CN108696385A - 基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，该方法先将实际的SDH网元设备根据逻辑功能划分出多个逻辑功能模块，在仿真平台上对逻辑功能模块进行建模而构建出逻辑功能模块虚拟模型，并根据逻辑功能模块虚拟模型建立虚拟SDH网元设备；再搭建实际SDH光传输网的虚拟拓扑结构；然后根据实际SDH光传输网的业务类型所需实现的逻辑功能查找具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并将该虚拟SDH网元设备应用于虚拟拓扑结构中；最后在仿真平台对虚拟拓扑结构进行仿真运行。本发明的仿真方法便于配置仿真参数、可扩展性高，并能够有效实现SDH光传输网业务类型的仿真，仿真效率较高。

Description

基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法。

背景技术

电力通信系统是现代电力系统不可缺少的重要组成部分，它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。光传输网作为电力通信系统中最重要的组成部分，它对整个电网的安全稳定运行起着至关重要的作用，同时，SDH技术是电力光传输网所采用的主要技术体制，对SDH光传输网进行深入的优化，可以大大的提高和电力系统的稳定性和可靠性，更好的提高电力信息化水平，在最大程度上发挥了电力通信的效益。

目前，随着电力通信系统规模和复杂度的增加，SDH光传输网仿真的需求和难度也日益增加。但是现有的SDH光传输网仿真方法，不具备灵活的可配置性和可扩展性，硬件仿真难以还原实际网络的众多设备与设备间的连接问题，电力仿真软件无法仿真多厂商混合组网的技术问题，软件只支持自身特有的数据格式，无法在其它同类软件中识别以及实现数据共享，使得现有的仿真方法适用范围较小，并且不能对电力通信系统SDH光传输网的运行性能进行准确真实的评估，无法满足使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，便于配置仿真参数、可扩展性高，并能够有效实现SDH光传输网承载的业务类型的仿真，从而更加准确地对SDH光传输网在运行过程中产生的正常和异常现象做出仿真，仿真效率较高。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，包括以下步骤：

1)将实际的SDH光传输网的网元设备根据逻辑功能划分出多个逻辑功能模块，在EXata仿真平台上对逻辑功能模块进行建模而构建出逻辑功能模块虚拟模型，并根据所述逻辑功能模块虚拟模型建立虚拟SDH网元设备；

2)在EXata仿真平台上搭建实际SDH光传输网的虚拟拓扑结构；

3)根据实际SDH光传输网承载的业务类型确定该业务类型所需要实现的逻辑功能，在EXata仿真平台上根据实际SDH光传输网承载的业务类型所需要实现的逻辑功能查找具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并判断是否可以找到具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，若判断结果为是，则转入步骤4)，否则转入步骤1)；

4)在EXata仿真平台上调用具备实际SDH光传输网承载的业务类型所需实现的逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并将该虚拟SDH网元设备应用于所述虚拟拓扑结构中；

5)在EXata仿真平台对所述虚拟拓扑结构进行仿真运行，并对仿真结果进行分析，然后根据仿真结果对实际SDH光传输网进行优化。

所述步骤3)中实际SDH光传输网承载的业务类型包括电力通信继电保护、安全稳定控制、远方投退控制和数据业务中一种或多种。

所述数据业务包括SCADA系统业务、EMS系统业务、功角测量业务和电能量计量业务中的一种或多种。

所述步骤4)后且在步骤5)之前，还进行以下步骤：在EXata仿真平台对虚拟拓扑结构进行链路仿真。

所述虚拟SDH网元设备包括终端复用器、分插复用器和再生中继器。

所述步骤5)中对仿真结果进行分析具体为：对虚拟拓扑结构仿真运行时的性能参数变化进行分析，所述性能参数包括虚拟拓扑结构中的网元节点数据、链路数据和业务数据。

所述逻辑功能模块包括低阶通道终端模块、复用段终端模块、再生段终端模块。

所述逻辑功能模块还包括低阶通道适配模块、低阶交叉模块、高阶交叉模块、高阶通道适配模块、高阶通道终端模块、复用段适配模块、复用段保护模块、PDH/SDH接口，SDH线路接口模块、时钟接入模块、同步设备定时模块、消息通信功能模块和同步设备管理功能模块。

本发明具有以下有益效果：本发明能够通过多种逻辑功能模块虚拟模型的灵活组装构建多种功能的虚拟SDH网元设备，并通过虚拟SDH网元设备构建SDH光传输网的虚拟拓扑结构，方便快捷、便于配置仿真参数、可扩展性高，并能够有效实现SDH光传输网承载的业务类型的仿真，从而更加准确地对SDH光传输网在运行过程中产生的正常和异常现象做出仿真。整个仿真方法合理性强，可实现高效实时仿真，仿真的执行效率较高，从而能够更为准确真实地评估和验证电力通信网络运行质量。

