CN105515643A - 一种主干光纤通信网络可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，包括以下步骤：1)捕获电力通信光路的基本网络单元以及基本网络单元之间的拓扑关系；2)捕获基本网络单元的内部部件以及内部部件之间的拓扑关系；3)获取内部部件的故障数据，并根据内部部件的故障数据获取内部部件的可用度；4)根据内部部件的可用度和内部部件之间的拓扑关系获得基本网络单元的可用度；5)根据基本网络单元的可用度和基本网络单元之间的拓扑关系获得电力通信光路的可用度；6)根据电力通信光路的可用度输出光纤通信网络可靠性的评估结果和评估建议。与现有技术相比，本发明充分考虑到电力通信光路的内部逻辑关系和供电电源的影响，适用于主干光纤通信网络可靠性评估。

Description

一种主干光纤通信网络可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其是涉及一种主干光纤通信网络可靠性评估方法。

背景技术

在骨干电力通信网络中，由于波分复用和OTN技术的应用，基于光纤的波长信道进行通信的业务波长通道，即通信光路，成为承载大容量业务的主要通道。在进行电力通信网运行统计分析时，通信电路的可靠性直接反映了电力通信网的整体可靠性。随着通信光路作为骨干通信电路在电力系统通信中发挥着越来越重要的作用，因此研究通信光路的可靠性具有重要的工程参考价值。

通信网的可靠性研究主要集中在光网络路径的有效性问题上。在网络有效性设计方面，目前的成果主要围绕有效性设计问题开展研究，对有效性分析问题缺乏全面的讨论。通信光路作为电力通信运行管理的重点关注内容，应该对其有效性进行深入研究，但现有的通信光路有效性研究成果存在如下不足：

(1)缺乏针对通信光路的有效性分析方法。绝大多数研究是针对公共传输网的传统通信电路开展的，没有考虑通信光路的特点，研究结果缺乏针对性。

(2)忽略通信电源对电路和光路有效性的影响。在高有效性系统中，通信电源是影响光路有效性的关键因素，前期研究普遍没有将供电电源作为有效性影响因素考虑进去，这与电力通信系统的运行管理是不相符的。

(3)未采用实际运行的故障数据来进行可用度分析，即没有区分不同的光缆段和节点故障，而是统一用一个共同的故障率估算分析所有的光缆设施和节点可用度。在实际运维中，不可能每个点和线的故障率都相同，有些地方故障率远远高于网络其余部分，比如说入城光缆和偏远山区的设备。以前对可靠性评估时很少利用实际的运行数据做评估依据。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，从电力通信光路和基本网络单元角度出发，分别建立相应的可用度模型，可用度模型充分考虑到电力通信光路的内部逻辑关系和供电电源的影响，从而实现主干光纤通信网络可靠性评估。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种主干光纤通信网络可靠性评估方法包括以下步骤：

1)捕获电力通信光路的基本网络单元以及基本网络单元之间的拓扑关系，所述基本网络单元包括光缆链路、光终端复用设备(以下简称OTM设备)和电中继设备；

2)捕获基本网络单元的内部部件以及内部部件之间的拓扑关系；

3)获取内部部件的故障数据，并根据内部部件的故障数据获取内部部件的可用度；

4)根据内部部件的可用度和内部部件之间的拓扑关系获得基本网络单元的可用度；

5)根据基本网络单元的可用度和基本网络单元之间的拓扑关系获得电力通信光路的可用度；

6)根据电力通信光路的可用度输出光纤通信网络可靠性的评估结果和评估建议。

所述光缆链路分为整段光缆和含光线路放大器(以下简称OLA设备)的光缆链路；

所述整段光缆包括依次连接的n段光缆子段，所述整段光缆的可用度A_o满足以下公式：

$A_o=\underset{i=1}{\overset{n}{\Π}}{A}_o^i$

其中，表示第i段光缆子段的可用度；

所述含OLA设备的光缆链路包括j个OLA设备和j+1段光缆子段，OLA设备和光缆子段交替连接，所述含OLA设备的光缆链路的可用度A_OLAlink满足以下公式：

$A_{OLAlink}=\underset{k=1}{\overset{j}{\Π}}{A}_{OLA}^k\·\underset{i=1}{\overset{j+1}{\Π}}{A}_o^i$

其中，表示第k个OLA设备。

所述OLA设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的一光收发单元、一波长复用/解复用单元、一波长复用/解复用单元和一光收发单元，两个光收发单元和两个波长复用/解复用单元分别通过子架背板连接电源单元，所述OLA设备的可用度A_OLA满足以下公式：

$A_{OLA}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元的可用度，A_BB表示子架背板的可用度，A_Power表示电源单元的可用度。

