CN109831380B

CN109831380B - 一种电力通信业务的路径保护方法

Info

Publication number: CN109831380B
Application number: CN201910139306.8A
Authority: CN
Inventors: 薛劲松; 杨钰; 潘裕庆; 卢超; 李彬; 祁兵
Original assignee: North China Electric Power University; Suzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Current assignee: North China Electric Power University; Suzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: CN109831380A

Abstract

本发明属于电力系统通信技术领域，具体涉及一种基于故障独立路径保护预置圈的电力通信业务的路径保护方法。本发明所提方法首先分析了故障独立路径保护预置圈的复用条件，并提出相应P圈复用算法，最大化地复用网络中的保护资源，以提高资源利用率；然后对P圈的综合效率评估进行了设计，以使更优的预置圈配置到网络中；最后设计了路径分段保护算法以尽可能避免保护失败的情况。本发明能够显著降低电力通信网中保护资源的冗余度和阻塞率，降低网络冗余。

Description

一种电力通信业务的路径保护方法

技术领域

本发明属于电力系统通信技术领域，具体涉及一种基于故障独立路径保护预置圈的电力通信业务的路径保护方法。

背景技术

电力通信网作为能源互联网的重要支撑和保障，是实现电网运行控制、智能化和互动化的重要基础。随着云服务、数据中心、容灾备份等大颗粒业务的发展，电力通信网的服务对象将更加广泛，电网公司现代化建设产生的新业务要求电力通信网具备更强的带宽承载能力和更灵活的带宽接入能力。与此同时，电力网与通信网的耦合日益加深，通信网故障可能引发电力网的连锁故障，对电力通信网的生存性和业务恢复能力提出了更高要求。目前，电力通信网的核心及汇聚节点主要采用迂回链路或独立双路由进行备份，其生存性方案为资源利用率较低的线性保护方式。另一方面，电力通信网络承载的新型业务逐级向上层骨干汇聚，将占用更多的带宽资源。以江苏省为例，目前全省光缆在省干及各地区均存在局部光缆纤芯的瓶颈段，部分主干光缆的纤芯使用已接近饱和，无法满足新建通信电路的需求。随着电力通信网逐渐由可靠性差的环网向连通性高的网状网演进，新型保护技术将在节约通信资源、降低网络冗余等方面发挥重要作用。

预置圈(Preconfigured Cycle，p-Cycle)也称P圈，区别于传统的线性保护方案，是一种针对网格网而设计的面保护机制，其基本思想是在网络中预留波长或频谱资源并进行预交叉连接构成圈状通道，以保护与之相关的业务。故障独立路径保护预置圈(failureindependent path protection preconfigured cycle，FIPPp-Cycle)作为一种高效的路径P圈保护方案，可为两通信节点在圈上的工作路径提供端到端的保护。由于保护资源是预置的，一旦工作路径上的节点或链路发生故障，工作业务将直接倒换到由P圈提供的保护路径上，倒换动作可在50毫秒内完成。

然而在现有技术中，存在电力通信网中存在P圈利用效率低、备份路径配置不合理而导致倒换动作时延较长以及工作路径过长时无法找到保护圈的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高P圈利用效率、降低故障发生后业务的倒换延时、解决无法找到保护圈问题，从而降低网络阻塞的电力通信业务的路径保护方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电力通信业务的路径保护方法，包括以下步骤：

步骤1：输入网络拓扑G及其中的链路容量信息，初始化链路权值为1，并预先搜索所述网络拓扑G中的P圈构成备选圈集合C；

步骤2：等待通信请求R_q；

步骤3：所述通信请求R_q到达所述网络拓扑G后，在所述网络拓扑G中为所述通信请求R_q搜索工作路径WP，判断所述工作路径WP上所有链路是否均存在空闲容量，若是，则所述工作路径WP可用，为所述工作路径WP暂时分配容量，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息，执行步骤4；若否，则阻塞所述通信请求R_q，转向步骤2；

步骤4：判断所述工作路径WP能否被所述网络拓扑G中已配置的P圈保护，若能，则接受所述通信请求R_q，并确定保护路径RP₁，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则执行步骤5；

步骤5：计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈对所述工作路径WP的综合效率，选择出对所述工作路径WP的综合效率最高的P圈c*作为所述工作路径对应的最优圈，执行步骤6；

步骤6：判断所述P圈c*对所述工作路径WP的综合效率是否大于0，若是，则接受所述通信请求R_q，并为所述工作路径WP配置保护路径RP₂，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则执行步骤7；