附图说明

图1是本发明的仿真流程示意图；

图2是逻辑功能模块的联系示意图；

图3是LPT模块的逻辑功能定义图；

图4是MST模块的逻辑功能定义图；

图5是SDH光传输网的虚拟拓扑结构示意图；

图6是虚拟SDH网元设备在SDH网中的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，包括以下步骤：

1)将实际的SDH光传输网的网元设备根据逻辑功能划分出多个逻辑功能模块，在EXata仿真平台上对逻辑功能模块进行建模而构建出逻辑功能模块虚拟模型，并根据逻辑功能模块虚拟模型建立虚拟SDH网元设备；

这里构建虚拟SDH网元设备可先根据逻辑功能模块虚拟模型构建UML类图，再根据UML类图进行虚拟SDH网元设备的构建。

其中，逻辑功能模块包括低阶通道终端模块(LPT)、低阶通道适配模块(LPA)、低阶交叉模块(LPC)、高阶交叉模块(HPC)、高阶通道适配模块(HPA)、高阶通道终端模块(HPT)、复用段适配模块(MSA)、复用段保护模块(MSP)、复用段终端模块(MST)、再生段终端模块(RST)、PDH/SDH接口(PPI)，SDH线路接口模块(SPI)、时钟接入模块(SETPI)、同步设备定时模块(SETS)、消息通信功能模块(MCF)和同步设备管理功能模块(SEMF)。

LPT、MST和RST这三种逻辑功能模块之间的关系如图2所示。

其中，低阶通道终端模块(LPT)，它是虚拟器的组合分解点，用于完成对净负荷的复用和解复用，以及完成对通道开销的处理。此模块的主要功能是向低阶通道C-n信号中加入开销字节进行管理形成VC-n信号。其逻辑功能如图3所示，LPT模块主要作用是在参考点L处对输入的C12加入低阶通道开销(V5、J2、N2、K4)形成VC12从参考点K处输出；反方向，从参考点K处输入VC12，终结、提取和处理低阶通道开销字节，从参考点L处输出C12信号。数据是指仿真平台是以2Mbit/s的信号为基础模拟SDH的处理流程，因此此处的数据为经过码速调整的C12信号。帧偏移是指：输入到本模块中的C12/VC12信号的频率和相位相对于本模块使用的时钟的偏差。VC-m为标准虚容器信号，m＝1,2,3，此处为VC-12，信号速率为2.24Mbit/s。T0接口为定时信号接口。

对LPT模块建模就是根据上述LPT模块的逻辑定义对LPT模块建模，并可在仿真平台中构建其对应的类，也即LPT模块建模主要是设计其上行方向C-12信号到VC-12信号的处理流程，和下行方向上VC-12信号到C-12信号的处理流程。上行方向产生和加入LPOH，下行方向剥离和处理LPOH。根据LPT模块的处理流程，在仿真平台上设计LPT模块的类，其中Process Up Data接口设计了LPT中的上行信号处理流程，Process Down Data接口设计下行信号处理流程，另外提供告警插入和上报接口，来对LPT模块中正常信号处理过程中加入干扰。

复用段终端模块(MST)，处于SDH协议定义的复用段层，其逻辑功能图参照图4。图中的参考点D处的数据和定时信号来源于MSP模块传输的净负荷，以及传送到MSP模块中剥离复用段开销字节的STM-1负荷。参考点C处的数据和定时信号来源RST模块剥离再生段开销的净负荷，以及传送到RST模块含有复用段开销的STM-1负荷。U2接口是提供和网络管理模块通信的接口；Y接口是时钟状态信息的接口；T0接口是本网元提供给MST模块的定时时钟源信号接口；S3接口是本模块检测到的告警信息上报接口；P接口是D4-D12字节的设置接口，用于维护、控制、监控，管理和其它一些通信行为使用；K1、K2接口用于和MSP模块间的通信，用作保护倒换信息接口；SD、SF接口：用作信号质量，误码检验，信号失效检测接口，当检测出信号劣化时MST模块会通过S3接口上报网管并记录。