所述OTM设备分为带电交叉的OTM设备、带波长级1+1保护的OTM设备和无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备；

所述带电交叉的OTM设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的光收发单元、波长复用/解复用单元、一光转换板(以下简称OTU板，OTU板包括线路侧的OTU板、支路侧的OTU板以及支线路的OTU板)、电交叉单元和一OTU板，所述光收发单元、波长复用/解复用单元、两个OTU板和电交叉单元分别通过子架背板连接电源单元，所述带电交叉的OTM设备的可用度A_OTMa满足以下公式：

$A_{OTMa}=A_{TR}\·A_{WDM}\·A_{OTU}^2\·A_{cross}\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元的可用度，A_OTU表示OTU板的可用度，A_cross表示电交叉单元的可用度，A_BB表示子架背板的可用度，A_Power表示电源单元的可用度；

所述带波长级1+1保护的OTM设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的光收发单元、波长复用/解复用单元、光保护切换单元(以下简称OPSA单元)和OTU板，所述光收发单元、波长复用/解复用单元、OPSA单元和OTU板分别通过子架背板连接电源单元，所述带波长级1+1保护的OTM设备的可用度A_OTMb满足以下公式：

A_OTMb＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_OPSA·A_BB·A_Power

其中，A_OPSA表示OPSA单元的可用度；

所述无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的光收发单元、波长复用/解复用单元和OTU板，所述光收发单元、波长复用/解复用单元和OTU板分别通过子架背板连接电源单元，所述无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备的可用度A_OTMc满足以下公式：

A_OTMc＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_BB·A_Power。

所述电中继设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的一光收发单元、一波长复用/解复用单元、一OTU板、一OTU板、一波长复用/解复用单元和一光收发单元，两个光收发单元、两个波长复用/解复用单元和两个OTU板分别通过子架背板连接电源单元，所述电中继设备的可用度A_reg满足以下公式：

$A_{reg}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{OTU}^2\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元的可用度，A_OTU表示OTU板的可用度，A_BB表示子架背板的可用度，A_Power表示电源单元的可用度。

所述电源单元为通信机房电源，所述电源单元包括交流电源、第一整流单元、第二整流单元、第一蓄电单元、第二蓄电单元、第一直流配电屏和第二直流配电屏，所述交流电源分别连接第一整流单元和第二整流单元，所述第一蓄电单元和第二整流单元分别连接第一直流配电屏，所述第二蓄电单元和第二整流单元分别连接第二直流配电屏，所述电源单元的可用度A_Power满足以下公式：

$\begin{array}{c}{A}_{Power}=A_{AC}\·\left(\begin{array}{c}(A_{X1}+A_{X3}-A_{X1}\·A_{X3})\·A_{DD1}\\ +(1-(A_{X1}+A_{X3}-A_{X1}\·A_{X3})\·A_{DD1})\·(A_{X2}+A_{X4}-A_{X2}\·A_{X4})\·A_{DD2}\end{array}\right)\\ +(1-A_{AC})\·\left(\begin{array}{c}{A}_{X3}\·A_{X4}\·(A_{X1}+A_{X2}-A_{X1}\·A_{X2})\·(A_{DD1}+A_{DD2}-A_{DD1}\·A_{DD2})\\ +(1-A_{X3}\·A_{X4})\·(A_{X1}\·A_{DD1}+A_{X2}\·A_{DD2}-A_{X1}\·A_{X2}\·A_{DD1}\·A_{DD2})\end{array}\right)\end{array}$

其中，A_AC表示交流电源的可用度，A_X1表示第一蓄电单元的可用度，A_X2表示第二蓄电单元的可用度，A_X3表示第一整流单元的可用度，A_X4表示第二整流单元的可用度，A_DD1表示第一直流配电屏的可用度，A_DD2表示第二直流配电屏的可用度。

所述电力通信光路包括专用通信光路和主备用通信光路。

所述专用通信光路包括依次连接的作为发起端的OTM设备、光缆链路、中间节点和作为终止端的OTM设备，所述中间节点采用电中继设备或作为中间节点的OTM设备，所述专用通信光路的可用度A_专用满足以下公式：

A_专用＝A_发·A_link·A_中·A_收

其中，A_发表示作为发起端的OTM设备的可用度，A_link表示光缆链路的可用度，A_中表示中间节点的可用度，A_收表示作为终止端的OTM设备的可用度。

所述主备用通信光路包括作为发起端的OTM设备、作为主用的光缆链路、作为主用的中间节点、作为备用的光缆链路、作为备用的中间节点和作为终止端的OTM设备，所述作为发起端的OTM设备、作为主用的光缆链路、作为主用的中间节点和作为终止端的OTM设备依次连接，所述作为发起端的OTM设备、作为备用的光缆链路、作为备用的中间节点和作为终止端的OTM设备依次连接，所述作为主用的中间节点和作为备用的中间节点采用电中继设备或作为中间节点的OTM设备，所述主备用通信光路的可用度A_主备满足以下公式：

