（通信与信息系统专业论文）电力通信网可靠性评价指标体系的研究.pdf

l l i l 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力通信网可靠性评价指标体系 的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：期：翟堂丛眵 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：丝垂鱼垒 7 1 e j 期：趁2 ：芝! 丝 导师签名： 乞蛮。 l p 毒 、 一 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 可靠性评价指标体系的建立是可靠性评价的基础，是衡量系统总体评价目标的 重要前提。以提高电力通信网络可靠性水平为目的，本论文对电力通信网可靠性评 价指标体系进行了研究。 在对电力通信网主要技术以及公网可靠性的深入分析与研究的基础上，对电力 通信网可靠性进行了分析。基于以往的研究成果和经验，制定了指标体系的设计方 案。在总结了电力通信网可靠性影响因素和分析结果的前提下，遵循指标体系设计 方案，建立了电力通信网可靠性评价指标体系。运用数理统计学的相关理论对指标 体系的有效性和可靠性进行了验证。最后，使用调研统计数据，综合运用模糊层次 分析法和熵权法进行了指标权重计算并做了可靠性综合评价，结果验证了权重确定 方法和综合评价的科学性和实用性。 关键词：电力通信网，可靠性，可靠性评价，指标体系 a bs t r a c t t h ec s t a b l i s h m e n to fr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mi st h ef o u n d a t i o no fr e l i a b i l i t y e v a l u a t i o na n dt h ep r e m i s eo fm e a s u r i n gt h es y s t e me v a l u a t i o nt a r g e ta sw e l l t oi m p r o v e t h er e l i a b i l i t yo fe l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，t h er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e x s y s t e mo fe l e c t r i cp o w e r c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki ss t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h em a i nj o b so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s f i r s t ，a n a l y z et h er e l i a b i l i t yo f e l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kb a s e do nt h ea n a l y s e sa n dr e s e a r c h e so nt h em a i n t e c h n o l o g i e si n e l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d t h er e l i a b i l i t yo fp u b l i c c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s e c o n d ，d e s i g na n de s t a b l i s ht h er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e x s y s t e mo nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ef a c t o r st h a th a v ee f f e c t so nt h er e l i a b i l i t yo fe l e c t r i c p o w e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dr e f e r r i n gt ot h ef o r m e rr e s e a r c h e sa n de x p e r i e n c