CN101588518A - 一种传送网络拓扑结构安全分析方法及实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传送网络拓扑结构安全分析方法，该方法首先用节点、设备、线路、光缆、光路、子线路和子光缆来描述传送网络的拓扑结构；然后用图论模型来表示传送网络拓扑结构，最后利用图论理论来对其进行包括结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析的结构安全分析。本发明还公开了该方法的实现系统，此系统可将方法分析过程的最初数据、产生的中间数据和结果数据存储、调用和实时呈现。本发明可加强资料规范性和准确性管理，加快故障定位和抢修效率，加强网络风险识别和控制，并可对网络多媒体信息进行生动展现，从而提升传送网络拓扑结构安全管理的精细程度与工作效率。

Description

一种传送网络拓扑结构安全分析方法及实现系统

技术领域

本发明涉及传输技术领域，特别涉及一种传送网络拓扑结构安全分析方法及实现系统。

背景技术

目前广泛应用的光纤传送网络，从业务承载的原理来看，管道、杆路等线路上承载着光缆，光缆中包含纤芯，若干段纤芯跳接组成承载光信号的光路，光路连通传输设备形成传输系统，在传输系统中通过交叉连接的建立及通道、时隙的分配提供各种带宽的电路业务。传送网络作为通信网络中的基础承载网络，其安全性是通信网络安全稳定的基础。根据实际的应用经验和习惯，节点、设备、线路、光缆、光路是组成传输系统的几大部分，节点包括设备节点和非设备节点，设备安装在设备节点内，线路起点终点都属于节点，线路上承载光缆，光缆起点终点也都属于节点，光缆上承载光路，光路起点终点与设备连接。其中，线路、光缆及光路层面分别确定了传送网络在不同层面上的拓扑结构。为加强网络的安全管理，我们通过实施一系列的网络结构指标，如成环率、节点数及安全节点比例等进行拓扑结构安全的分析和管理，来规范网络的拓扑结构，并加强对单节点隐患的整治，消除在网络结构方面的严重隐患，避免对网络安全造成重大冲击。但在对网络结构指标进行计算及对单节点隐患进行识别时，主要依赖于手工统计的方式，不规范、容易出错、而且效率低下，比如计算与物理路由相关的指标，如物理成环率、安全节点比例等，手工精确统计的难度大、效率低；又如对单节点隐患的识别也容易发生错漏，有时甚至走进误区，误以为机楼进行了双竖井、双局前井整治，或者建设了双平面、双归接入系统就等于消除了单节点隐患，而没有从光路层面考虑进出该节点的光路所经过的实际物理路由是否真正彻底分离，这些都成为传送网络拓扑结构安全管理工作中的瓶颈。而传送网络中的设备或光缆等网络构件与全网密切关联，某个网络构件失效时，网络拓扑结构将可能发生退化，导致网络安全等级随之降低，全面而快速地分析网络构件失效对网络的影响情况，以及对失效影响的提前模拟和备用路由的全面分析，是实现网络主动保障及资源动态调配的关键，这些方面目前还缺乏完善和有效的分析方法及实现系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图论模型的传送网络拓扑结构安全分析方法及实现系统。

为实现本发明的目的采用如下的技术方案：一种传送网络拓扑结构安全分析方法，其特点是，包括如下步骤：

第一步，用节点、设备、线路、光缆、光路、子线路和子光缆来描述传送网络的拓扑结构；

第二步，用图论模型来表示传送网络拓扑结构，令图集合Gp＝(V，E)，其中顶点集合V＝{v₁，v₂，…，v_n}用来表示传送网络拓扑结构中的节点或设备，边集合E＝{e₁，e₂，…，e_m}∈V×V用来表示传送网络拓扑结构中的光路、子光缆或子线路；邻接矩阵D用来表示顶点v之间的连接关系、关联矩阵A来表示顶点v和边e之间的连接关系：

其中：

其中：

第三步，对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行传送网络拓扑结构安全分析，其包括结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析。

更具体的说，所述第一步中的节点包括设备节点和非设备节点，设备安装在设备节点内，线路起点和终点都属于节点，线路上承载光缆，光缆起点和终点属于节点，光缆上承载光路，光路起点和终点与设备连接；线路根据分支点拆分成子线路，光缆根据分纤点拆分成子光缆，所述子线路、子光缆和光路分别在线路层、光缆层、光路层均为最小的拓扑单元；所述最小的拓扑单元由两个端点及连接这两个端点的线组成，线上没有任何分支点；任意两个最小的拓扑单元可相互连接，但不会相互交叉。

