光纖網路故障監測與恢復研究論文
光纖網路故障監測與恢復研究論文
摘要：隨著配電通訊網的快速發展，通訊網路的可靠性和穩定性成為研究的熱點。如何監測到網路中的故障以及在故障發生時如何實現網路的恢復成為可靠通訊的關鍵。為此，文章提出了一種單核環形配電通訊網路模型，並在此網路模型的基礎上提出故障管理演算法，該演算法將配電通訊網中的故障分為4類，首先根據不同的監測資訊確定故障的型別，之後根據不同的故障型別利用故障管理演算法進行網路恢復。評估表明，與現有的通訊網路相比，文章提出的單核網路模型和故障管理演算法在可靠性、速度和擴充套件性方面具有更好的效能。
關鍵詞：配電通訊網；光纖網路；單核環形；故障管理
在過去的幾年中，大多數電力自動化都處於電力公司變電站和企業級別[1]。其主要原因是實現配電自動化需要很高的通訊成本，這樣的支出缺乏經濟上的理由以及需要獨特的技術挑戰。然而有很多因素正驅動電力公司在應用中變化。這些因素是：增加客戶期望的電能質量和可靠性，越來越多的監管激勵機制，增加的效能和配電自動化通訊選擇的負擔能力，增加多樣性和功能的自動化裝置和軟體[2]。一個高效、可靠和安全的通訊基礎設施對成功實施配電自動化是至關重要的。配網自動化系統必須滿足今天的需求，同時提供新增未來功能的能力。自動化顯示網路系統有不同的要求。大多數自動化系統透過使用專用通訊網路獨立執行[3]。由於市場的新需求，可以認為公用共事業將日益關注的焦點轉向網路通訊系統。網路系統相比典型辦公環境，距離更加遠且難以觸及，特別是在相同的網路中不同型別的應用程式對可靠性、操作和維護的要求不同。自動化系統操作隨著分散式系統應用的增多也越來越多。通訊穩定性是系統可用的一個重要因素。因此，可靠的通訊自動化系統必須要有一個新的結構來克服通訊的問題。本文將討論如何監測到通訊故障以及網路恢復技術如何融入網路體系結構。從彈性的觀點來說故障管理流程是至關重要的，因為這些流程負責定位和絡故障以及啟動網路恢復行動。本文描述了一個光通訊網路。透過使用邏輯冗餘功能，網路有一個單核環形拓撲。同時描述了系統的結構、適用的演算法實現和分析。評估表明，與現有的雙核通訊網路相比，本文提出的單核網路模型和故障管理演算法在可靠性、速度和擴充套件性方面具有更好的效能。
1問題模型
本文提出的單核環形配電通訊網路模型如圖1所示。在常規執行中，通訊從Tx1到Rx1。當訊息，如監視或控制特定的開關，從Tx1向網路傳送訊號，並從Rx1返回。可以從返回的訊息檢查網路的狀態。耦合器的被動元器件被應用於智慧電子裝置和環之間，所以，當一個連線節點有通訊問題，這些訊息仍然可以從其他節點傳輸。特定的智慧電子裝置可從控制中心傳送到網路上的兩個方向的結果來接收訊息。中心單元可以接收來自Rx1和Rx2的訊息。如果中央單元在一個指定的時間無法透過Rx1接收訊息，它將試圖從Rx2獲得訊息。如果傳播訊息從Tx1不是回到Rx1或Rx2，中央單元使用Tx2向網路中發出命令訊息。通訊問題可以定位於網路中的4個點：（1）智慧電子裝置的左邊。（2）的智慧電子裝置的右邊。（3）智慧電子裝置的兩側。（4）智慧電子裝置本身。物理線路的斷開是光網路中最嚴重的問題。4種通訊問題如圖1所示。中央單元可以從Tx1向Rx1以及從Tx2向Rx2傳送訊息。在第一種情況下的故障，當Tx1設定為主發射機，線路故障位於智慧電子裝置左側簡，Rx1不能接收Tx1的訊號以及智慧電子裝置的響應訊息，也沒訊息到達Rx2。在第二種情況下，線路故障位於右邊的智慧電子裝置，Rx1不能接收任何訊息，但Rx2可以接收來自智慧電子裝置的響應訊息。第三個故障發生在智慧電子裝置本身有問題時。此時Rx1和Rx2可以分別接收到來自Tx1和Tx2的訊息。這意味著Rxs可以接收輪詢訊息，這是一個從中央單元到智慧電子裝置的命令。因此，可以得出結論，通訊線路沒有問題。因此，智慧電子裝置沒有必要傳送確認（ACK）給訊號控制中心，這是一個智慧電子裝置給中央單元的簡單響應訊息。圖2演示了在故障情況下的資料流。
2故障管理演算法