e s t h i r d ，v e r i f yt h ev a l i d i t y a n dr e l i a b i l i t yo ft h ei n d e xs y s t e mt h r o u g hm a t h e m a t i c a l s t a t i s t i c st h e o r y f i n a l l y , c a l c u l a t et h ew e i g h to fe a c hs e l e c t e di n d e xa n do b t a i nt h eo v e r a l l e v a l u a t i o no fr e l i a b i l i t yo ft h en e t w o r k ，u s i n gf u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n de n t r o p y w e i g h tm e t h o da n dw i t ht h ea c t u a ld a t a t h es i m u l a t i o n r e s u l t sd e m o n s t r a t et h e p r a c t i c a l i t ya n ds c i e n t i f i c i t yo ft h ea b o v em e t h o d l o uy u n y o n g ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f z h a oz h e n d o n g k e yw o r d s ： e l e c t r i c p o w e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , r e l i a b i l i t y , r e l i a b i l i t y e v a l u a t i o n ，i n d e xs y s t e m - _ j 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 课题研究的背景”1 1 2 国内外研究现状1 1 3 课题研究的意义。”2 1 4 论文的主要工作与组织结构3 第二章电力通信网及可靠性评价概述5 2 1 电力通信网概述5 2 1 1 电力通信传输网一5 2 1 2 电力通信数据网一6 2 2 电力通信网技术7 2 3 可靠性评估概述9 2 3 1 通信网的可靠性“9 2 3 2 通信网的可靠性评价1 2 2 4 电力通信网可靠性分析1 3 2 5 电力通信网可靠性评价层次划分1 3 2 5 1 可靠性层次结构1 3 2 5 2 可靠性综合指数1 6 2 6 本章小结一17 第三章模糊层次分析法与熵权法1 8 3 1 模糊层次分析法1 8 3 1 1 模糊层次分析法的概念1 8 3 1 2 模糊层次分析法的原理1 8 3 2 熵权法2 0 i 华北电力大学硕士学位论文目录 ”2 0 2 l ”2 2 与熵权法的综合”2 3 一2 4 第四章评价指标体系的构建和优化2 5 4 1 指标体系的建立思路2 5 4 2 指标体系的建立原则2 5 4 3 指标体系框架一2 7 4 4 指标体系的建立2 7 4 4 1 可靠性影响因素分析”2 7 4 4 2 指标体系的确定2 7 4 5 指标体系的优化方法”2 9 4 5 1 指标体系的有效性验证方法2 9 4 5 2 指标体系的可靠性验证方法3 0 4 6 指标体系的有效性和可靠性验证”3 l 4 7 本章小结”3 3 第五章指标体系的应用举例一3 4 5 1 评价指标：3 4 5 1 1 评价指标体系的选定3 4 5 1 2 评价指标权重的确定一3 4 5 2 电力通信网可靠性综合指数3 9 5 3 本章小结4 l 第六章结论与展望4 2 6 1 论文工作总结”4 2 6 2 下阶段的工作4 2 华北电力大学硕士学位论文目录 参考文献4 4 致谢4 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 9 f i i 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景 第一章引言弟一旱，i 甬 电力通信网作为行业性的专用通信网，是随电力系统的发展需要而逐步形成和 发展的。在过去的“十五 电力通信网建设期间，通信传输媒介实现了从微波向光 缆转变，技术体制实现了从异步数字体系向同步数字体系的跨越。当前的“十一五” 电力通信网建设目标包括传输网、业务网和支撑网，此建设期间，综合业务传输逐 渐成为通信业务的主体，技术的应用更多地体现在数据及信息层面上【1 1 。