步骤7：将所述工作路径WP分割为n段子路径WP₁～WP_n，n为大于1的正整数，计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈分别对各所述子路径WP₁～WP_n的综合效率，分别选择出对各所述子路径WP₁～WP_n的综合效率最高的P圈c₁*～c_n*作为各所述子路径WP₁～WP_n对应的最优圈，分别判断各所述P圈c₁*～c_n*对对应的各所述子路径WP₁～WP_n的综合效率是否大于0，若是，则接受所述通信请求R_q，为各所述P圈c₁*～c_n*分配容量，同时确定备份路径RP₁*～RP_n*，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则阻塞所述通信请求R_q，释放步骤3中为所述工作路径WP暂时分配的容量，转向步骤2。

所述步骤3中，在所述网络拓扑G中采用最短路径算法为所述通信请求R_q搜索工作路径WP。

所述步骤4中，设所述网络拓扑G中已配置的P圈构成集合Cp，已配置的P圈的数量为|Cp|，工作路径WP的端点位于集合Cp中的各P圈上，所述网络拓扑G中已配置的第k个P圈c_k所保护的工作路径构成集合WP_k，对应的保护路径构成集合RP_k，k为大于或等于1且小于或等于|Cp|的整数，则所述步骤4包括以下子步骤：

子步骤401：初始化k＝1；

子步骤402：从所述集合Cp中取出第k个P圈c_k，并取出第k个P圈c_k所保护的工作路径构成的集合WP_k，判断所述集合WP_k中的各工作路径与所述工作路径WP是否存在相同的链路，若不存在相同的链路，则第k个P圈c_k可以保护所述通信请求R_q，在第k个P圈c_k上确定最短保护路径BP，将所述工作路径WP存入所述集合WP_k中，将所述最短保护路径BP存入所述集合RP_k中，确定所述最短保护路径BP作为保护路径RP₁，结束步骤4并返回；如存在相同的链路，则执行子步骤403；

子步骤403：从所述集合WP_k中取出与所述工作路径WP存在相同链路且已被保护的工作路径，并存入集合WP’_k，找到所述集合WP’_k中各条工作路径对应的保护路径，并存入集合BP’_k，执行子步骤404；

子步骤404：将第k个P圈c_k分割为两条保护路径BP₁和BP₂，所述保护路径BP₁的长度短于所述保护路径BP₂的长度；判断所述保护路径BP₁与所述集合BP’_k中的各保护路径是否存在相同的链路，若不存在相同的链路，则第k个P圈c_k可以保护所述通信请求R_q，将所述工作路径WP存入所述集合WP_k中，将所述保护路径BP₁存入所述集合RP_k中，确定所述保护路径BP₁作为保护路径RP₁，结束步骤4并返回；如存在相同的链路，则执行子步骤405；

子步骤405：判断所述保护路径BP₂与所述集合BP’_k中的各保护路径是否存在相同的链路，若不存在相同的链路，则第k个P圈c_k可以保护所述通信请求R_q，将所述工作路径WP存入所述集合WP_k中，将所述保护路径BP₂存入所述集合RP_k中，确定所述保护路径BP₂作为保护路径RP₁，结束步骤4并返回；如存在相同的链路，则执行子步骤406；

子步骤406：令k＝k+1，若k小于|Cp|，则转向子步骤402，否则P圈复用失败，结束步骤4。

所述步骤5中，计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈对所述工作路径WP的综合效率的方法为：

式中，c为所述备选圈集合C中包含的一个可用的P圈，η为可用的P圈c对所述工作路径WP的综合效率，|WP|为所述工作路径WP的长度，|RP|为可用的P圈c提供的保护路径的长度，|c|为可用的P圈c的长度。

所述步骤6中，按照最短备份路径原则为所述工作路径WP配置保护路径RP₂。

所述步骤7中，将所述工作路径WP分割为两段子路径WP₁和WP₂，计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈分别对子路径WP₁和WP₂的综合效率，分别选择出对子路径WP₁和WP₂的综合效率最高的P圈c₁*和c₂*作为子路径WP₁和WP₂对应的最优圈，分别判断P圈c₁*和c₂*对子路径WP₁和WP₂的综合效率是否大于0，若是，则接受所述通信请求R_q，为P圈c₁*和c₂*分配容量，同时确定备份路径RP₁*和RP₂*，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则阻塞所述通信请求R_q，释放步骤3中为所述工作路径WP暂时分配的容量，转向步骤2。