A_主备＝A_发·A_收·(A_主link·A_主中+A_备link·A_备中-A_主link·A_主中·A_备link·A_备中)

其中，A_发表示作为发起端的OTM设备的可用度，A_主link表示作为主用的光缆链路的可用度，A_备link表示作为备用的光缆链路的可用度，A_主中表示作为主用的中间节点的可用度，A_备中表示作为备用的中间节点的可用度，A_收表示作为终止端的OTM设备的可用度。

所述内部部件的故障数据包括内部部件的平均故障时间和内部部件的平均维修时间，内部部件的可用度A满足以下公式：

$A=\frac{MTTF-MTTR}{MTTF}$

其中，MTTF为内部部件的平均故障时间，MTTR为内部部件的平均维修时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明结合电力通信光路的特点，给出电力通信光路其可用度评估，并用电力通信光路的可用度来评估电力光纤通信网络的可靠性，具有重要的工程参考价值。

2)充分考虑通信设备的内部逻辑关系和供电电源的影响，利用基本可用度理论来解决电力骨干通信网中基本网络单元的可靠性分析问题，提出的基本网络单元的可用度模型可以全面的评价其可用度，与电力通信系统的运行管理相符，评价结果更加真实反应电力光纤通信网络的可靠性。

3)对不同基本网络单元具体划分，并采用实际运行的故障数据来进行可用度分析，即针对不同的光缆段和节点故障分别进行分析，进一步提高数据的精度和可靠性。

4)在基本网络单元的可用度模型的基础上，选择了两种重要的电力通信光路(专用通信光路和主备用通信光路)建立了光路的有效性模型，并给出采用实际运行故障数据进行可用度分析的方法，采用实际运行故障数据和可用度模型对电力光纤通信网络的可靠性评估，方法简单有效，处理效率和精度高。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为含OLA设备的光缆链路的可用度模型示意图；

图3为OLA设备的可用度模型示意图；

图4为OTM设备的可用度模型示意图；

其中，(4a)为带电交叉的OTM设备的可用度模型示意图，(4b)为带波长级1+1保护的OTM设备的可用度模型示意图，(4c)为无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备的可用度模型示意图；

图5为电中继设备的可用度模型示意图；

图6为电源单元的可用度模型示意图；

图7为500Kv变电站通信电源系统的可用度模型示意图；

图8为专用通信光路的可用度模型示意图；

图9为某一专用通信光路的可用度模型详细示意图；

图10为主备用通信光路的可用度模型示意图；

图11为某一主备用通信光路的可用度模型详细示意图。

图中：1、光缆子段，2、OLA设备，3、电源单元，4、子架背板，5、光收发单元，6、波长复用/解复用单元，7、OTU板，8、电交叉单元，9、OPSA单元，10、OTM设备，11、光缆链路，12、中间节点，AC、交流电源，X1、第一蓄电单元，X2、第二蓄电单元，X3、第一整流单元，X4、第二整流单元，DD1、第一直流配电屏，DD2、第二直流配电屏。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种主干光纤通信网络可靠性评估方法包括以下步骤：

1)捕获电力通信光路的基本网络单元以及基本网络单元之间的拓扑关系。

2)捕获基本网络单元的内部部件以及内部部件之间的拓扑关系。

3)获取内部部件的故障数据，并根据内部部件的故障数据获取内部部件的可用度。

通信网是一个可维修系统，用可用度测度表示可维修系统的可靠性是最佳选择。可用度可解释为网络运行时间与某个指定时间段的比值。确定通信网的可用度需要两个时间参数，一个是平均故障时间(MeanTimeToFailure，MTTF)，另一个是平均维修时间(MeanTimeToRepair，MTTR)。

在此基础上，可以定义平均故障间隔时间(MeanTimeBetweenFailure，MTBF)，平均故障间隔时间＝平均故障时间—平均维修时间，利用平均故障间隔时间和平均维修时间可以将可用度表示为：

在此基础上，可计算各内部部件的可用度，则定义内部部件的可用度A满足以下可用度表达式：

$A=\frac{MTTF-MTTR}{MTTF}=\frac{MTBF}{MTBF+MTTR}$

其中，MTTF为内部部件的平均故障时间，MTTR为内部部件的平均维修时间，MTBF为内部部件的平均故障间隔时间，内部部件的MTTF、MTTR和MTBF构成内部部件的故障数据。