所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行结构指标分析，包括：(1)将映射到光路层的传送网络拓扑结构，利用图论中的网络组件识别方法对包括双归环数、单归环数、接入链数、支环数、支链数、接入点成环率、环上接入点数、单汇聚点最大接入链数、接入链最大节点数和末梢最大节点数的逻辑成环指标进行分析；(2)将映射到线路层的传送网络拓扑结构，通过分析光路的路由重叠情况来判断物理成环情况，对包括物理成环率和各级安全节点比例的物理成环指标进行分析。

所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行光路路由分析，是指将映射到线路层的传送网络拓扑结构进行单节点隐患识别；其中，单节点是指在线路层面的拓扑结构上，节点所关联的边的数目为1的节点。

所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行构件失效分析，包括：(1)将映射到光路层的传送网络拓扑结构进行光路失效分析和设备失效分析；(2)将映射到光缆层的传送网络拓扑结构进行子光缆失效分析；(3)将映射到线路层的传送网络拓扑结构进行子线路失效分析和节点失效分析。

所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行备用路由分析，包括：(1)将映射到光路层的传送网络拓扑结构进行业务备用路由分析；(2)将映射到光缆层的传送网络拓扑结构进行光路备用路由分析；(3)将映射到线路层的传送网络拓扑结构进行光缆备用路由分析。

实现上述传送网络拓扑结构安全分析方法的系统，其特点是，所述系统包括：用于将传送网络基础数据用图论模型来描述及备份保存数据并提供更新和查询功能的数据管理模块；用于对存储在数据管理模块中的传送网络的各项数据进行拓扑结构安全分析的网络分析模块；用于将数据管理模块和网络分析模块的处理过程数据和结果数据及信息实时呈现的网络呈现模块。

更具体的说，所述数据管理模块包括：用于将传送网络基础数据用图论模型来描述并备份保存相关数据的网络数据备份模块；用于调用网络数据备份模块中的数据以供查询的网络数据查询模块；用于调用网络数据备份模块中的数据，更新后将数据存入网络数据备份模块的网络数据更新模块。

所述网络分析模块包括：用于调用数据管理模块中的数据并对其进行逻辑成环指标和物理成环指标分析的结构指标分析模块；用于调用数据管理模块中的数据并对其进行单节点隐患识别的光路路由分析模块；用于调用数据管理模块中的数据并对其进行光路失效、设备失效、子光缆失效、子线路失效和节点失效分析的构件失效分析模块；用于调用数据管理模块中的数据并对其进行业务备用路由、光路备用路由和光缆备用路由分析的备用路由分析模块。

所述网络呈现模块包括：用于将网络分析模块处理得到的物理节点实时呈现的物理节点呈现模块；用于将网络分析模块处理得到的物理路由实时呈现的物理路由呈现模块；用于将数据管理模块和网络分析模块处理得到的信息进行实时呈现网络信息呈现模块；用于将数据管理模块和网络分析模块处理得到的各种信息以视频方式呈现的网络视频呈现模块。

该系统对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析工作过程如下：传送网络基础数据通过GPS传送到本系统，管理数据模块中的网络数据备份模块对传送网络基础数据用图论模型进行描述并储存，网络数据查询模块通过调用网络数据备份模块中的数据提供查询功能，网络数据更新模块调用网络数据备份模块中的数据根据实际情况进行更新操作后再存入网络数据备份模块，数据管理模块中的各种数据信息可通过网络呈现模块显示出来。对传送网络拓扑结构进行安全分析时，网络分析模块调用管理数据模块中的数据进行结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析，网络分析模块处理得到的物理节点由物理节点呈现模块实时呈现；网络分析模块处理得到的物理路由由物理路由呈现模块实时呈现；数据管理模块和网络分析模块处理得到的信息由网络信息呈现模块进行实时呈现；数据管理模块和网络分析模块处理得到的各种信息还可以由网络视频呈现模块以视频方式呈现。