对MST模块进行模块建模，就是根据上述MST模块的逻辑定义对MST模块建模，并可在仿真平台中构建其对应的类。MST是MSOH的源和宿，而在解复用过程中取出MSOH作为信息传输质量的监控并对劣化现象及时上报。将MST的处理流程划分为上行和下行两个方向，各提供一个主调用接口。上行方向上主要是设置MSOH，由本逻辑功能模块检测出误码或其它性能上的告警会产生REI告警和RDI告警。下行方向上主要提取MSOH，通过开销字节值判断是否有告警信息产生。根据MST模块的处理流程。根据MST模块的处理流程，在仿真平台上设计MST模块的类，其中Process Up Data接口设计了模块中的上行信号处理流程。ProcessDown Data接口设计下行信号处理流程。

再生段终端模块(RST)，用于进行信号的检测转发，在硬件设备中，再生中继是光中继，其作用是将长距离传输的光信号放大整形延长光传输距离，虚拟网络仿真中可以仿照通道终端的功能。

综上可知，步骤1)中对逻辑功能模块进行建模而构建出逻辑功能模块虚拟模型具体为：是指根据逻辑功能模块的逻辑定义对逻辑功能模块的上行和下行方向信号的处理流程进行模拟而得到具备该处理流程的逻辑功能模块虚拟模型。

在建立逻辑功能模块虚拟模型之后还可建立该虚拟模型相应的类。

2)根据实际SDH光传输网的结构在EXata仿真平台上搭建实际SDH光传输网的虚拟拓扑结构，如图5所示，虚拟SDH网元设备在SDH网中的应用，如图6所示；终端复用器接入虚拟节点的信号，经过网络的复用、传输和再生到达目标节点。

3)根据实际SDH光传输网承载的业务类型确定该业务类型所需要实现的逻辑功能，在EXata仿真平台上根据实际SDH光传输网承载的业务类型所需要实现的逻辑功能查找具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并判断是否可以找到具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，若判断结果为是，则转入步骤4)，否则转入步骤1)；

其中实际SDH光传输网承载的业务类型包括电力通信继电保护、安全稳定控制、远方投退控制和数据业务中一种或多种。

进一步地，数据业务包括SCADA(数据采集和监视监控系统)系统业务、EMS(能量管理系统)系统业务、功角测量业务和电能量计量业务中的一种或多种。

4)在EXata仿真平台上调用具备实际SDH光传输网承载的业务类型所需实现的逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并将该虚拟SDH网元设备应用于虚拟拓扑结构中；

5)在EXata仿真平台对所述虚拟拓扑结构进行仿真运行，并对仿真结果进行分析，然后根据仿真结果对实际SDH光传输网进行优化和改进，例如进行网络带宽扩容或新增电路。

在步骤4)后且在步骤5)之前，还进行以下步骤：在EXata仿真平台对虚拟拓扑结构进行链路仿真，以及定义各类协议模型和配置场景。链路仿真时通过点对点连接的方式添加链路，并且根据实际情况设计各条链路的传输特性，如时延、丢包率、时延抖动等。

步骤5)中对仿真结果进行分析具体为：先建立评估体系，在评估体系中实时显示仿真运行中的性能参数，并提取所有性能参数和报表中的性能指标，分析性能参数的变化，并由此分析性能指标的计算方法、以及各性能指标和综合能力之间的对应关系。

进一步地，上述性能参数包括虚拟拓扑结构中的网元节点数据、链路数据和业务数据。网元节点数据包括全节点的平均繁忙度，链路数据包括全链路的平均带宽利用率，业务数据包括业务流的平均时延、平均时延抖动和平均丢包率。

进一步地，步骤5)中根据仿真结果对实际SDH光传输网进行优化和改进具体为：仿真结束之后，调用每次统计保存的仿真分析数据(仿真运行中的性能参数变化)，并根据各种性能参数的变化，以及与其他网络拓扑的对比对实际网络做出优化。例如通过性能参数中全节点的平均繁忙度、全链路的平均带宽利用率、全部业务流的平均时延、平均时延抖动和平均丢包率的变化来对比其他网络拓扑结构和实际网络。同时，还可进行不同场景相应数据的累积分布函数(CDF)曲线的对比。

其中，虚拟SDH网元设备包括终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)和再生中继器(REG)。

终端复用器(TM)主要用于将低速支路的信号复用到线路端口的高速信号STM-1中，或从高速信号STM-1中分出低速支路信号。其中，线路端口输入/输出一条STM-1信号，而支路端口可输入/输出多路低速支路信号。

终端复用器(TM)运行的主要功能模块为LPT低通道终端模块，根据整个网络业务的需要，还可以添加其他功能模块。

分插复用器(ADM)位于SDH网沿途，主要位于SDH传输网络的转接站点处，ADM有西向、东向两个线路端口和多个支路端口。ADM模块主要用于将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上，或从东或西侧线路端口收的线路信号拆分出低速支路信号。