从相关统 计资料看，通信系统投资大约占电网二次系统投资的7 0 1 2 l ，如此规模的投资急需 更加科学和系统的管理和控制。 电力通信网络是保证电力安全生产的基础设施，是电网安全稳定运行的三大支 柱之一。它的稳定、可靠运行是电力调度自动化系统、电网安全稳定控制系统和电 力线路继电保护装置等电力安全生产保障系统发挥作用的保证，是国家专用通信网 之一，是电力系统不可缺少的重要组成部分1 3 4 1 。电力系统通信网【5 j 是由发电厂及变 电所等各级电力部门相互连接的传输系统和设在这些部门的交换系统或终端设备 构成，是电网重要组成部分，由电网结构、运行管理模式、经济性等因素决定。电 力通信网作为专业的通信网，其对可靠性的要求有一定的特殊性。目前，随着电力 企业信息化、现代化管理水平的不断提高，电力通信业务要全面服务于调度自动化、 继电保护、电站控制、市场营销、财务管理以及m i s 等电力系统业务，这些业务都离 不开电力通信网络的可靠性【6 1 。 可靠性评价是目前国内外研究的热点问题，属于系统工程的研究范畴，需要应 用系统综合评价技术【7 】科学进行。“十一五”国网公司1 8 l 总体规划要求当前要适应电 力市场改革的要求、适应电网发展的总体要求，围绕公司发展的总体思路、总体目 标，为大规模同步电网的调度运行管理提供技术支持。随着一次网络的建设，进一 步建设和完善光纤网络。调整和优化网络结构，发挥网络整体优势，提高网络可靠 性和运行效率。 电力通信网的安全性、可靠性直接关系到电力系统生产运行的安全可靠i9 l 。随 着电力通信网的发展，大量电力系统业务需要通过电力通信网进行传输，电力系统 对于通信网的依赖性增大，通信网故障对电力系统的影响也愈加严重。因而，通信 网可靠性评价的研究工作越来越受到重视。在可靠性评价的过程中，评价指标是整 个评价工作的重要基础，评价指标体系构建的是否科学，直接影响到评价结果的优 劣，因此对评价指标体系的研究具有重要的现实意义； 1 2 国内外研究现状 1 华北电力大学硕士学位论文 在可靠性的研究方面，国外相对于国内来说起步较早，主要的研究是集中在网 络拓扑结构的连通性上。研究的是任意两节点和特定两节点之间通信的可能性，以 及能够进行通信的节点对的数量【1 0 j 。这方面的研究可以分为两部分：硬件可靠性和 软件可靠性1 1 1 】。硬件可靠性主要研究的是物理节点和链路所构成的拓扑结构的连通 性；软件可靠性主要研究的是路由算法、网络组织、维护和网管对通信网可靠性的 影响。其中，日本的稳定基准，就是讨论可靠性。美国则有f c c ( f e d e r a l c o m m u n i c a t i o nc o m m i s s i o n ) 的n r c 和n r i c ，a t i s ( a l l i a n c eo ft e l e c o m m u n i c a t i o n i n d u s t r ys o l u t i o n ) 的t 1 a 1 ，以及b e l l c o r e 等组织和机构负责通信网可靠性方面的研 究，其研究成果已为一些国家的运营公司所采用。欧洲基本遵从i t u t 的研究成果， 它发表的研究成果相对较少1 1 2 以4 1 。 我国的可靠性研究目前主要是对设备冗余度、网络连通性、网络生存性等方面 进行讨论，涉及到的理论有概率论、图论、运筹学和相应的通信理论等。可靠性研 究的一般方法【1 5 , 1 6 】：对所需要的信息进行收集分析，对建立的系统模型进行描述， 并对系统可靠性采用数学方法量化，再分配可靠性指标，最后提出规范和体制来保 证通信网的可靠性。有两种方法可以获得可靠性指标：一种的步骤是依照服务质量 一网络性能一可靠性性能的顺序进行分配，这是根据收集到的用户对可靠性的要求 来进行的；另一种的步骤是由元件可靠性一设备可靠性一系统可靠性一网络可靠性 的顺序计算得到，这是根据现有网络情况来进行的。最后确定指标时，则应根据国 内具体情况，综合考虑各个指标值，提出合理的通信网可靠性指标。 电力通信网通信技术经历了从纵横交换到程控交换、从明线和同轴电缆到光纤 传输、从模拟网到数字通信网、从定点通信到移动通信、从主要面向硬件到面向软 件技术的几个阶段变化。随着信息交流的日益强烈，跨行业技术交叉与渗透越发明 显，电力通信作为电力系统的重要基础设施、系统的神经中枢、行业的高科技先驱， 更应该跟上飞速发展的时代步伐，率先引领电力科技领域新潮流。但在实际运行中， 电力通信网同公网相比，所做的研究工作还是滞后的。 目前，国内外学者在公网的可靠性这一问题上做了不少的研究工作，有了一定 程度的研究成果，但对于电力通信网这一特殊的通信网络，关于可靠性方面的研究 工作做的很少，电力通信网是有别于公网的特殊网络，并介于电力通信网的安全可 靠运行直接关乎到电力系统的安全生产，所以其可靠性的研究工作有必要进行开 展。即便公网可靠性的研究工作做的比较早，但绝大部分研究都是局限于网络设计 时的可靠性1 1 2 l ，缺乏对网络运行可靠性的考虑。