本发明相对于现有技术的主要优点和效果是：本发明公开了一种将传送网络拓扑结构抽象为线路、光缆、光路等多层由点和线组成的图论模型并利用该模型对传送网络拓扑结构安全进行全面分析的方法，改变了以往对网络结构指标进行计算及对单节点隐患进行识别时，主要依赖于手工统计的方式，通过其实现系统，实现了网络结构指标及单节点隐患的计算机自动识别、网络构件失效及备用路由分析等功能。通过本发明，可加强资料规范性和准确性管理，加快故障定位和抢修效率，加强网络风险识别和控制，并可对网络多媒体信息进行生动展现，从而提升传送网络拓扑结构安全管理的精细程度与工作效率。

附图说明

图1是用节点、设备、线路、光缆、光路、子线路和子光缆来描述传送网络拓扑结构的描述体系示意图；

图2是一种典型的逻辑组网结构示意图(即映射到光路层面的传送网络拓扑结构示意图)；

图3a是肇庆市局部通讯传送网络映射到光路层的拓扑结构示意图，图3b是肇庆市局部通讯传送网络映射到线路层的拓扑结构示意图；其中设备节点用空心圆圈表示、非设备节点用实心黑点表示、汇聚节点用双层的圆圈表示；

图4是传送网络安全分析方法的实现系统的结构方框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

目前广泛应用的光纤传送网络，从业务承载的原理来看，管道、杆路等线路上承载着光缆，光缆中包含纤芯，若干段纤芯跳接组成承载光信号的光路，光路连通传输设备形成传输系统，在传输系统中通过交叉连接的建立及通道、时隙的分配提供各种带宽的电路业务。其中，线路、光缆及光路层面分别确定了传送网络在不同层面上的拓扑结构。

利用本发明公开的方法对上述拓扑结构进行安全分析的步骤如下：

第一步，用节点、设备、线路、光缆、光路、子线路和子光缆来描述传送网络的拓扑结构，其基本关系为：节点包括设备节点和非设备节点，设备安装在设备节点内，线路起点终点都属于节点，线路上承载光缆，光缆起点终点也都属于节点，光缆上承载光路，光路起点终点与设备连接。其中，根据线路上的分支点将线路拆分为若干段子线路，根据光缆上的分纤点，将光缆拆分为若干段子光缆，使得子线路、子光缆与光路具有相同的特点：分别在线路、光缆、光路层面均为最小的拓扑单元，最小的拓扑单元是由两个端点及连接这两个端点的线组成，线上没有任何分支点；任意两个最小的拓扑单元可相互连接，但不会相互交叉。由此，子线路成为本发明公开的分析方法中的最小单元，将线路、光缆和光路的关系进行转换，可用有序的子线路集来描述每一段线路、光缆和光路，同理也可用有序的子光缆集来描述每一段光缆和光路，则得到的传送网络的拓扑结构描述体系示意图如图1所示，描述体系中各部分数据应具备的最基本的属性如表1所示。

表1

第二步，用图论模型来表示传送网络的拓扑结构，令图集合Gp＝(V，E)，其中顶点集合V＝{v₁，v₂，…，v_n}用来表示传送网络拓扑结构中的节点或设备，边集合E＝{e₁，e₂，…，e_m}∈V×V用来表示传送网络拓扑结构中的光路、子光缆或子线路；邻接矩阵D用来表示顶点v之间的连接关系、关联矩阵A来表示顶点v和边e之间的连接关系：

其中：

其中：

这样，子线路、子光缆与光路所组成的顶点和边的集合，分别确定了线路层、光缆层和光路层的网络拓扑结构，线路、光缆、光路这三种网络拓扑结构就可以用上述图论模型来表示。

第三步，对上述用图论模型来表示的网络拓扑结构，进行拓扑结构安全分析(包括结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析，具体分析的内容如表2所示)。

表2

不同的视角	结构指标分析	光路路由分析	构件失效分析	备用路由分析
					光路层	逻辑成环指标分析		光路失效分析设备失效分析	业务备用路由分析
光缆层			子光缆失效分析	光路备用路由分析
					线路层	物理成环指标分析安全节点比例分析	单节点隐患识别	子线路失效分析节点失效分析	光缆备用路由分析

从光路层看，传送网络由光路和设备组成，在该层次，可进行逻辑成环指标分析，如双归接入环数、单归接入环数、接入链数、逻辑成环率、环上接入点数等均属于逻辑成环指标；可进行光路或设备失效时对网络的影响情况分析；可计算设备间存在的可能连通的路由情况，也即业务备用路由分析，主用路由中断时，电路业务可利用备用路由通过自动倒换或手工配置的方式恢复正常。