所述步骤1中，利用圈生成算法生成所述备选圈集合C。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明在故障独立路径保护预置圈基本保护理论的基础上，第一，通过分析P圈的复用条件，提出了增强的P圈复用算法，通过利用网络中已配保护资源来保护新发起的通信业务，可以大大提高网络中已经配置的保护资源的利用效率。第二，通过设计P圈的综合效率，能够优先地将备份路径和圈长较短的P圈配置到网络中，降低故障发生后业务的倒换时延。此外，通过设计工作路径的分段保护机制，可以有效避免因业务工作路径过长而无法找到保护圈的情形，从而降低网络阻塞率。

附图说明

附图1为本发明的电力通信业务的路径保护方法的实施流程图。

附图2为FIPP P圈保护原理的示意图。

附图3为FIPPP圈复用原理的示意图。

附图4为计算P圈的综合效率的示意图。

附图5为工作路径分段保护的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种基于故障独立路径保护预置圈的电力通信业务的路径保护方法，提出了P圈的综合效率计算方法将配置最优P圈到网络中，然后提出了增强的故障独立路径保护预置圈复用方法以复用网络中的保护资源，最后设计了路径分段保护算法以尽可能避免保护失败的情况。该方法具体如下：

如附图1所示，一种电力通信业务的路径保护方法，包括以下步骤：

步骤1：输入网络拓扑G及其中的链路容量信息(资源占用情况)，设置仿真参数，初始化链路权值为1，并利用圈生成算法预先搜索网络拓扑G中的P圈构成备选圈集合C。

步骤2：等待通信请求R_q。

步骤3：通信请求R_q到达网络拓扑G后，在网络拓扑G中采用最短路径算法为通信请求R_q搜索工作路径WP，判断工作路径WP上所有链路是否均存在空闲容量，若是，则工作路径WP可用，为工作路径WP暂时分配容量，更新网络拓扑G中的链路容量信息，执行步骤4；若否，则阻塞通信请求R_q，转向步骤2。

步骤4：判断工作路径WP能否被网络拓扑G中已配置的P圈保护，若能，则接受通信请求R_q，并确定保护路径RP₁，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则执行步骤5。

该步骤4中，设网络拓扑G中已配置的P圈构成集合Cp，已配置的P圈的数量为|Cp|，工作路径WP的端点位于集合Cp中的各P圈上，网络拓扑G中已配置的第k个P圈c_k所保护的工作路径构成集合WP_k，对应的保护路径构成集合RP_k，k为大于或等于1且小于或等于|Cp|的整数，则步骤4包括以下子步骤：

子步骤401：初始化k＝1；

子步骤402：从集合Cp中取出第k个P圈c_k，并取出第k个P圈c_k所保护的工作路径构成的集合WP_k，判断集合WP_k中的各工作路径与工作路径WP是否存在相同的链路，若不存在相同的链路，则第k个P圈c_k可以保护通信请求R_q，在第k个P圈c_k上确定最短保护路径BP，将工作路径WP存入集合WP_k中，将最短保护路径BP存入集合RP_k中，接受通信请求R_q，确定最短保护路径BP作为保护路径RP₁，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，结束步骤4并返回步骤2；如存在相同的链路，则执行子步骤403；

子步骤403：从集合WP_k中取出与工作路径WP存在相同链路且已被保护的工作路径，并存入集合WP’_k，找到集合WP’_k中各条工作路径对应的保护路径，并存入集合BP’_k，执行子步骤404；

子步骤404：将第k个P圈c_k分割为两条保护路径BP₁和BP₂，保护路径BP₁的长度短于保护路径BP₂的长度。判断保护路径BP₁与集合BP’_k中的各保护路径是否存在相同的链路，若不存在相同的链路，则第k个P圈c_k可以保护通信请求R_q，将工作路径WP存入集合WP_k中，将保护路径BP₁存入集合RP_k中，接受通信请求R_q，确定保护路径BP₁作为保护路径RP₁，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，结束步骤4并返回步骤2；如存在相同的链路，则执行子步骤405；

子步骤405：判断保护路径BP₂与集合BP’_k中的各保护路径是否存在相同的链路，若不存在相同的链路，则第k个P圈c_k可以保护通信请求R_q，将工作路径WP存入集合WP_k中，将保护路径BP₂存入集合RP_k中，接受通信请求R_q，确定保护路径BP₂作为保护路径RP₁，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，结束步骤4并返回2；如存在相同的链路，则执行子步骤406；

子步骤406：令k＝k+1，若k小于|Cp|，则转向子步骤402，继续判断下一个已配置的P圈能否保护，否则P圈复用失败，结束步骤4，执行步骤5。

步骤5：计算备选圈集合C中包含的各可用的P圈对工作路径WP的综合效率，选择出对工作路径WP的综合效率最高的P圈c*作为工作路径对应的最优圈，执行步骤6。这里，P圈可用指P圈上的所有链路均存在空闲容量。