其实，网络的运行可靠性是人们最关 心的。对于电力通信网而言，运行可靠性的研究同样重要。 1 3 课题研究的意义 2 华北电力大学硕士学位论文 电力通信网的可靠性水平直接关系到电力系统生产运行。通信网的可靠性下 降，将导致通信网传输电力系统业务性能的下降，结果将不能满足电力系统业务在 通信性能方面的要求。电力系统的稳定可靠与电力通信网的稳定可靠密切相关。因 此，通过提高电力通信网的可靠性，能够较大程度地保证整个电力系统的运行可靠 性。 评价指标体系的建立是可靠性评价的基础，是衡量系统总体评价目标的重要前 提。构建电力通信网可靠性评价指标体系和进行可靠性综合评价的重要意义是： ( 1 ) 电力通信网可靠性研究工作正处于研究阶段，可靠性评价指标体系的研究 工作目前处于空白区，本文力求综合考虑影响电力通信网可靠性的指标因素，将设 备，网络，管理等方面因素综合考虑在可靠性评价中。 ( 2 ) 评价指标是整个评价工作的重要基础和依据，构建的评价指标体系能为运 行的电力通信网可靠性水平进行比较提供依据。指标体系可以指导可靠性管理、统 一评价标准，最终达到信息标准化和信息共享，为电力通信可靠性管理和评价有效 地服务。 ( 3 ) 对电力通信网进行可靠性评价，可以对运行中的网络给出整体性能评估。 在评价的过程中，可以整体的掌握网络运行的实际情况，网络的可靠性发展趋势， 为当前及今后网络的发展和规划提供指导性建议。可靠性评价涉及诸多因素的综合 决策和评价问题，评价指标的分析研究至关重要，直接影响评价结果。 1 4 论文的主要工作与组织结构 本文进行了电力通信网的可靠性分析与研究，得出了电力通信网可靠性评价指 标体系，确定了指标权重计算方法和可靠性综合评价模型，最终选取指标体系中部 分指标进行实例应用。 论文各章节组织结构如下： 第一章，引言。本章介绍了课题的选题背景和研究意义，电力通信网可靠性的 国内外研究现状，以及论文的主要工作和组织结构。 第二章，电力通信网及可靠性评价概述。本章介绍了电力通信网及主要电力通 信技术，包括电力通信传输网的架构、业务特点，电力通信数据网，电力系统通信 技术；从公网可靠性评价入手进行电力通信网的可靠性评价，并介绍了可靠性评价 的层次化结构和可靠性综合指数。 第三章，模糊层次分析法与熵权法。本章系统的介绍了模糊层次分析法和熵权 法理论，分析了综合运用两种方法进行指标权重确定时的优点。 第四章，评价指标体系的构建和优化。本章介绍了指标体系建立思路、建立原 则和体系框架等指标设计方案，在对电力通信网可靠性分析的基础上，按照指标设 3 华北电力大学硕士学位论文 计方案建立了电力通信网可靠性评价指标体系，并对指标体系的有效性和可靠性进 行了验证。 第五章，指标体系的应用举例。本章分析了某省电力通信系统网络的年度运行 统计数据，统计选取了设备故障类数据，部分指标定量数据争取了专家的意见，基 于指标体系中部分选定指标与实际数据，进行了指标权重计算和可靠性综合评价。 第六章，结论与展望。本章对论文的所有工作进行了总结，对本课题下一阶段 的工作进行了展望。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章电力通信网及可靠性评价概述 电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的，多年来一直在 不断的发展变化中，其技术日新月异。本章介绍了电力通信网及主要电力通信技术， 包括电力通信传输网的架构、业务特点，电力通信数据网，电力系统通信技术；从 公网可靠性评价入手进行电力通信网的可靠性评价，并介绍了可靠性评价的层次化 结构和可靠性综合指数。 2 1 电力通信网概述 2 1 1 电力通信传输网 ( 1 ) 电力通信传输网架构【2 0 】 电力通信网作为电力系统的支撑和保障系统，不仅承担着电力系统的生产指挥 和调度，同时也为行政管理和自动化信息传输提供服务。由于电力系统在国民经济 中的重要地位，电力通信网般采用专用通信网，电力系统服务整个国家，因此电 力通信网是全国性网络，同其他的全国性网络一样，也分为干线传输网和本地城 域传输网。干线传输网络主要承担区域级电力公司间的业务调度和管理，实现大容 量的业务承载，要求网络具有高度的可靠性。根据国家大小和行政区域划分的不同， 干线网络可进一步划分为国家干线和省级干线。本地城域网主要承担区域电力公 司和其所辖区域内的直属单位之间的信息传送。这些直属单位包括：电厂、电力配 送站、变电站、变电所、供电公司等。本地城域网分为核心网和接入网，核心网 主要完成收敛汇聚、大颗粒调度等；接入网主要完成各站点的多业务接入和适配。 基于电力系统本身的特点，接入网的接口种类相当丰富，数量相对较少，不同的接 口有不同的技术要求，相同的业务也可能有不同的实现方式，总的要求是综合能力 强，维护使用简单。 ( 2 ) 电力通信传输网业务1 2 0 l 特点 目前电力系统通信网业务按功能分主要有以下几种： 1 ) 自动化业务：包括调度自动化、电能计量系统、变电站综合自动化、调度 生产m i s 和电力市场技术支持系统等。 2 ) 保护业务：包括故障录波系统、电网安全稳定控制系统、雷电检测系统和 继电保护系统等。 3 ) 话音业务：电力系统话音业务主要包括调度电话、行政电话、会议电话。 调度电话主要用于各级调度中心与变电站、电厂之间的语音通讯，保障电网安全稳 5 华北电力大学硕士学位论文 定运行；行政电话系统主要服务于电力内部的生产和管理；会议电话系统实现多方 语音通信的功能。 4 ) 管理信息业务：包括各种用电m i s 、财务m i s ，电力基建项目管理系统、 电力生产及安全管理系统、人事管理、运营管理、o a 、g i s 系统等。 5 ) 视频业务：视频业务主要包括会议电视系统及变电站自动监控系统。 以上多种电力系统业务在传输网络中以窄带语音、窄带低速数据、宽带数据、 多媒体业务及视频业务等多种通信业务类型传送。不同的业务网可以采用同一传输 网承载，也可以采用不同的传输网承载。p c m 网络由传统s d h 网络承载。i p 网络 可以采用光纤直驱的方式组网，也可以承载在传统s d h 网络或m s t p 网络上。通 过多年来的发展和应用，m s t p 网络因其多业务的支持能力，已成为电力公司建设 其传输网络的首选方案【2 0 1 。采用m s t p 构建统一的多业务承载平台，可以同时承载 p c m 网络和i p 网络，从而避免重复投资、减少建设成本和维护成本。从以上的分 析可知，电力通信传输网是一个分层的、提供多种业务的、高可靠性的、能够适应 将来发展的传输网络。 2 1 2 电力通信数据网 随着电力系统的日益发展，电力系统的全面信息化要求越来越迫切。电力通信 数据网的建设将是电力系统信息化建设的重要部分。各省电力公司将在现有通信网 络的基础上，建设一个覆盖省公司和全省各地区供电公司及省属直调厂站的数据网 络，实现全省电力系统生产管理信息资源的共享。 ( 1 ) 国家电力数据通信网【2 1 j 国家电力数据通信网是电力通信网的重要业务网络之一，是电力系统内各种计 算机应用系统实现网络化的公共平台，是实现电力信息化的基础。 国家电力数据通信网承载的主要业务有： 1 ) 企业管理信息及办公自动化( 含d m i s 、通信m i s 等) 。 2 ) 电力市场信息发布。 3 ) i p 会议电视( 会议电视、远程教育、视频监视、协同工作等) 。 4 ) 网络通用服务( w e b 浏览、e m a i l 、文件传输、g i s 、电子商务等) 。 5 ) i p 电话及i p 电话会议系统。 6 ) 通信网网管数据通信通道( d c n ) 的备用传输。 国家电力数据通信网的建成，形成了电力专用通信网i p 业务的综合平台。 ( 2 ) 国家电力调度数据网 电力调度数据网，是指各级电力调度专用广域数据网络、电力生产专用拨号网 络等，是电力生产实时信息传输的网络【2 2 1 ，是电力指挥安全生产和调度自动化的重 要基础，网络传输的主要信息是电力调度实时数据、生产管理数据、通信监测数据 6 华北电力大学硕士学位论文 等。为了确保各调度中心之间以及调度中心与厂站之间计算机监控系统等实时数据 通信的可靠性和安全性，依照国家经贸委令 2 0 0 2 第3 0 号电网和电厂计算机监 控系统及调度数据网络安全防护规定，建设全国性的统一的国家电力调度数据网， 按照“统一规划设计、统一技术体制、统一路由策略、统一组织实施”的原则【2 1 l 进行网络工程建设。 国家电力调度数据网的骨干网核心层由国调、6 个网调等9 个节点组成；汇聚 层由除四川省调以外的2 9 个省调点组成；接入层由各接入厂站及调度中心业务网 组成。调度数据网承载的业务1 2 ”主要有以下两类： 1 ) 实时监控业务。e m s 与r t u 或变电所自动化系统的实时数据；e m s 之间交换的实时数据；水调自动化数据；实时电力市场辅助控制信息；电 力系统动态测量数据。 2 ) 调度生产直接相关业务。发电及联络线交换计划、联络线考核；调 度票、操作票、检修票等；调度生产运行报表( 日报、月报、季报) ；电能量 计量计费信息；故障录波、保护和安全自动装置有关管理数据；电力市场申 报数据和交易计划数据。 ( 3 ) 网省公司电力数据通信网 全国大部分网、省电力公司建设了数据通信网。这些数据通信网主要覆盖范围 是网、省电力公司直属供电公司、所管辖的电厂和变电所。 2 2 电力通信网技术 电力系统通信网【2 1 l 主要由传输、交换、终端三大部分组成。其中传输与交换部 分组成通信网络，传输部分为网络的线，交换设备为网络的节点。目前常见的交换 方式有电路交换、分组交换、a t m 异步传送模式和帧中继。传输系统以光纤、数字 微波传输为主，卫星、电力线载波、电缆、移动通信等多种通信方式并存，实现了 对除台湾外所有省( 自治区) 、直辖市的覆盖，承载的业务涉及语音、数据、远动、 继电保护、电力监控、移动通信等领域。 