将光路层中的光路用子光缆的有序集合来表示，设备用其所属节点来表示，则得到映射到光缆层的传送网络，它由子光缆和节点组成，它是全网子光缆和节点组成的拓扑结构的子集。在该层次，可进行子光缆失效时对网络的影响情况分析；可计算节点间通过子光缆段可能连通的路由情况，也即光路备用路由分析，连通的光缆段为设备间的光路提供可能存在的备用路由，光路备用路由是应急跳纤、OLP光开关倒换整治等工作的基础。

将光路层中的光路用子线路的有序集合来表示，设备用其所属节点来表示，则得到映射到线路层的传送网络，也即从实际物理路由层面看到的传送网络，它由子线路和节点组成，它是全网子线路和节点组成的拓扑结构的子集。在该层次，可进行物理成环、安全节点比例指标分析，如物理成环率、一级安全节点比例、二级安全节点比例等均属于物理成环指标；可通过分析进出某节点的光路所经过的实际物理路由是否重叠来识别单节点隐患；可结合节点的经纬度信息对传送网络拓扑结构从光路层面向线路层面的退化情况进行直观呈现；可进行子线路或节点失效时对网络的影响情况分析；可计算节点间通过子线路段可能连通的路由情况，也即光缆备用路由分析，光缆备用路由是应急光缆布放、光缆工程规划等工作的基础。

对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析的具体内容及方法如下：

(1)结构指标分析

映射到光路层面的传送网络拓扑结构，也就是我们常称的逻辑组网结构，以较为复杂的接入网为例，其典型的逻辑组网结构如图2所示，由汇聚环、双归接入环、单归接入环、接入链、支环、支链等传输系统组成。

该结构与图论模型中描述的光路网络拓扑结构是一致的，利用图论中通用的网络组件识别方法可计算与逻辑组网结构相关的指标。网络组件识别的思路如下：在一个网络拓扑结构中，与某节点所关联的边的数目，称为该节点的度，首先标记出所有度大于2的节点，这就得到了网络中的分支节点(称为关键点)，它其实包括汇聚分支节点和接入分支节点。然后将单连通节点(即度为1的节点)进行递归删除，直到该网络不再包含这种节点，则被删除的节点的集合就是网络中链型结构的全体，由汇聚分支节点引出的链型结构称为接入链，由接入分支节点引出的链型结构称为支链。删除链型结构所得的网络为封闭网络(即只要非空，则必包含环路的网络)，对封闭网络采用一定的寻环策略可找到各环路，从封闭网络中与某关键点(先处理接入分支节点，再处理汇聚分支节点)相邻的某非关键点开始，标记并删除该非关键点，网络将会产生新的单连通节点，递归删除这些节点，直到网络不再包含单连通节点而成为封闭网络，则被删除的节点的集合就是网络中的某一环型结构，接入分支节点引出的环型结构称为支环，汇聚分支节点引出的环型结构称为接入环，若递归删除的过程终止于原来的关键点，则该环型结构为单归环，否则为双归环。选择另外一个关键点，如此循环进行递归删除，即可分离出包含在网络中的各种环型结构，其中由汇聚节点组成的环路即为汇聚环。

通过以上方法可实现双归环数、单归环数、接入链数、支环数、支链数、接入点成环率、环上接入点数、单汇聚点最大接入链数、接入链最大节点数和末梢最大节点数等逻辑成环指标的分析，而SDH接入点成环率、VIP节点成环率、末梢最大基站节点数等指标其实是上述指标的子集，可通过相同的方法进行分析。