4)根据内部部件的可用度和内部部件之间的拓扑关系获得基本网络单元的可用度。

5)根据基本网络单元的可用度和基本网络单元之间的拓扑关系获得电力通信光路的可用度。

6)根据电力通信光路的可用度输出光纤通信网络可靠性的评估结果和评估建议。

其中，基本网络单元包括光缆链路11、OTM设备10和电中继设备，下面具体说明：

(1)光缆链路11分为整段光缆和含OLA设备2的光缆链路11；

(11)整段光缆包括依次连接的n段光缆子段1，整段光缆的可用度A_o满足以下可用度表达式：

$A_o=\underset{i=1}{\overset{n}{\Π}}{A}_o^i$

其中，表示第i段光缆子段1的可用度，实际计算时，设整段光缆的长度为nkm，将整段光缆划分为长度1km的n段。

(12)有在线放大器的光缆链路11是在光缆链路11的两个节点之间有2段或以上传输光缆，传输光缆之间配置了在线光放大器，用以对衰减的光信号进行光学放大，如图2所示，含OLA设备2的光缆链路11包括j个OLA设备2和j+1段光缆子段1，OLA设备2和光缆子段1交替连接，含OLA设备2的光缆链路11的可用度A_OLAlink满足以下可用度表达式：

$A_{OLAlink}=\underset{k=1}{\overset{j}{\Π}}{A}_{OLA}^k\·\underset{i=1}{\overset{j+1}{\Π}}{A}_o^i$

其中，表示第k个OLA设备2，其他定义同上，实际计算时，设光缆子段1的长度分别为L₁、L₂…L_j+1km，而每公里光缆的可用度设备A_OF，则 图2-图11中，实线表示电力线连接，点划线表示数据线连接。

如图3所示，OLA设备2包括电源单元3、子架背板4，以及依次连接的一光收发单元5、一波长复用/解复用单元6、一波长复用/解复用单元6和一光收发单元5，两个光收发单元5和两个波长复用/解复用单元6分别通过子架背板4连接电源单元3，波长复用/解复用单元6用于信号复用或解复用。

OLA设备2对波长信号的放大过程如下：波长信道信号经光收发单元5进行光放大后，由波长复用/解复用单元6从复用光信号中解复用出数据信道和监控信道，数据信号再经波长复用/解复用单元6与监控信号复用在一起后，由光收发单元5进行光放大后，输出到传输光缆。以上经过的内部部件都插在子架背板4上，并由通信系统的电源单元3进行供电。

OLA设备2的可用度A_OLA满足以下可用度表达式：

$A_{OLA}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元5的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元6的可用度，A_BB表示子架背板4的可用度，A_Power表示电源单元3的可用度。

(2)如图4所示，OTM设备10依据是否使用电交叉以及是否采用波长级1+1保护分为：带电交叉的OTM设备10、带波长级1+1保护的OTM设备10和无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备10；

(21)如图(4a)所示，带电交叉的OTM设备10包括电源单元3、子架背板4，以及依次连接的光收发单元5、波长复用/解复用单元6、线路侧的OTU板7、电交叉单元8和支路侧的OTU板7，光收发单元5、波长复用/解复用单元6、两个OTU板7和电交叉单元8分别通过子架背板4连接电源单元3。

使用电交叉单元8的电交叉功能、但没有波长级1+1保护的OTM设备10，对业务的接收过程如下：波长信道信号光收发单元5进行光放大后，由波长复用/解复用单元6从复用光信号中解复用出来独占一根光纤，经线路侧的OTU板7进行光电变换后，由电交叉单元8交换到支路侧的OTU板7，向用户提供业务。发送过程为以上过程的逆过程。以上经过的内部部件都插在子架背板4上，并由通信系统的电源单元3进行供电。

带电交叉的OTM设备10的可用度A_OTMa满足以下可用度表达式：

$A_{OTMa}=A_{TR}\·A_{WDM}\·A_{OTU}^2\·A_{cross}\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_OTU表示OTU板7的可用度，A_cross表示电交叉单元8的可用度。

(22)如图(4b)所示，带波长级1+1保护的OTM设备10包括电源单元3、子架背板4，以及依次连接的光收发单元5、波长复用/解复用单元6、OPSA单元9和OTU板7，光收发单元5、波长复用/解复用单元6、OPSA单元9和OTU板7分别通过子架背板4连接电源单元3。

无电交叉但使用OPSA单元9的波长级1+1保护的OTM设备10，接收业务信号的过程如下：波长信道信号光收发单元5进行光放大后，由波长复用/解复用单元6从复用光信号中解复用出来独占一根光纤，经OPSA单元9板选择1+1保护的其中一路波长数据后，进入OTU板7进行光电变换，向用户提供业务。发送过程为以上过程的逆过程，不同的是OPSA单元9板将OTU发出的波长信号一分为二。以上经过的内部部件都插在子架背板4上，并由通信系统的电源单元3进行供电。