电力系统通信技术1 2 1 】主要有以下几种： ( 1 ) 电力线载波通信 电力线载波通信( p l c p o w e rl i n ec a r r i e r ) 是利用高压输电线作为传输通路的载 波通信方式，用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及 各种信息传输。电力线路是为输送5 0 h z 强电设计的，线路衰减小，机械强度高， 传输可靠，电力线载波通信复用电力线路进行通信不需要通信线路建设的基建投资 和日常维护费用，是电力系统特有的通信方式。 ( 2 ) 光纤通信 7 华北电力大学硕士学位论文 光纤通信是以光波为载体，以光纤为传输媒介的一种通信方式。在我国电力通 信领域普遍使用电力特种光纤，主要包括全介质自承式光缆a d s s 、架空地线复合 光缆o p g w 、缠绕式光缆g w w o p 。电力特种光缆是适应电力系统特殊的应用环境 而发展起来的一种架空光缆体系。它将光缆技术和输电技术相结合，架设在1 0 - 5 0 0 k v 不同电压等级的电力杆塔和输电线路上，具有高可靠、长寿命的突出优点。 ( 3 ) 微波通信 微波通信是指利用微波( 射频) 做载波携带信息，通过无线电波空间进行中继 ( 接力) 的通信方式。 ( 4 ) 卫星通信 卫星通信是在微波中继通信的基础上发展起来的。它是利用人造地球卫星作为 中继站来转发无线电波，从而进行两个或多个地面站之间的通信。卫星通信主要解 决国家电网公司至边远地区的通信。 ( 5 ) 移动通信 移动通信是指通信的双方中至少有一方是在移动中进行信息交换的通信方式。 作为电力通信网的补充和延伸，移动通信在电力线维护、事故抢修、行政管理等方 面发挥着积极地作用。 ( 6 ) 现代交换方式 现代交换方式有电路交换、分组交换、a t m 异步传送模式、帧中继和多协议标 记交换( m p l s ) 技术。电路交换和分组交换是两种不同的交换方式，是代表两大范 畴的传送模式，帧中继和a t m 异步传送模式则属于快速分组交换的范畴。 电路交换是固定分配带宽的，要预先建立连接，有一定的连接建立时延，没有 差错控制措施。电路交换适合于电话交换、文件传送及高速传真，不适合突发业务 和对差错敏感的数据业务。 分组交换是一种存储转发的交换方式，它的最基本的思想就是实现通信资源的 共享。在分组交换网中可以在一条实际的电路上，能够传输许多对用户终端间的数 据。分组交换最适合数据通信。数据通信网几乎全部采用分组交换。快速分组交换 为简化协议，只具有核心的网络功能，以提供高速、高吞吐量和低时延服务。 帧中继( f r - - f r a m er e l a y ) 技术是在o s i 第二层上用简化的方法传送和交换数 据单元的的一种技术。 a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 即异步传送模式的缩写，是电信网络发展的 一个重要技术，是为解决远程通信时兼容电路交换和分组交换而设计的技术体系。 多协议标记交换( m p l s ) 技术是一种新兴的路由交换技术。m p l s 技术是结合二 层交换和三层路由的l 2 l 3 集成数据传输技术，不仅支持网络层的多层协议，还可 以兼容第二层上的多种链路层技术。 ( 7 ) 现代通信网 8 华北电力大学硕士学位论文 现代通信网按功能划分可以分为传输网、支撑网。 支撑网是使业务网正常运行，增强网络功能，提供全网服务质量，以满足用户 要求的网络。在各个支撑网中传送相应的控制、检测信号。支撑网包括信令网、同 步网和电信管理网。 1 ) 信令网。在采用公共信道信令系统之后，除原有的用户业务之外，还有一 个起支撑作用的、专门传送信令的网络一信令网。信令网的功能是实现网络节点间 ( 包括交换局、网络管理中心等) 信令的传输和转接。 2 ) 同步网。在数字交换局之间、数字交换局和传输设备之间均需要实现信号 时钟的同步。同步网的功能就是实现这些设备之间的信号时钟同步。 3 ) 电信管理网。网络管理实时或近实时地监视电信网络的运行，最大限度地 使用网络中一切可以利用的设备，使尽可能多的通信业务得以实现。 ( 8 ) 接入网 接入网是由业务节点接口和用户网络接口之间的一系列传送实体( 如线路设施 和传输设施) 组成的、为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可经由 q 3 接口进行配置与管理。g 9 6 3 规定，接入网作为本地交换机与用户端设备之间的 实施系统，可以部分或全部代替传统的用户本地线路网，可含复用、交叉连接和传 输功能。 通信技术和计算机技术、控制技术、数字信号处理技术等相结合是现代通信技 术的典型标志。随着电力系统信息化的兴起，电力系统通信技术的发展趋势可概括 为数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化。