至于物理成环率、一级安全节点比例、二级安全节点比例等物理成环指标，则需将传送网络映射到线路层进行分析。理想状态下，当每段光路所经过的线路都没有重叠时，光路层的逻辑组网结构映射为线路层的物理组网结构后拓扑结构不会发生变化，物理成环率指标也会与逻辑成环率指标一致。而在一般情况下，对于某个逻辑成环的传输系统来说，全环光路所经过的实际路由会有若干重叠的地方，这时候逻辑组网结构向物理组网结构转化则是一个拓扑结构退化的过程，“环”将全部或局部退化成“链”。以肇庆市局部通讯传送网络为例，图3a代表该市局部通讯传送网络映射到光路层的拓扑结构示意图，图3b是该市局部通讯传送网络映射到线路层的拓扑结构示意图，网络结构从光路层映射到线路层后，环型结构局部退化成链型结构。在线路层的物理组网结构下，可通过分析光路的路由重叠情况来判断物理成环情况，计算出物理成环率指标。而安全节点比例也可以在物理组网结构基础上进行计算，在图3b所表示的物理组网结构中(其中设备节点用空心圆圈表示、非设备节点用实心黑点表示、汇聚节点用双层的圆圈表示)，包括了“环”以及从环上节点引出的“链”，环上节点则包括了设备节点和非设备节点(如线路分支点、光缆分纤点)，一级安全节点应是属于以下情况之一的点的集合：环上的设备节点、环上非设备节点引出的第一条链上的第一个设备节点、汇聚节点直接引出的链上的第一个设备节点；二级安全节点的集合应在一级安全节点集合的基础上增加以下情况：环上设备节点引出的链上的第一个设备节点、环上非设备节点引出的第二条链上的第一个设备节点或者第一条链上的第二个设备节点(二者选一)、汇聚节点直接引出的链上的第二个设备节点。以此类推可计算出各级安全节点比例指标。

(2)光路路由分析

光路路由分析，也就是对传输系统中各光路所经过的实际物理路由进行分析。以图3a代表的逻辑组网结构为例，从汇聚节点高要出发，按顺序经过金利、蛟塘、河台、横江、富佛、洞心后回到高要，组成一个环，而河台、横江、富佛分别带出一条链。映射到线路层的物理组网结构出现了一些变化，成为图3b所示结构，原因是存在以下几点实际情况：洞心没有直接通达高要的光缆，横江才有直接通达高要的光缆，因而洞心-高要的光路是通过三条光缆经由横江、富佛节点跳接而成的；高要-河台的线路由路由分支点(高河#20、高河#80)和光缆分纤点(高河#25、高河#80)分成4段子线路(如图3b中1、2、3、4所示)，高要-河台的光缆在高河#25位置分纤引出光缆并在高河#20位置引至金利节点，在高河#80位置分纤并直接引至蛟塘节点。

在线路层面，是用子线路和节点来描述光路及网络结构的，洞心-高要的光路描述为“洞心《富佛-洞心子线路》富佛《横江-富佛子线路》横江《高要-横江子线路》高要”，很明显，对于该段光路而言，是经过横江、富佛两个节点进行跳纤的，光路的跳纤情况分析与电路的跳线情况分析在方法上其实是一样的。整个传输系统主环的光路描述即为各段光路的有序集合，为“高要《高要-河台子线路1》高河#20《高要-河台子线路2》高河#25《高要-河台子线路2》高河#20《金利接入子线路》金利《金利接入子线路》高河#20《高要-河台子线路2》高河#25《高要-河台子线路3》高河#80《蛟塘接入子线路》蛟塘《蛟塘接入子线路》高河#80《高要-河台子线路4》河台《河台-横江子线路》横江《横江-富佛子线路》富佛《富佛-洞心子线路》洞心《富佛-洞心子线路》富佛《横江-富佛子线路》横江《高要-横江子线路》高要”，从图3b中可以非常方便的识别出单节点隐患情况(在全环的光路路由描述中，若与某设备节点相接的两个方向的子线路是相同的，则该节点存在单节点隐患)：与金利、蛟塘、洞心这三个设备节点相接的子线路分别是金利接入子线路、蛟塘接入子线路、富佛-洞心子线路，则金利、蛟塘、洞心进出局光路同路由，存在单节点隐患。

(3)构件失效分析

构件指组成网络的各种元件，在本发明公开的方法中主要构件有线路、子线路、光缆、子光缆、光路、节点和设备，构件的失效分析基于描述体系中各构件的关联关系。由于光缆经过某段线路时不一定完全从起点至终点贯穿全段线路，光路经过某段光缆时也不一定完全从起点至终点贯穿全段光缆，所以某线路或某光缆在不同的位置点发生故障时对网络的影响情况是不一样的，但将线路和光缆进行拆分后，子线路、子光缆与光路则分别在线路、光缆、光路层面为最小的拓扑单元，同一子线路、子光缆或光路内不同的位置点发生故障时对网络的影响情况是相同的，因此我们进行构件失效分析时选择分别对子线路、子光缆、光路以及节点、设备失效进行分析，而整段线路或光缆失效时，其影响可根据其所包含的子线路或子光缆失效影响情况而得出。