分插复用器(ADM)主要基于复用段终端模块MST，具有灵活分插任何支路的能力，在网络设计上有很大的灵活性。

再生中继器(REG)主要用于通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换来达到不积累线路噪声，保证线路上传送信号波形的完整性。

再生中继器(REG)主要基于再生段终端模块RST。

虚拟SDH网元设备还包括数字交叉连接设备(DXC)，数字交叉连接设备DXC主要用于STM-N信号的交叉连接，它是一个多端口器件，相当于一个交叉矩阵，完成各信号间的交叉连接。DXC设备可将输入的m路STM-N信号交叉连接到输出的n路STM-N信号上。

可以理解的，虚拟拓扑结构中的网元节点添加时，还可以添加PMU子站、PDC稳控子站和DataServer主站，业务类型仿真中上行业务是PMU子站到主站，下行业务是主站下行到稳控子站。

本实施例构建了多种逻辑功能模块虚拟模型，这些逻辑功能模块虚拟模型的灵活组装可以构建不同功能的虚拟SDH网元设备，灵活性强。通过这些具有完整功能的虚拟SDH网元设备构建SDH光传输网的虚拟拓扑结构，从而有效实现SDH光传输网的仿真，尤其是可实现SDH光传输网承载的业务类型的仿真，从而更加准确地对SDH光传输网在运行过程中产生的正常和异常现象做出仿真。整个仿真方法合理性强，便于配置仿真参数，在具体应用时还可以在虚拟网元设备库的基础上，随意扩展、更新网络的拓扑结构，具备灵活的可扩展性以及可根据需求改变的交互性，可实现高效实时仿真，仿真的执行效率和系统可扩展性较高，能够实现多厂商混合组网的SDH网络仿真，并较好地还原实际网络的众多设备与设备间的连接，从而能够更为准确真实地评估和验证电力通信网络运行质量。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，包括以下步骤：

1)将实际的SDH光传输网的网元设备根据逻辑功能划分出多个逻辑功能模块，在EXata仿真平台上对逻辑功能模块进行建模而构建出逻辑功能模块虚拟模型，并根据所述逻辑功能模块虚拟模型建立虚拟SDH网元设备；

2)在EXata仿真平台上搭建实际SDH光传输网的虚拟拓扑结构；

3)根据实际SDH光传输网承载的业务类型确定该业务类型所需要实现的逻辑功能，在EXata仿真平台上根据实际SDH光传输网承载的业务类型所需要实现的逻辑功能查找具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并判断是否可以找到具备该逻辑功能的虚拟SDH网元设备，若判断结果为是，则转入步骤4)，否则转入步骤1)；

4)在EXata仿真平台上调用具备实际SDH光传输网承载的业务类型所需实现的逻辑功能的虚拟SDH网元设备，并将该虚拟SDH网元设备应用于所述虚拟拓扑结构中；

5)在EXata仿真平台对所述虚拟拓扑结构进行仿真运行，并对仿真结果进行分析，然后根据仿真结果对实际SDH光传输网进行优化。

2.如权利要求1所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述步骤3)中实际SDH光传输网承载的业务类型包括电力通信继电保护、安全稳定控制、远方投退控制和数据业务中一种或多种。

3.如权利要求2所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述数据业务包括SCADA系统业务、EMS系统业务、功角测量业务和电能量计量业务中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述步骤4)后且在步骤5)之前，还进行以下步骤：在EXata仿真平台对虚拟拓扑结构进行链路仿真。

5.如权利要求1所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述虚拟SDH网元设备包括终端复用器、分插复用器和再生中继器。

6.如权利要求4所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述步骤5)中对仿真结果进行分析具体为：对虚拟拓扑结构仿真运行时的性能参数变化进行分析，所述性能参数包括虚拟拓扑结构中的网元节点数据、链路数据和业务数据。

7.如权利要求1所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述逻辑功能模块包括低阶通道终端模块、复用段终端模块、再生段终端模块。

8.如权利要求7所述的基于EXata的电力系统中SDH光传输网的仿真方法，其特征是，所述逻辑功能模块还包括低阶通道适配模块、低阶交叉模块、高阶交叉模块、高阶通道适配模块、高阶通道终端模块、复用段适配模块、复用段保护模块、PDH/SDH接口，SDH线路接口模块、时钟接入模块、同步设备定时模块、消息通信功能模块和同步设备管理功能模块。