电力系统通信技术大发展时代已经 开始。 2 3 可靠性评估概述 2 3 1 通信网的可靠性 可靠性是一门综合性的边缘学科，它涉及到基础学科、技术学科和管理学科中 的许多领域。因此，在应用可靠性理论解决某一具体问题时，就需要对其所属学科 的某些理论问题和技术问题有基本的了解，针对具体的研究对象及其特点，明确问 题的研究内容和研究方向，建立不同的可靠性研究方法和研究体系。为了对电力通 信网的可靠性进行深入研究，首先需要明确通信网可靠性的定义。 通信网一般是由一定数量的节点和连接节点的传输链路有机地结合在一起，实 现两个或多个规定点间信息传输的系统。通信网络的节点或链路有故障时，将会直 接导致通信网络的连通性变差，并会造成网络的呼损、吞吐量等业务性能指标下降， 进而使得通信网络的可靠性降低。 从目前通信网可靠性的研究成果来看，较为科学的定义是：通信网可靠性【2 3 】是 9 华北电力大学硕士学位论文 指通信网在实际连续运行过程中，完成用户的正常通信需求的能力。在这一定义中。 包括了可靠性主体、规定条件、规定时间、规定功能、能力测度和故障等六个要素。 这里可靠性主体是通信网，规定条件是通信网运行中的各种破坏性因素，规定时间 就是通信网连续运行的过程，规定功能就是保证用户的通信需求能得到完成，完成 用户通信需求的能力是通过通信网可靠性测度来体现的，故障则是影响通信网可靠 性的行为。这一定义体现了通信网“以用户为中心 的服务宗旨，它既包含了通信 网络的生存能力和可用性，也反映了通信网络对用户需求的适应能力。它是对整个 通信网络运行过程的综合测评。 通信网i l2 j 是一个复杂的综合的大系统，是许多电信系统集合的整体，从概念上 可分为基础网、业务网和支撑网，基础网是由用户终端、交换系统、传输系统等电 信设备组成的实体结构，是通信网的物质基础。业务网是疏通各类电信业务的网络， 是指电信网的服务功能。支撑网是为保证业务网正常运行、增强网络功能、提高全 网服务质量而形成的网络。有人的地方就有通信的需求，所以通信网的覆盖面很广， 而且通信生产具有消费过程和生产过程不可分割、全程全网联合作业的性质。因此， 根据通信网的组成和功能要求，它具有如下的特点：整体性、系统性、连续性、比 例性、多样性、层次性、复杂性。其通信网模型1 1 2 j 如下： 通信网 业务网 ( 电话网、移动网、数据网等) 支撑网 ( 信令网、同步网、管理同等) 基础网 ( 光缆、微波、卫星等) 应用层面 管理层面 物理层面 图2 - 1 通信网的结构模型 通信网因其开放性，复杂性，影响其可靠性的因素很多。从网络本身出发可以 分为外部因素和内部因素。外部因素是指通信设备和通信网所依存的环境条件，如 温度、湿度、防震和防尘、自然灾害、人为故障和突发事件等。内部因素是指设备 可靠性、网络工程设计、网络的拓扑结构、网络的组织和维护管理等。内部因素受 通信技术发展的影响很大，其中还涉及到人为因素，外部因素是通过内部因素起作 用的；从网络的运行效果来看，通信网的可靠性主要取决于设备可靠性、网络设计 的可靠性、网络组织和维护管理的有效性以及用户对业务性能的要求等；从技术发 展来看，通信技术的不断发展，各种新技术和新设备的应用，对通信网的可靠性产 1 0 华北电力大学硕士学位论文 生了一定的影响。一方面，新技术的采用提高了设备和系统的可靠度，提高了网络 组织的有效性和维护管理能力，另一方面，设备和系统的复杂度也在提高，随着网 络规模的扩大，故障一旦发生，其影响面必将很大。而且，网络设备种类的增多， 同时也给网络的运行和管理带来一定的困难。 由前面的论述可知，通信网的可靠性是一个综合性强、涉及面广的复杂问题， 它具有社会性、广泛性、复杂性、层次性和动态性等特点。现阶段的研究虽然取得 了一些成果，但实用化的东西很少，缺乏可操作性。为了保证通信网可靠性的研究 工作和实际问题相结合，使网络可靠性水平不断提高，必须根据通信网可靠性的研 究内涵和定义形成一个有目标可操作的管理运作体系，使通信网可靠性的研究相应 地形成一个系统工程体系。 可靠性工程【1 2 j 是为了保证现代复杂系统能够安全、可靠、经济和成功地完成规 定任务而产生并迅速发展起来的。通信网的可靠性工程就是为提高通信网的可靠性 和运行质量而在研究、规划、设计和运行中所进行的各项工程和管理活动的总括。 它是为了保证通信网能够安全、可靠、经济、高效地实现通信功能、满足通信需求 的一种有效途径。 根据通信网可靠性的研究内涵及其影响因素，我们用图2 - 2 描述通信网可靠性 工程中的因果关系。 图2 - 2 通信网可靠性工程中的因果关系 图中以通信网的可靠性为目的或结果，组网设备、网络结构、网管系统、网络 管理和人员管理是引起这一结果的内在原因；投资条件、用户需求、员工素质、网 络环境和跟踪评价反馈是引起这一结果的外延原因。外因和内因共同决定了最终通 信网的可靠性。 