该步骤5中，计算备选圈集合C中包含的各可用的P圈对工作路径WP的综合效率的方法为：

步骤6：判断P圈c*对工作路径WP的综合效率是否大于0，若是，则接受通信请求R_q，并按照最短备份路径原则为工作路径WP配置保护路径RP₂，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则执行步骤7。

步骤7：将工作路径WP分割为n段子路径WP₁～WP_n，n为大于1的正整数，计算备选圈集合C中包含的各可用的P圈分别对各子路径WP₁～WP_n的综合效率，分别选择出对各子路径WP₁～WP_n的综合效率最高的P圈c₁*～c_n*作为各子路径WP₁～WP_n对应的最优圈，分别判断各P圈c₁*～c_n*对对应的各子路径WP₁～WP_n的综合效率是否大于0，若是，则接受通信请求R_q，为各P圈c₁*～c_n*分配容量，同时确定备份路径RP₁*～RP_n*，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则阻塞通信请求R_q，释放步骤3中为工作路径WP暂时分配的容量，转向步骤2。

本实施例中的步骤7中，将工作路径WP分割为两段子路径WP₁和WP₂，计算备选圈集合C中包含的各可用的P圈分别对子路径WP₁和WP₂的综合效率，分别选择出对子路径WP₁和WP₂的综合效率最高的P圈c₁*和c₂*作为子路径WP₁和WP₂对应的最优圈，分别判断P圈c₁*和c₂*对子路径WP₁和WP₂的综合效率是否大于0，若是，则接受通信请求R_q，为P圈c₁*和c₂*分配容量，同时确定备份路径RP₁*和RP₂*，更新网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则阻塞通信请求R_q，释放步骤3中为工作路径WP暂时分配的容量，转向步骤2。

图2是故障独立路径保护P圈保护原理示意图。

图2中给出了工作路径与故障独立路径保护P圈的几种不同的位置关系，其中P圈为外围的1-2-3-4-5-6-7-1，用粗线表示；工作路径用带有箭头的实线表示；保护路径用带有箭头的虚线表示。图2(a)中工作路径1-8-6完全跨接在P圈上，即工作路径与P圈链路分离，其保护路径可以是1-7-6或1-2-3-4-5-6。为了缩短工作链路故障后恢复业务的时间，可选择较短的1-7-6作为保护路径。情形(b)中工作路径1-7-6-5则是完全位于圈上，其保护路径只有一条：1-2-3-4-5。情形(c)到(f)是工作路径部分位于圈上、部分跨接于P圈的情形，相应的保护路径已标示在图中。

图3为本发明所提方法的P圈复用原理示意图。

图3中给出了传统故障独立路径保护P圈和增强型故障独立路径保护P圈的复用原理，分别如图3(a)、(b)所示。由于线条较多，图3只画出了业务的工作路径，工作路径与对应保护路径的详细说明如下表所示。

图3(a)中，业务①～④的工作路径之间不存在相同链路，因此网络中某条链路中断后最多只会影响其中一个业务的传输，此时对应的保护路径不会发生资源竞争，能够确保业务的快速恢复。

经研究发现，在某些情况下，即使某些工作路径之间存在相同路径，它们仍可被同一P圈保护。例如，在图3(a)的基础上增加业务⑤和业务⑥，其工作路径如图3(b)所示。业务①、⑤、⑥的工作路径均互相存在相同的链路，链路故障的发生可能导致多个业务传输中断，但由于业务的保护路径互相链路分离，业务中断后仍可利用预置的保护路径进行传输而不会发生资源竞争现象。例如图3(b)链路8-6发生故障，业务①和业务⑤的工作路径将中断，此时业务①可通过保护路径1-7-6继续传输，业务⑤可通过保护路径6-5-4传输。也即两端点位于某P圈的一系列工作路径能被该P圈保护的条件是：(1)这些工作路径彼此链路分离；(2)若工作路径有相同链路，则对于具有相同链路的工作路径而言，其保护路径应彼此链路分离。前述方案的步骤4即基于此而实现，最大化地复用网络中的保护资源，以提高资源利用率。