带波长级1+1保护的OTM设备10的可用度A_OTMb满足以下可用度表达式：

A_OTMb＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_OPSA·A_BB·A_Power

其中，A_OPSA表示OPSA单元9的可用度。

(23)如图(4c)所示，无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备10包括电源单元3、子架背板4，以及依次连接的光收发单元5、波长复用/解复用单元6和OTU板7，光收发单元5、波长复用/解复用单元6和OTU板7分别通过子架背板4连接电源单元3。

无电交叉且不使用波长级1+1保护的OTM设备10，接收业务信号的过程如下：波长信道信号光收发单元5进行光放大后，由波长复用/解复用单元6从复用光信号中解复用出来独占一根光纤后，进入OTU板7进行光电变换，向用户提供业务。发送过程为以上过程的逆过程。以上经过的内部部件都插在子架背板4上，并由通信系统的电源单元3进行供电。

无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备10的可用度A_OTMc满足以下可用度表达式：

A_OTMc＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_BB·A_Power。

(3)如图5所示，电中继设备包括电源单元3、子架背板4，以及依次连接的一光收发单元5、一波长复用/解复用单元6、一OTU板7、一OTU板7、一波长复用/解复用单元6和一光收发单元5，两个光收发单元5、两个波长复用/解复用单元6和两个OTU板7分别通过子架背板4连接电源单元3。

电中继设备对业务信号的处理过程如下：波长信道信号经光收发单元5进行光放大后，由波长复用/解复用单元6从复用光信号中解复用出波长信号，波长信号经OTU板7光电变换和电中继处理后，再经另一块OTU板7进行电光变换，由波长复用/解复用单元6复用后经光收发单元5放大后，输出到传输光缆。以上经过的内部部件都插在子架背板4上，并由通信系统的电源单元3进行供电。

电中继设备的可用度A_reg满足以下可用度表达式：

$A_{reg}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{OTU}^2\·A_{BB}\·A_{Power}.$

以上基本网络单元中的电源单元3为通信机房电源而非设备电源，通信机房电源是电力系统通信重要的支撑设备，它对网络的可用度影响很大，但在现有的可用度模型中却没有被考虑。

如图6所示，电源单元3包括交流电源13、第一整流单元X3、第二整流单元X4、第一蓄电单元X1、第二蓄电单元X2、第一直流配电屏DD1和第二直流配电屏DD2，交流电源13分别连接第一整流单元X3和第二整流单元X4，第一蓄电单元X1和第二整流单元X4分别连接第一直流配电屏DD1，第二蓄电单元X2和第二整流单元X4分别连接第二直流配电屏DD2。第一整流单元X3和第二整流单元X4可采用交流配电屏和整流器串联的结构。

电源单元3的可用度A_Power满足以下可用度表达式：

$\begin{array}{c}{A}_{Power}=A_{AC}\·\left(\begin{array}{c}(A_{X1}+A_{X3}-A_{X1}\·A_{X3})\·A_{DD1}\\ +(1-(A_{X1}+A_{X3}-A_{X1}\·A_{X3})\·A_{DD1})\·(A_{X2}+A_{X4}-A_{X2}\·A_{X4})\·A_{DD2}\end{array}\right)\\ +(1-A_{AC})\·\left(\begin{array}{c}{A}_{X3}\·A_{X4}\·(A_{X1}+A_{X2}-A_{X1}\·A_{X2})\·(A_{DD1}+A_{DD2}-A_{DD1}\·A_{DD2})\\ +(1-A_{X3}\·A_{X4})\·(A_{X1}\·A_{DD1}+A_{X2}\·A_{DD2}-A_{X1}\·A_{X2}\·A_{DD1}\·A_{DD2})\end{array}\right)\end{array}$

其中，A_AC表示交流电源13的可用度，A_X1表示第一蓄电单元X1的可用度，A_X2表示第二蓄电单元X2的可用度，A_X3表示第一整流单元X3的可用度，A_X4表示第二整流单元X4的可用度，A_DD1表示第一直流配电屏DD1的可用度，A_DD2表示第二直流配电屏DD2的可用度。

图7为500kV变电站通信电源系统的可用度框图表示，这是一种最高级别的系统配置情况。BTl、BT2、BT3、BT4是四组独立的蓄电池组，分别构成第一蓄电单元X1和第二蓄电单元X2，ADl、AD2、AD3、AD4是四面交流配电屏，RDl和RD2是两套独立的整流器，分别构成第一整流单元X3和第二整流单元X4，则第一蓄电单元X1、第二蓄电单元X2、第一整流单元X3和第二整流单元X4的可用度表达式分别为：

