拓扑中2个节点间存在中继链路连接。
目前，在业务通道配置倒换路径的情况下，IP层和光传输中的网络保护是相互独立的，即在光传输层中不包含任何IP层中路径保护的状态信息，所有的IP层业务请求都会被视为需要被保护，光传输层为IP层请求配置传输路径并为其配置保护路径对应对单一链路故障。在光传输层需要为业务通道的主用路由和备用路由同时配置保护路径，从而造成保护资源重叠，导致通信网中保护资源的大量冗余。
1.2网络编码保护模型
网络编码是指在网络传输的过程中，传输的中间节点对多个业务信息流进行线性编码，网络编码增加了中间节点单次输出的信息量，进而提高网络整体性能。同时由于网络编码技术提高了网络的信息传输能力，在节点计算能力较强的网络中，可以利用网络编码技术完成对于链路故障的恢复。
故障发生后的,当工作链路发生故障时，节点将会收到空报文或者信息中断，此时其余目的节点将接收到的信息进行解码，并将解码之后的信息进行转发。源节点与目的节点之间的业务信息流，为源节点与目的节点之间的业务信息流，节点将进行异或运算，表示异或运算，由此完成对于故障的倒换。
当故障发生时，网络中编码的汇总节点将编码之后的信息发给未收故障影响目的节点。目的节点结合自己业务信息流对编码之后的信息进行解码，将解码之后的信息传递给受故障影响的目的节点，由此完成倒换。
2基于网络编码的跨层保护方法
2.1 CLPBNC跨层保护原理
随着网络的扁平化发展，智能IP控制管理技术逐渐融入光网络中，适用于光网络的IP层控制协议逐渐成熟，IP与光传输网深度融合使得统一的跨层保护成为可能。逻辑拓扑为上层IP网络，具备了良好的信息处理和计算能力，利用上层网络的计算能力完成对于信息的编码和解码，物理拓扑为网络的实际拓扑，由光纤、光中继器等光传输设备组成。在信息传输之前由控制平面统一为其配置保护通道，发生故障时沿着预先配置的保护通道进行倒换，完成故障恢复。
在电力通信网中，逻辑拓扑相当于变电站之间所构成的网络，物理拓扑为支撑变电站之间信息传输的光网络。为了实现跨层保护，需要确认两层之间的映射关系，将逻辑拓扑节点集合N中随机选取2个节点相连。若L存在，则在逻辑拓扑中将2个节点相连。建立逻辑拓扑中的连接，当所有节点完成上述过程，则建立了逻辑拓扑的映射关系。
本文提出的CLPBNC算法，首先针对逻辑拓扑配置保护，当逻辑拓扑中发生单链路故障时，受到故障影响的节点可以利用保护通道上传输的编码信息和同组目的节点的信息进行解码，完成故障的恢复。但是，由于物理拓扑的限制，逻辑拓扑中的分离链路映射到物理链路中时，可能处于相同的物理通道之中。
CLPBNC算法的输入为网络拓扑和业务请求，业务请求中需要包括业务请求的源节点和目的节点，逻辑拓扑中的可用的剩余保护容量，为物理拓扑中的可用剩余保护容量，CLPBNC算法：输入网络拓扑G，配置链路权重，链路权重为对应链路长度，使用straddling linkalgorithm(SLA)圈生成算法生成备选预置圈集合并对其进行2次扩张，生成备选圈集合，并且建立逻辑拓扑与实际拓扑之间的映射关系。
CLPBNC算法在逻辑拓扑和物理拓扑中分别使用了可以对抗单链路故障的保护方法。为了提高整体的保护效率且更合理的利用资源，CLPBNC在业务请求到达时，会先在逻辑拓扑中为业务请求配置保护。对于逻辑拓扑中无法保护的情况，在物理拓扑中为业务再次配置保护，以达到提高保护效率目的。由于在逻辑拓扑中配置保护可以对抗单链路故障，故而只需要考虑在物理拓扑中发生链路故障时逻辑拓扑中出现多链路故障的情况，具体包括以下两种情况。
（1）逻辑拓扑中的工作链路和保护链路映射至物理拓扑中时有共同的链路。这些链路故障时，对应的逻辑拓扑中一条工作链路和保护链路同时出现故障，逻辑拓扑无法完成故障的恢复。
（2）逻辑拓扑中的2条工作链路由同一条保护通道进行保护。这两条工作通道映射在物理拓扑中经共同点物理通道，在次物理通道发生故障时，对于逻辑拓扑为发生了多链路故障，因此在物理拓扑中配置保护，避免在逻辑拓扑中配置多故障恢复手段所带来的额外开销。
3结语
本文研究了电力通信网中的跨层联合保护方法，提出了一种基于网络编码的跨层保护方法，为电力业务提供可靠的跨层保护。首先分析了电力通信网中跨层保护的模型，之后提出了基于网络编码的跨层保护方法，在上层充分利用节点计算能力，使用网络编码对链路进行保护，并分析下层保护的条件实现联合保护，最终达到提高保护效率的目的。
参考文献
[1] 安连锁 . 网络编码的跨层保护算法 [M] . 北京 :中国电力出版社 , 2001 .
[2] 袁春杭 . 网络编码算法 [J]. 中国锅炉压力容器安全 , 2005, 14(6):38 -39
[3] 蔡兆林 ,吴克启 ,颖达 . 电力编码的跨层保护算法J]. 工程热物理学报 , 1993,14(1):5 3 - 5 6 .