图4为步骤5中计算P圈综合效率的示意图。

在为工作路径搜索可用P圈时，涉及到如何从备选圈集合C中选择最佳P圈以及为工作路径分配备份路径的问题。目前普遍将P圈的保护效率定义为受到保护的工作路径跳数与圈跳数之比，而未考虑备份路径的长度。例如，图4中工作路径WP：1-4-8，圈p₁：1-2-5-6-9-8-7-1，圈p₂：1-2-3-6-9-8-4-1，p₁和p₂均可保护WP。如选择p₁，保护路径可以是RP₁：1-7-8或RP₂：1-2-5-6-9-8；若选择p₂，则保护路径为RP₃：1-2-3-6-9-8。显然，在以上三条路径均可用时选择RP₁作为保护路径能在业务中断后最快地进行恢复，此时应该选择p₁保护WP。若按照前述定义，由于p₁和p₂的长度均为7跳，则二者的保护效率相等，无法区分P圈的综合保护效果。

为了遴选出更优的P圈，定义考虑保护路径长度的综合效率衡量指标η，即

式中：c为备选圈集合C中包含的一个可用的P圈，η为可用的P圈c对工作路径WP的综合效率，|WP|为工作路径WP的长度，|RP|为可用的P圈c提供的保护路径的长度，|c|为可用的P圈c的长度。

由式(1)可见，保护路径和圈越短，则保护效率越高。按照定义p₁对WP的综合效率η₁＝1/7，p₂对WP的综合效率η₂＝2/35，p₁对WP的综合效率更高，这样就遴选出了更好的P圈配置到网络中。

图5为步骤7中工作路径分段保护的示意图。

在P圈配置过程中，可能会出现在备选圈集合中找不到能够使工作路径的两端点位于某个P圈时的情形。为降低阻塞，此时可把工作路径分为多条，如两条子路径，再分别为各条子路径配置P圈。图5中，在找不到可用P圈覆盖节点1和8的情形下，工作路径WP：1-6-3-11-12-8分为了两段WP₁：1-6-3和WP₂：3-11-12-8，分别被圈p₁：1-2-3-4-5-1和圈p₂：3-7-8-9-10-11-3保护，相应的保护路径为RP₁：1-2-3和RP₂：3-7-8。通过该路径分段保护算法以尽可能避免保护失败的情况。

本发明能够显著降低电力通信网中保护资源的冗余度和阻塞率，降低网络冗余。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述电力通信业务的路径保护方法包括以下步骤：

步骤2：等待通信请求R_q；

步骤7：将所述工作路径WP分割为n段子路径WP₁～WP_n，n为大于1的正整数，计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈分别对各所述子路径WP₁～WP_n的综合效率，分别选择出对各所述子路径WP₁～WP_n的综合效率最高的P圈c₁*～c_n*作为各所述子路径WP₁～WP_n对应的最优圈，分别判断各所述P圈c₁*～c_n*对应的各所述子路径WP₁～WP_n的综合效率是否大于0，若是，则接受所述通信请求R_q，为各所述P圈c₁*～c_n*分配容量，同时确定备份路径RP₁*～RP_n*，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则阻塞所述通信请求R_q，释放步骤3中为所述工作路径WP暂时分配的容量，转向步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述步骤3中，在所述网络拓扑G中采用最短路径算法为所述通信请求R_q搜索工作路径WP。

3.根据权利要求1所述的一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述步骤4中，设所述网络拓扑G中已配置的P圈构成集合Cp，已配置的P圈的数量为|Cp|，工作路径WP的端点位于集合Cp中的各P圈上，所述网络拓扑G中已配置的第k个P圈c_k所保护的工作路径构成集合WP_k，对应的保护路径构成集合RP_k，k为大于或等于1且小于或等于|Cp|的整数，则所述步骤4包括以下子步骤：

子步骤401：初始化k＝1；

4.根据权利要求1所述的一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述步骤5中，计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈对所述工作路径WP的综合效率的方法为：

5.根据权利要求1所述的一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述步骤6中，按照最短备份路径原则为所述工作路径WP配置保护路径RP₂。

6.根据权利要求1所述的一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述步骤7中，将所述工作路径WP分割为两段子路径WP₁和WP₂，计算所述备选圈集合C中包含的各可用的P圈分别对子路径WP₁和WP₂的综合效率，分别选择出对子路径WP₁和WP₂的综合效率最高的P圈c₁*和c₂*作为子路径WP₁和WP₂对应的最优圈，分别判断P圈c₁*和c₂*对子路径WP₁和WP₂的综合效率是否大于0，若是，则接受所述通信请求R_q，为P圈c₁*和c₂*分配容量，同时确定备份路径RP₁*和RP₂*，更新所述网络拓扑G中的链路容量信息和链路权值，转向步骤2；若否，则阻塞所述通信请求R_q，释放步骤3中为所述工作路径WP暂时分配的容量，转向步骤2。

7.根据权利要求1所述的一种电力通信业务的路径保护方法，其特征在于：所述步骤1中，利用圈生成算法生成所述备选圈集合C。