子线路失效，其原因可能为管道塌方、电杆倒塌等，其影响为在该子线路上承载的全部子光缆失效；子光缆失效，其原因可能为子线路失效、偷盗破坏、雷击损坏等，其影响为该子光缆上承载的全部光路失效；节点失效，其原因可能为洪水、山火、雷击等自然灾害破坏等，其影响为节点内所有设备失效，与节点相连的所有子线路和子光缆失效。光路失效，其原因可能为子光缆失效、跳纤松脱、枪击损坏等；设备失效，其原因可能为节点失效、设备故障、节点掉电等，光路和节点失效是构件失效最终导致的结果，其影响是直接导致网络组网结构发生变化，并可能导致业务受影响。在光路或节点失效时，描述传送网络拓扑结构的图论模型中的邻接矩阵D和关联矩阵A中的元素数值将发生变化，也即点与点或点与边的连接关系有所改变，利用上述的结构指标分析方法可同步计算出结构指标变化情况。而且，可能同时存在的情况是，因光路或节点失效，导致若干接入节点与汇聚节点的所有光路路由(包括备用路由)中断，该部分接入节点成为图论模型中的孤立点，孤立点对应的传输设备上的业务也将同时中断。这就是构件失效时对传送网络拓扑结构及业务影响情况分析。

(4)备用路由分析

不同层面的网络拓扑结构下，备用路由的定义和应用是不同的，光路层面的备用路由是设备间存在的可能连通的路由情况，也即业务备用路由，应用于电路业务路由保护等情况；光缆层面的备用路由是节点间通过子光缆段可能连通的路由情况，也即光路备用路由，应用于应急跳纤、OLP光开关保护等情况；线路层面的备用路由是节点间通过子线路段可能连通的路由情况，也即光缆备用路由，应用于应急光缆布放、光缆工程规划等情况。但备用路由的分析方法是相同的，因为用来描述线路、光缆、光路网络拓扑结构的图论模型是相同的，不同的只是模型中的顶点和边所表示的网络实体，以及确定具体结构关系的邻接矩阵D和关联矩阵A中的元素的具体数值。

计算任意两节点间存在的路由情况，并计算路由的长度，剔除路由长度大于预设值(由传输设备光接口的发光功率、接收灵敏度及线路平均衰耗确定，一般可取值为100千米)的不可用路由，则可得到各层次中可用的备用路由，而节点间的路由情况可通过矩阵的变换运算得出，方法如下：对于一个具有n个节点的网络拓扑结构，建立邻接矩阵M＝[m_ij]_n×n，m_ij为该矩阵中的元素，代表从i节点到j节点的连接关系(其中i，j＝1，2，…，n)，其实该邻接矩阵M与上文提到的邻接矩阵D基本上是一样的。矩阵M中的n×n个元素m_ij的初始表达式按照如下定义得到：当节点i到j方向无直连链路时(包括i＝j时)，m_ij＝0；当节点i到j方向有直连链路X_ij时，m_ij＝X_ij；当节点i到j方向存在多条并联直连链路X_ij1，X_ij2，...，X_ijy时，m_ij＝x_ij1+X_ij2+…+X_ijy。

每次进行变换运算，都指定邻接矩阵中的某一行作为参考，并且该行必须是以前没被指定过的。根据指定的参考行对矩阵中其它行所有元素进行变换运算，而参考行中各元素保持不变。每次矩阵变换运算所需遵循的规则为：假设指定参考行为k，对矩阵中其它行所有元素进行变换，运算公式为：

m′_ij＝m_ikm_kj+m_ij

其中，m_ik，m_kj，m_ij为变换前矩阵中的元素，m′_ij为变换后矩阵中第i行第j列对应的元素。上式是按照逻辑代数运算规则计算的，并且在矩阵变换过程中要遵循逻辑化简原则，即在变换过程中必须利用逻辑公式及蕴含运算规则简化元素m′_ij，使之始终为最简的“与或”逻辑表达式。对于有n个节点的网络，需要按照相同的方法做n次矩阵变换。此时，矩阵中每一个元素位置上的“与或”逻辑表达形式，表示的就是行标号和列标号代表的节点间全部可能路由。式中每一个逻辑乘积项就是行列标号所示意的节点之间一条要寻找的路由，所有逻辑乘积项的集合就是行列标号所示意的节点之间要寻找的全部路由。

