電力光纖通信環(huán)網(wǎng)的可靠路由與可靠性測(cè)評(píng)

姚文杰，施加輪，陳新星，陳思穎，陳 爽，鄧 舒

1.國網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350003

2.福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司，福建 福州 350108

電力光纖通信環(huán)網(wǎng)建立在底層物理光纜網(wǎng)上，每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接由一到多根光纜中的光纖通過節(jié)點(diǎn)連接而成，環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)只在有業(yè)務(wù)上下的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置。由于一根光纜往往包含多根光纖，如果不對(duì)環(huán)網(wǎng)鏈接的路由進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)，多個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接可能經(jīng)過同一光纜，則當(dāng)該光纜中斷時(shí)，會(huì)有環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)因工作和保護(hù)路徑都中斷而無法恢復(fù)，導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)可靠性降低［1］。因此，需要提供一種可靠路由方法，來保證環(huán)網(wǎng)的工作和保護(hù)路徑不經(jīng)過同一光纜?？煽柯酚墒且环N生存性路由，它保證高層網(wǎng)絡(luò)在任一底層鏈路中斷時(shí)仍能保持連通。這種路由方法常用于波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的光路路由［2－3］，也用于跨層路由和虛擬網(wǎng)絡(luò)到底層光網(wǎng)絡(luò)的映射上［4－5］。生存性路由對(duì)波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的每一割集進(jìn)行檢測(cè)，以保證同一割集中的所有光路不經(jīng)過同一光纖。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)為N的網(wǎng)絡(luò)有2N－1個(gè)割集，因此其計(jì)算復(fù)雜性隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)呈指數(shù)增長。本文在波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中生存性路由工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)電力光纖通信環(huán)網(wǎng)在大規(guī)模光纜網(wǎng)中的高可靠性路由需求，提出一種簡化的可靠路由方法來實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)所有鏈接的分離路由。電力通信網(wǎng)中改善路由的相關(guān)文獻(xiàn)有，通過評(píng)估業(yè)務(wù)的重要度和業(yè)務(wù)分布的均勻度，改善業(yè)務(wù)路由方法以降低電力通信網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)度［6－9］。曾慶濤等［6］提出了一種風(fēng)險(xiǎn)均衡的業(yè)務(wù)路由機(jī)制，它根據(jù)業(yè)務(wù)重要度和通道可用性進(jìn)行業(yè)務(wù)路由。李彬等［7］提出了一種鏈路負(fù)載與業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)均衡的路由優(yōu)化算法，以降低電力通信網(wǎng)的阻塞率和業(yè)務(wù)傳輸風(fēng)險(xiǎn)。祁兵等［8］針對(duì)電力通信網(wǎng)提出了共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組與風(fēng)險(xiǎn)均衡的路由優(yōu)化算法。董歐洲針對(duì)電力通信專網(wǎng)正常運(yùn)行和鏈路故障狀態(tài)下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分別提出了基于業(yè)務(wù)重要度和基于改進(jìn)遺傳算法的路由優(yōu)化方法［9］。

可靠路由能保證單根光纜中斷時(shí)業(yè)務(wù)仍能正常傳輸，即單光纜故障時(shí)環(huán)網(wǎng)可用度為100%。但還存在節(jié)點(diǎn)故障和多故障情況，為此要對(duì)發(fā)生這些故障時(shí)電力光纖通信環(huán)網(wǎng)的可靠性能進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估。相關(guān)工作有，文獻(xiàn)［10］采用馬爾可夫過程法為一種光纖通信系統(tǒng)建立了可靠性模型，并求出了一個(gè)6節(jié)點(diǎn)SDH環(huán)網(wǎng)的可用性，但它沒有考慮環(huán)網(wǎng)鏈接在光纜網(wǎng)中的路由。杜俊渭等［11］評(píng)估了電力通信網(wǎng)中波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的可靠性，主要計(jì)算了網(wǎng)絡(luò)單元和通信光路的可用性，程文清等［12］建立了電力光纖傳輸網(wǎng)中光端機(jī)和光纜的可靠性模型，對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下單條業(yè)務(wù)通道的可靠性進(jìn)行了評(píng)估，李東昆等［13］提出了一種基于鏈路搜索的適用大規(guī)模復(fù)雜通信網(wǎng)業(yè)務(wù)通道的可靠性評(píng)估方法，計(jì)算了電力通信網(wǎng)中各業(yè)務(wù)的可靠性能。

分析以上文獻(xiàn)可知，它們?cè)诟纳齐娏νㄐ啪W(wǎng)路由時(shí)，需計(jì)算每個(gè)業(yè)務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)度和重要度，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)各業(yè)務(wù)進(jìn)行路由［6－9］，若將其直接應(yīng)用到電力光纖通信網(wǎng)，則由于電力光纜光纖數(shù)量大、承載業(yè)務(wù)多，對(duì)每一個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和重要度評(píng)估并給出路由的時(shí)間復(fù)雜度大，難以保證光纜故障時(shí)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)所有業(yè)務(wù)，為此需要研究環(huán)網(wǎng)在底層光纜網(wǎng)上易于求解的可靠路由方法來解決這一問題。在評(píng)估電力光纖網(wǎng)絡(luò)的可靠性時(shí)，現(xiàn)有文獻(xiàn)僅限于計(jì)算單個(gè)通道的可用度（而非計(jì)算網(wǎng)絡(luò)可用度）［11－13］，或者計(jì)算環(huán)網(wǎng)可用度的下限值［10］，不能滿足電力光纖通信網(wǎng)的高可靠性要求，因此需要研究更精確計(jì)算光纖通信環(huán)網(wǎng)可用度的方法。