A_X1＝A_BT1+A_BT2-A_BT1·A_BT2

A_X2＝A_BT3+A_BT4-A_BT3·A_BT4

A_X3＝A_RD1·(A_AD1+A_AD2-A_AD1·A_AD2)

A_X4＝A_RD2·(A_AD3+A_AD4-A_AD3·A_AD4)。

本发明中对电力通信光路的广播特性进一步分析，电力通信光路包括专用通信光路和主备用通信光路，下面具体说明：

(一)如图9所示，专用通信光路的构成内部部件包括光缆、光收发单元5、波分复用/解复用单元、OTU板7、子架背板4和电源单元3等。依据不同的功能需求，可能还有OLA设备2、电交叉单元8或OPSA单元9，专用通信光路还可能经过中间节点12，中间节点12可能是电中继设备或作为中间节点12的OTM设备10。

包含中间节点12的网络单元可以简化成如图8所示，专用通信光路包括依次连接的作为发起端的OTM设备10、光缆链路11、中间节点和作为终止端的OTM设备10。

专用通信光路的可用度A_专用满足以下可用度表达式：

A_专用＝A_发·A_link·A_中·A_收

其中，A_发表示作为发起端的OTM设备10的可用度，A_link表示光缆链路11的可用度，A_中表示中间节点的可用度，A_收表示作为终止端的OTM设备10的可用度。其中OTM设备10、光缆链路11、电中继设备的可用度采用对应的可用度表达式得到。

(二)如图11所示，主备用通信光路包含收发节点、主用的工作光缆链路11和中间节点12、备用的备份光缆链路11和中间节点12。主备份通信光路的构成单元包括光缆、光收发单元5、波分复用/解复用单元、OTU板7、OPSA单元9、子架背板4和电源单元3等。对于需要在线放大的光路，还有OLA设备2，有电交叉功能节点的通信光路还包括电交叉单元8，专用通信光路还可能经过中间节点12。

包含中间节点12的网络单元可以简化成如图10所示，主备用通信光路包括作为发起端的OTM设备10、作为主用的光缆链路11、作为主用的中间节点12、作为备用的光缆链路11、作为备用的中间节点12和作为终止端的OTM设备10，作为发起端的OTM设备10、作为主用的光缆链路11、作为主用的中间节点12和作为终止端的OTM设备10依次连接，作为发起端的OTM设备10、作为备用的光缆链路11、作为备用的中间节点12和作为终止端的OTM设备10依次连接，作为主用的中间节点12和作为备用的中间节点12采用电中继设备或作为中间节点12的OTM设备10，主备用通信光路的可用度A_主备满足以下可用度表达式：

A_主备＝A_发·A_收·[1-(1-A_主link·A_主中)×(1-A_备link·A_备中)]

＝A_发·A_收·(A_主link·A_主中+A_备link·A_备中-A_主link·A_主中·A_备link·A_备中)

其中，A_发表示作为发起端的OTM设备10的可用度，A_主link表示作为主用的光缆链路11的可用度，A_备link表示作为备用的光缆链路11的可用度，A_主中表示作为主用的中间节点12的可用度，A_备中表示作为备用的中间节点12的可用度，A_收表示作为终止端的OTM设备10的可用度。

以某骨干通信网络的可靠性评估为例，它采用波分复用技术来提高光缆(纤)链接的可用带宽，进行波长级的1+1保护，在节点处采用OTN技术来实现业务的疏导。

对于光缆的可用度，对于无实测故障的光缆，按该网络的光缆故障情况进行统计分析计算，该通信网发生通信光缆故障总计104次，故障累计时间639小时。由此可以计算得出光缆的MTTR和MTBF：

MTTR＝639/104＝6.144小时/次，

MTBF＝365×24×23780.7/104≈3004600km小时/次。

则修复率和故障率分别约为0.16次/小时和3.328×10²Fit，依据可得光缆每km可用度的值为0.999997955。当一段光缆长nkm时，其可用度为A_O＝(0.999997955)ⁿ。

根据电源单元3的通信电源失效率和MTBF参数，结合公式，可计算出电源单元3的可用度为：A_power＝0.99999999999600。

将OTN设备基本单元的可用度参数代入公式，可分别得到使用电交叉、采用波长级1+1保护和不使用电交叉也不采用波长级1+1保护的三种OTM设备10的可用度分别为：

$A_{OTMa}=A_{TR}\·A_{WDM}\·A_{OTU}^2\·A_{cross}\·A_{BB}\·A_{Power}=0.998968857549,$