上述方法由其实现系统来实施，该系统利用数据库控制基础数据的规范性和关联性，利用软件设计实现对图论数学模型及矩阵运算的自动处理，通过GPS定位及视频呈现技术将网络情况生动展示，其包括：用于将传送网络基础数据用图论模型来描述及备份保存数据并提供更新和查询功能的数据管理模块；用于对存储在数据管理模块中的传送网络的各项数据进行拓扑结构安全分析的网络分析模块；用于将数据管理模块和网络分析模块的处理过程数据和结果数据及信息实时呈现的网络呈现模块。所述系统结构方框图如图4所示：所述数据管理模块包括：用于将传送网络基础数据用图论模型来描述并备份保存相关数据的网络数据备份模块；用于调用网络数据备份模块中的数据以供查询的网络数据查询模块；用于调用网络数据备份模块中的数据，更新后将数据存入网络数据备份模块的网络数据更新模块。所述网络分析模块包括：用于调用数据管理模块中的数据并对其进行逻辑成环指标和物理成环指标分析的结构指标分析模块；用于调用数据管理模块中的数据并对其进行单节点隐患识别的光路路由分析模块；用于调用数据管理模块中的数据并对其进行光路失效、设备失效、子光缆失效、子线路失效和节点失效分析的构件失效分析模块；用于调用数据管理模块中的数据并对其进行业务备用路由、光路备用路由和光缆备用路由分析的备用路由分析模块。所述网络呈现模块包括：用于将网络分析模块处理得到的物理节点实时呈现的物理节点呈现模块；用于将网络分析模块处理得到的物理路由实时呈现的物理路由呈现模块；用于将数据管理模块和网络分析模块处理得到的信息进行实时呈现网络信息呈现模块；用于将数据管理模块和网络分析模块处理得到的各种信息以视频方式呈现的网络视频呈现模块。

该系统的工作过程是：传送网络基础数据通过GPS传送到本系统，管理数据模块中的网络数据备份模块对传送网络基础数据用图论模型进行描述并储存，网络数据查询模块通过调用网络数据备份模块中的数据提供查询功能，网络数据更新模块调用网络数据备份模块中的数据根据实际情况进行更新操作后再存入网络数据备份模块，数据管理模块中的各种数据信息可通过网络呈现模块显示出来。对传送网络拓扑结构进行安全分析时，网络分析模块调用管理数据模块中的数据进行结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析，网络分析模块处理得到的物理节点由物理节点呈现模块实时呈现；网络分析模块处理得到的物理路由由物理路由呈现模块实时呈现；数据管理模块和网络分析模块处理得到的信息由网络信息呈现模块进行实时呈现；数据管理模块和网络分析模块处理得到的各种信息还可以由网络视频呈现模块以视频方式呈现。

应用上述方法和系统，可加快故障定位和抢通，平均缩短故障处理历时约0.5小时/次，按平均每次故障历时为2小时计算，可提升故障处理效率约25％。对全省折合约50万条2M电路按平均不可用时长占0.005％计算(2M电路日常运维可用率指标为99.990％-100％)，故障处理效率的提升可减少全年电路退服时长5.48万(2M×小时)。

而在社会效益方面，电路退服时长的减少提升了网络可用率，为国家及公众提供了更完善的基础通信保障，网络拓扑结构的进一步优化以及备用路由应急保障体系的完善提升了网络可靠性，特别在发生战争或自然灾害等特殊情况时(比如今年5月份的汶川地震)，更高的网络可靠性往往能为最有需要的地方提供可靠的网络信号，为政府指挥应急调度、挽救公众生命和财富创造不可估量的价值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种传送网络拓扑结构安全分析方法，其特征是，包括如下步骤：

第一步，用节点、设备、线路、光缆、光路、子线路和子光缆来描述传送网络的拓扑结构；

第二步，用图论模型来表示传送网络拓扑结构，令图集合Gp＝(V，E)，其中顶点集合V＝{v₁，v₂，…，v_n}用来表示传送网络拓扑结构中的节点或设备，边集合E＝{e₁，e₂，…，e_m}∈V×V用来表示传送网络拓扑结构中的光路、子光缆或子线路；邻接矩阵D用来表示顶点v之间的连接关系、关联矩阵A来表示顶点v和边e之间的连接关系：

其中：

其中：

第三步，对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行传送网络拓扑结构安全分析，其包括结构指标分析、光路路由分析、构件失效分析和/或备用路由分析。