通信网可靠性工程的研究既是一个技术问题，又是一个管理问题，一切技术活 动都要靠可靠性管理去规划、组织、协调、控制和监督。可靠性管理贯穿整个通信 网系统。按照系统工程的方法，通信网可靠性工程的实施过程可分为四个阶段：系 1 1 华北电力大学硕士学位论文 统分析、可靠性计划、设计和组织、运行和评价，可靠性管理则贯穿于每一个阶段。 图2 3 即为可靠性工程的实施过程图。 通信网可靠性工程的实施有助于从整体上研究网络的可靠性，有助于从全方位 采取切实可行的措施，提高通信网运行的可靠性水平。 曜兰一一 k 一m 。r 工 臣蛰 图2 - 3 可靠性工程的实施过程 2 3 2 通信网的可靠性评价 通信网可靠性综合评价的基本思路为：从网络运行过程的有关统计指标出发， 进行综合分析，运用可靠性评价算法计算，最终得到网络的可靠性水平。 为了进行评价，就必须有相应的测度指标。为此，在进行通信网可靠性评价之 前，首先要建立统计指标体系。 统计指标体系【1 2 j ，是指为完成一定统计研究目的而由若干个有相互联系的统计 指标组成的指标群。构建一个统计指标体系，就是要构建一个系统，这个系统的构 建包括系统元素的配置和系统结构的安排两方面。在统计指标体系这个系统中，任 何单个指标都是系统元素，各指标间的相互关系则是系统结构。 通信网可靠性指标【1 2 l 是在一定时期内通信网可靠性的数量特征。它包含两层意 义：一是指在一定时期内的通信网可靠性的度量，随着通信网技术升级、结构优化 等措施的采用，通信网可靠性将随之变化。它能动态地反映通信网可靠性的变化。 二是指通信网可靠性的质量和数量特征。强调通信网可靠性指标是可以用数字来表 达的，通过数字的分析，从而反映通信网可靠性的水平。 由于选取的指标反映了通信网运行中不同系统、不同方面的统计信息，因此， 需要进行合理的综合，建立起相应的评价模型。 在确定了指标和模型的基础上，通信网可靠性综合评价的基本步骤如下： 步骤l ：基础数据的搜集和整理； 步骤2 ：确定各指标相对于评价目标的权重； 步骤3 ：运用算法进行评价与分析。 华北电力大学硕士学位论文 2 4 电力通信网可靠性分析 电力通信网可靠性的定义【2 4 】是：电力通信系统按可接受的通信服务质量标准和 业务需求，不间断的向电力系统提供通信连接能力的量度。电力通信网可靠性的定 义体现了以电力系统用户为中心的思想，电力系统业务也反映出电力通信网可靠性 特有的要求。 国内外的电信运营商对通信网可靠性的管理问题非常重视，并且进行了积极的 探索研究工作，建立了一系列的体系构架，提出了一些具体的方法和评价手段，但 电力通信网的可靠性与公网相比，很多地方具有独特的要求，主要表现在以下几方 面1 2 5 】： 电力系统对于通信网的可靠性要求不同于公网，电力通信网主要面向电力系统 提供管理、控制信息传输服务，这些服务的可靠性将直接影响电力系统生产、运行 的安全稳定性，如果发生故障，不仅将会对电力系统造成很大影响，而且对整个社 会各个行业都有严重影响。电力系统对通信网可靠性的要求在某些指标上比公网更 加严格。因此，公网的可靠性评价指标在某些方面并不适合电力系统的要求，某些 指标需要重新进行讨论、修正，以满足电力系统对通信网可靠性的要求。 考察通信网可靠性的参数、指标不同。虽然公网有相关的可靠性评价体系，并 制定了对于部分业务的指标要求，但对于电力通信网而言，这些只能借鉴，而不能 完全照搬，因为电力系统通信网在某些具体的可靠性要求上有特殊要求，如电力系 统继电保护通道对传输时延的要求等。建立电力系统通信网评价体系需要在充分考 虑电力通信网实际运行特点，以及公网可靠性评价体系的基础上，增加具有电力系 统特点的相关评价指标，这样建立的可靠性评价体系才有实用价值。 通信网设计可靠性和运行可靠性并重。通常，电力系统通信网在设计阶段，网 络拓扑结构的可靠性都能够在一定程度上贯彻于通信网可靠性设计要求之中，但通 信网投入运行后，可靠性管理的手段相对匮乏，并且由于自然、人为或设备线路老 化等原因，通信网可靠性下降，不能满足电力通信网可靠性要求，而通信网的可靠 性直接影响到电力系统稳定运行。因此，电力系统更注重通信网运行可靠性评价。 2 5 电力通信网可靠性评价层次划分 2 5 1 可靠性层次结构 鉴于层次分析法f 2 6 l 在评价、决策领域中的实用性，并在通信网可靠性工程这一 研究思路的指导下，本文根据电力通信网的组成及特点使用层次性划分的研究方 法，建立层次化结构分析模型1 1 2 】，这种模型有利于对多种指标进行综合分析，如图 2 - 4 所示。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 图2 4 多层次结构模型的形式 构中的最高层，也即可靠性评价的最终目标。 标层，是体系结构中的中间层。将评价的总目标进行分解，可以获 别用多个元素表示。根据不同问题，准则层可以再进一步划分为子 详细的评价分析。从评价的工作量和层次简明的角度考虑，准则层 ，否则会重点不突出，影响评