A_OTMb＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_OPSA·A_BB·A_Power＝0.999225687575，

A_OTMc＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_BB·A_Power＝0.999245817021。

OLA设备2可用度为：

$A_{OLA}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{BB}\·A_{Power}=\mathrm{0.99922976848517.}$

电中继设备的可用度为：

$A_{reg}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{OTU}^2\·A_{BB}\·A_{Power}=\mathrm{0.999132003666748.}$

根据各链路的类型、长度和配置OLA个数，依据公式A_O＝(0.999997955)ⁿ或可计算得到各光缆链路11的可用度。

将所得数据，代入表达式A_专用＝A_发·A_link·A_中·A_收中，可计算得到专用通信光路的可用度。

将所得数据代入：

A_主备＝A_发·A_收·(A_主link·A_主中+A_备link·A_备中-A_主link·A_主中·A_备link·A_备中)中，可计算得到这些主备通信光路的可用度。

经计算可知所有主备通信光路的可用度都在0.997以上，即使可用度最差的主备通信光路，可用度也有0.997650(它相对其主通信光路的可用度0.988815有较大的提高)，充分说明了采用波长级1+1保护在可用度提升上的作用，即该骨干通信网络的可靠性评估结果为优秀，可以建议通过增加波长级1+1保护的方式来增加可用度，提高可靠性。

Claims (10)

1.一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)捕获电力通信光路的基本网络单元以及基本网络单元之间的拓扑关系，所述基本网络单元包括光缆链路、OTM设备和电中继设备；

2)捕获基本网络单元的内部部件以及内部部件之间的拓扑关系；

3)获取内部部件的故障数据，并根据内部部件的故障数据获取内部部件的可用度；

4)根据内部部件的可用度和内部部件之间的拓扑关系获得基本网络单元的可用度；

5)根据基本网络单元的可用度和基本网络单元之间的拓扑关系获得电力通信光路的可用度；

6)根据电力通信光路的可用度输出光纤通信网络可靠性的评估结果和评估建议。

2.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述光缆链路分为整段光缆和含OLA设备的光缆链路；

所述整段光缆包括依次连接的n段光缆子段，所述整段光缆的可用度A_o满足以下公式：

$A_o=\underset{i=1}{\overset{n}{\Π}}{A}_o^i$

其中，表示第i段光缆子段的可用度；

所述含OLA设备的光缆链路包括j个OLA设备和j+1段光缆子段，OLA设备和光缆子段交替连接，所述含OLA设备的光缆链路的可用度A_OLAlink满足以下公式：

$A_{OLAlink}=\underset{k=1}{\overset{j}{\mathrm{\Π}}}{A}_{OLA}^k\·\underset{i=1}{\overset{j+1}{\Π}}{A}_o^i$

其中，表示第k个OLA设备。

3.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述OLA设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的一光收发单元、一波长复用/解复用单元、一波长复用/解复用单元和一光收发单元，两个光收发单元和两个波长复用/解复用单元分别通过子架背板连接电源单元，所述OLA设备的可用度A_OLA满足以下公式：

$A_{OLA}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元的可用度，A_BB表示子架背板的可用度，A_Power表示电源单元的可用度。

4.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述OTM设备分为带电交叉的OTM设备、带波长级1+1保护的OTM设备和无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备；

所述带电交叉的OTM设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的光收发单元、波长复用/解复用单元、一OTU板、电交叉单元和一OTU板，所述光收发单元、波长复用/解复用单元、两个OTU板和电交叉单元分别通过子架背板连接电源单元，所述带电交叉的OTM设备的可用度A_OTMa满足以下公式：

$A_{OTMa}=A_{TR}\·A_{WDM}\·A_{OTU}^2\·A_{cross}\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元的可用度，A_OTU表示OTU板的可用度，A_cross表示电交叉单元的可用度，A_BB表示子架背板的可用度，A_Power表示电源单元的可用度；

所述带波长级1+1保护的OTM设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的光收发单元、波长复用/解复用单元、OPSA单元和OTU板，所述光收发单元、波长复用/解复用单元、OPSA单元和OTU板分别通过子架背板连接电源单元，所述带波长级1+1保护的OTM设备的可用度A_OTMb满足以下公式：

A_OTMb＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_OPSA·A_BB·A_Power

其中，A_OPSA表示OPSA单元的可用度；

所述无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的光收发单元、波长复用/解复用单元和OTU板，所述光收发单元、波长复用/解复用单元和OTU板分别通过子架背板连接电源单元，所述无电交叉与波长级1+1保护的OTM设备的可用度A_OTMc满足以下公式：