2、根据权利要求1所述传送网络拓扑结构安全分析方法，其特征是，所述第一步中的节点包括设备节点和非设备节点，设备安装在设备节点内，线路起点和终点都属于节点，线路上承载光缆，光缆起点和终点属于节点，光缆上承载光路，光路起点和终点与设备连接；线路根据分支点拆分成子线路，光缆根据分纤点拆分成子光缆，所述子线路、子光缆和光路分别在线路层、光缆层、光路层均为最小的拓扑单元；所述最小的拓扑单元由两个端点及连接这两个端点的线组成，线上没有任何分支点；任意两个最小的拓扑单元可相互连接，但不会相互交叉。

3、根据权利要求1所述传送网络拓扑结构安全分析方法，其特征是，所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行结构指标分析，包括：(1)将映射到光路层的传送网络拓扑结构，利用图论中的网络组件识别方法对包括双归环数、单归环数、接入链数、支环数、支链数、接入点成环率、环上接入点数、单汇聚点最大接入链数、接入链最大节点数和末梢最大节点数的逻辑成环指标进行分析；(2)将映射到线路层的传送网络拓扑结构，通过分析光路的路由重叠情况来判断物理成环情况，对包括物理成环率和各级安全节点比例的物理成环指标进行分析。

4、根据权利要求1所述传送网络拓扑结构安全分析方法，其特征是，所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行光路路由分析，是指将映射到线路层的传送网络拓扑结构进行单节点隐患识别；其中，单节点是指在线路层面的拓扑结构上，节点所关联的边的数目为1的节点。

5、根据权利要求1所述传送网络拓扑结构安全分析方法，其特征是，所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行构件失效分析，包括：(1)将映射到光路层的传送网络拓扑结构进行光路失效分析和设备失效分析；(2)将映射到光缆层的传送网络拓扑结构进行子光缆失效分析；(3)将映射到线路层的传送网络拓扑结构进行子线路失效分析和节点失效分析。

6、根据权利要求1所述传送网络拓扑结构安全分析方法，其特征是，所述第三步中对所述用图论模型表示的传送网络拓扑结构进行备用路由分析，包括：(1)将映射到光路层的传送网络拓扑结构进行业务备用路由分析；(2)将映射到光缆层的传送网络拓扑结构进行光路备用路由分析；(3)将映射到线路层的传送网络拓扑结构进行光缆备用路由分析。

7、实现权利要求1至6中任一项所述传送网络拓扑结构安全分析方法的系统，其特征是，所述系统包括：

用于将传送网络基础数据用图论模型来描述及备份保存数据并提供更新和查询功能的数据管理模块；

用于对存储在数据管理模块中的传送网络的各项数据进行拓扑结构安全分析的网络分析模块；

用于将数据管理模块和网络分析模块的处理过程数据和结果数据及信息实时呈现的网络呈现模块。

8、根据权利要求7所述实现传送网络拓扑结构安全分析方法的系统，其特征是，所述数据管理模块包括：

用于将传送网络基础数据用图论模型来描述并备份保存相关数据的网络数据备份模块；

用于调用网络数据备份模块中的数据以供查询的网络数据查询模块；

用于调用网络数据备份模块中的数据，更新后将数据存入网络数据备份模块的网络数据更新模块。

9、根据权利要求7所述实现传送网络拓扑结构安全分析方法的系统，其特征是，所述网络分析模块包括：

用于调用数据管理模块中的数据并对其进行逻辑成环指标和物理成环指标分析的结构指标分析模块；

用于调用数据管理模块中的数据并对其进行单节点隐患识别的光路路由分析模块；

用于调用数据管理模块中的数据并对其进行光路失效、设备失效、子光缆失效、子线路失效和节点失效分析的构件失效分析模块；

用于调用数据管理模块中的数据并对其进行业务备用路由、光路备用路由和光缆备用路由分析的备用路由分析模块。

10、根据权利要求7所述实现传送网络拓扑结构安全分析方法的系统，其特征是，所述网络呈现模块包括：

用于将网络分析模块处理得到的物理节点实时呈现的物理节点呈现模块；

用于将网络分析模块处理得到的物理路由实时呈现的物理路由呈现模块；

用于将数据管理模块和网络分析模块处理得到的信息进行实时呈现网络信息呈现模块；

用于将数据管理模块和网络分析模块处理得到的各种信息以视频方式呈现的网络视频呈现模块。

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