管理網路的最重要的功能在管理網路檢查異常通訊、定位故障邊界，恢復網路操作[4]。這些應該儘可能早地完成。在一般的網路操作中，主要收發器應該確定單向通訊。如果Tx1和Rx1被選擇用於主收發器，Tx2和Rx2作為一個備用收發器。中央單元透過Tx1傳送輪詢訊息來控制和監視網路中特定的智慧電子裝置。最重要的是，中央單元先檢查Rx1是否能接收到來自Tx1的訊息。如果Rx1不能接受輪詢訊息或來自智慧電子裝置的響應訊息，中央單元執行故障管理程式和檢查Rx2。如果Rx2已經收到了智慧電子裝置的響應訊息，則故障2（智慧電子裝置的右側）發生。如果沒有，中央單位檢查Rx2是否已經收到了透過Tx2傳輸的輪詢訊息。如果Rx2已經收到了輪詢訊息和分別來自Tx2和智慧電子裝置的響應訊息，則故障是臨時的，網路可以正常運轉。這種故障的另一種可能性是因為Tx1或Rx1產生故障。如果Rx2接收到了來自Tx2的輪詢訊息，但是沒有來自智慧電子裝置的回應訊息，那麼應該再次檢查Rx1是否已收到來自智慧電子裝置的響應訊息。（a）正常—Tx1傳送資料，（b）正常—Tx2傳送資料，（c）故障1（智慧電子裝置的左邊）—Tx1傳送，（d）故障1（智慧電子裝置的左邊）—Tx2傳送，（e）故障2（智慧電子裝置的右邊）—Tx1傳送，（f）故障2（智慧電子裝置的右邊）—Tx2傳送，（g）故障3（智慧電子裝置，調變解調器）—Tx1傳送，（h）故障3（智慧電子裝置，調變解調器）—Tx2傳送，（i）故障4（智慧電子裝置的兩邊）—Tx1傳送，（j）故障4（智慧電子裝置的兩邊）—Tx2傳送。如果Rx1接收到來自智慧電子裝置的資料，故障發生在智慧電子裝置的左邊（故障1），但如果Rx1沒有收到資料，故障4發生，這就是最壞的`情況下的故障。
如果Rx2沒有收到輪詢訊息，TX2控制通訊。TX2傳送和Tx1相同的輪詢訊息到網路中。如果Rx1和Rx2僅收到了輪詢訊息，網路執行良好，但智慧電子裝置存在一些問題。在這個情況下，準確的故障位置可以確定，因為智慧電子裝置的位置可以很容易找到。線上路故障的情況下，是很難找到確切的位置的。由於線路故障引發的單向通訊故障問題可以利用本文提出的演算法來恢復。圖3介紹了故障管理演算法流程。在下一節中將解釋如何完成準確的故障定位。由於本文提出的故障管理演算法可以找到網路故障位置，故障狀態可分為故障1、故障2、故障3和故障4，本文將在下一節中詳細描述。為了實現該演算法，中央單位管理兩種型別的故障決策表。一個表是針對每一個智慧電子裝置，另一個是針對整個系統。中央單位使用Tx1和Rx1分別作為主要的收發器和接收器。中央單位傳送輪詢（命令）資訊給指定的想要通訊的智慧電子裝置。
網路操作過程如表1—2所示。表1顯示瞭如何根據之前描述的變數進行故障分類。基於智慧電子裝置故障決策表，中央單位產生網路故障決策表。圖4說明了中央單位決定故障定位。在這個例子中，智慧電子裝置1，2和3都產生故障2，智慧電子裝置4，5，6都是故障1。中央單位根據故障決策表作決定，故障發生在智慧電子裝置3和4之間。如果故障恢復，根據表2將被重新設定演算法。圖5顯示了故障的組合及其表內容。在這種情況下，一個故障發生在智慧電子裝置3，另一個故障發生在智慧電子裝置5和6之間。
所有的單一和組合（但獨立）的故障都可以透過所提演算法管理。如果兩個或兩個以上的故障同時發生，該演算法可以找到故障區域，但是不能確定多少故障和故障發生在網路的位置。圖6顯示了根據網路中的故障決策表可能發生的故障。有4種類型的故障。該演算法只能發現智慧電子裝置2和4之間的兩個或兩個以上的故障。有兩種型別的輪詢方法：（1）點名和（2）集中輪詢[5]。本文使用點名輪詢該網路，因為如果在集中輪詢中，智慧電子裝置有故障，故障可能會傳播到網路。圖7顯示了在一個伺服器和一個智慧電子裝置之間的總通訊時間。當現有的配電自動化通訊網路產生通訊故障，故障的位置，在光纖線路或者智慧電子裝置，不能檢測到。使用該演算法以後，現有的網路故障可以被定位和固定，控制和監測通訊可以繼續，儘管網路中存在故障。現有的配網自動化光纖網路從可靠性的角度存在幾個問題。一個關鍵問題是，當一個光學調變解調器有問題，它會將問題傳播到網路中，導致網路重新配置。許多電力公司開發了配網自動化光纖網路，但他們只是應用現有的光網路技術[5][6]。然而，電力公司的配電通訊網與純通訊系統有不同的需求。從這個角度來看，本文設計了適用於電力公司的光纖網路。表3提供了一種配電通訊網自動化環網的比較。
3結語
本文提出一種單核環形配電通訊網路模型，並在此模型的基礎上提出了故障管理演算法，並進行了定量分析。本文中的網路操作技術可以識別通訊故障的原因以及避免通訊網路故障。使用本文中所開發的網路系統並不僅限於配網自動化通訊系統。它可以擴充套件到多種客戶資料服務系統。本文提出的故障管理演算法可以有效監測到配電通訊網路中的故障，並對故障進行分類，以及在故障發生會對通訊網路進行恢復，可以有效防止故障在網路中的傳播。