A_OTMc＝A_TR·A_WDM·A_OTU·A_BB·A_Power。

5.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述电中继设备包括电源单元、子架背板，以及依次连接的一光收发单元、一波长复用/解复用单元、一OTU板、一OTU板、一波长复用/解复用单元和一光收发单元，两个光收发单元、两个波长复用/解复用单元和两个OTU板分别通过子架背板连接电源单元，所述电中继设备的可用度A_reg满足以下公式：

$A_{reg}=A_{TR}^2\·A_{WDM}^2\·A_{OTU}^2\·A_{BB}\·A_{Power}$

其中，A_TR表示光收发单元的可用度，A_WDM表示波长复用/解复用单元的可用度，A_OTU表示OTU板的可用度，A_BB表示子架背板的可用度，A_Power表示电源单元的可用度。

6.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述电源单元为通信机房电源，所述电源单元包括交流电源、第一整流单元、第二整流单元、第一蓄电单元、第二蓄电单元、第一直流配电屏和第二直流配电屏，所述交流电源分别连接第一整流单元和第二整流单元，所述第一蓄电单元和第二整流单元分别连接第一直流配电屏，所述第二蓄电单元和第二整流单元分别连接第二直流配电屏，所述电源单元的可用度A_Power满足以下公式：

$\begin{array}{c}{A}_{Power}=A_{AC}\·\left(\begin{array}{c}\left(A_{X1}+A_{X3}-A_{X1}\·A_{X3}\right)\·A_{DD1}\\ +\left(1-\left(A_{X1}+A_{X3}-A_{X1}\·A_{X3}\right)\·A_{DD1}\right)\·\left(A_{X2}+A_{X4}-A_{X2}\·A_{X4}\right)\·A_{DD2}\end{array}\right)\\ +\left(1-A_{AC}\right)\·\left(\begin{array}{c}{A}_{X3}\·A_{X4}\·\left(A_{X1}+A_{X2}-A_{X1}\·A_{X2}\right)\·\left(A_{DD1}+A_{DD2}-A_{DD1}\·A_{DD2}\right)\\ +\left(1-A_{X3}\·A_{X4}\right)\·\left(A_{X1}\·A_{DD1}+A_{X2}\·A_{DD2}-A_{X1}\·A_{X2}\·A_{DD1}\·A_{DD2}\right)\end{array}\right)\end{array}$

其中，A_AC表示交流电源的可用度，A_X1表示第一蓄电单元的可用度，A_X2表示第二蓄电单元的可用度，A_X3表示第一整流单元的可用度，A_X4表示第二整流单元的可用度，A_DD1表示第一直流配电屏的可用度，A_DD2表示第二直流配电屏的可用度。

7.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述电力通信光路包括专用通信光路和主备用通信光路。

8.根据权利要求7所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述专用通信光路包括依次连接的作为发起端的OTM设备、光缆链路、中间节点和作为终止端的OTM设备，所述中间节点采用电中继设备或作为中间节点的OTM设备，所述专用通信光路的可用度A_专用满足以下公式：

A_专用＝A_发·A_link·A_中·A_收

其中，A_发表示作为发起端的OTM设备的可用度，A_link表示光缆链路的可用度，A_中表示中间节点的可用度，A_收表示作为终止端的OTM设备的可用度。

9.根据权利要求7所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述主备用通信光路包括作为发起端的OTM设备、作为主用的光缆链路、作为主用的中间节点、作为备用的光缆链路、作为备用的中间节点和作为终止端的OTM设备，所述作为发起端的OTM设备、作为主用的光缆链路、作为主用的中间节点和作为终止端的OTM设备依次连接，所述作为发起端的OTM设备、作为备用的光缆链路、作为备用的中间节点和作为终止端的OTM设备依次连接，所述作为主用的中间节点和作为备用的中间节点采用电中继设备或作为中间节点的OTM设备，所述主备用通信光路的可用度A_主备满足以下公式：

A_主备＝A_发·A_收·(A_主link·A_主中+A_备link·A_备中-A_主link·A_主中·A_备link·A_备中)

其中，A_发表示作为发起端的OTM设备的可用度，A_主link表示作为主用的光缆链路的可用度，A_备link表示作为备用的光缆链路的可用度，A_主中表示作为主用的中间节点的可用度，A_备中表示作为备用的中间节点的可用度，A_收表示作为终止端的OTM设备的可用度。

10.根据权利要求1所述的一种主干光纤通信网络可靠性评估方法，其特征在于，所述内部部件的故障数据包括内部部件的平均故障时间和内部部件的平均维修时间，内部部件的可用度A满足以下公式：

$A=\frac{MTTF-MTTR}{MTTF}$

其中，MTTF为内部部件的平均故障时间，MTTR为内部部件的平均维修时间。