本文將研究實(shí)際應(yīng)用較多的光纖通信自愈環(huán)網(wǎng)在底層復(fù)雜光纜網(wǎng)絡(luò)上的可靠路由及基于可靠路由的可靠性測(cè)評(píng)，提出一種基于割集進(jìn)行環(huán)網(wǎng)可靠路由的整數(shù)線性規(guī)劃優(yōu)化算法，保證環(huán)網(wǎng)拓?fù)湓谌我还饫|故障時(shí)仍保持連通；并提出依據(jù)可靠路由結(jié)果進(jìn)行環(huán)網(wǎng)可用度計(jì)算的測(cè)評(píng)方法——可靠性框圖法，對(duì)各環(huán)網(wǎng)鏈接和環(huán)網(wǎng)可靠性能進(jìn)行精確計(jì)算。

1 可靠路由及可靠性測(cè)評(píng)方案

在進(jìn)行可靠路由和可靠性測(cè)評(píng)時(shí)，采用基于割集的可靠路由方法保證環(huán)網(wǎng)所有鏈接不經(jīng)過同一光纜，此時(shí)環(huán)網(wǎng)仍保持連通，從而使業(yè)務(wù)在單光纜故障下始終存在替代路由，即實(shí)現(xiàn)單光纜故障下100%的生存性，提高可靠性；依據(jù)可靠路由結(jié)果，用多部件等效法分析每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接的可用度，用可靠性框圖法計(jì)算光纖環(huán)網(wǎng)可靠性能。具體包含如下步驟：

步驟1 找出環(huán)網(wǎng)的有效邊割集；

步驟2 為環(huán)網(wǎng)每一鏈接的源目的節(jié)點(diǎn)對(duì)計(jì)算底層光纜網(wǎng)上的K條最短路徑；

步驟3 進(jìn)行環(huán)網(wǎng)映射到底層光纜網(wǎng)絡(luò)的可靠路由。采用整數(shù)線性規(guī)劃算法，把步驟1所得割集中的每一環(huán)網(wǎng)鏈接映射到它的K條光纜路徑之一，要求任一割集中所有環(huán)網(wǎng)鏈接不經(jīng)過同一光纜，并最小化環(huán)網(wǎng)鏈接經(jīng)過的總光纜數(shù)（也就最小化了經(jīng)過的光節(jié)點(diǎn)數(shù)）；

步驟4 依據(jù)環(huán)網(wǎng)鏈接的可靠路由結(jié)果，用多部件等效法建立環(huán)網(wǎng)鏈接的可靠性模型，計(jì)算環(huán)網(wǎng)每一鏈接的可用度、故障率和修復(fù)率；

步驟5 依據(jù)光纖通信環(huán)網(wǎng)單節(jié)點(diǎn)和雙鏈接失效導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)失效的特點(diǎn)，建立環(huán)網(wǎng)可靠型模型，用可靠性框圖法計(jì)算光纖環(huán)網(wǎng)的可靠性能。

步驟1中可以取任兩環(huán)網(wǎng)鏈接作為環(huán)網(wǎng)的一個(gè)邊割集，這樣的邊割集會(huì)把環(huán)網(wǎng)分成兩個(gè)獨(dú)立的連通分支，從而使檢測(cè)的邊割集總數(shù)減少為N（N－1）/2個(gè)，簡化問題的求解［14］。步驟2中的K條最短路徑采用Yen算法［15］，先求出節(jié)點(diǎn)對(duì)間的最短路徑，再采用遞歸的方法迭代求出剩余的K－1條路徑。在求K條最短路徑時(shí)，計(jì)算的依據(jù)為環(huán)網(wǎng)鏈接經(jīng)過的跳數(shù)，這樣選擇的原因是因?yàn)樘鴶?shù)對(duì)應(yīng)路徑經(jīng)過的光纜數(shù)，跳數(shù)越小，則光纜路徑經(jīng)過的光纜數(shù)和光節(jié)點(diǎn)數(shù)越少，環(huán)網(wǎng)鏈接被中斷的可能性（概率）越小，可用度越高。

步驟1和2通過高級(jí)語言編程進(jìn)行預(yù)處理實(shí)現(xiàn)，步驟3的可靠路由通過整數(shù)線性規(guī)劃算法求解實(shí)現(xiàn)，而步驟4和5的環(huán)網(wǎng)及其鏈接的可靠性能采用可靠性框圖法計(jì)算。

2 環(huán)網(wǎng)可靠路由的優(yōu)化算法

環(huán)網(wǎng)的可靠路由就是要為每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接確定選用哪條光纜路徑，使任一光纜斷裂情況下最多只中斷環(huán)網(wǎng)一個(gè)方向的路由。

2.1 優(yōu)化算法的輸入?yún)?shù)和決策變量

要輸出的決策變量為re，k∈｛0，1｝：二值變量，表示每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接e是否選用光路路徑k。re，k＝1，環(huán)網(wǎng)鏈接e選用第k條光纜路徑，否則不選用。

2.2 優(yōu)化算法的ILP公式

在可靠路由中，我們以最小化要使用的總光纜數(shù)M為優(yōu)化目標(biāo)，并把環(huán)網(wǎng)鏈接到底層光網(wǎng)絡(luò)上的路徑映射和可靠路由形式化為約束條件。優(yōu)化目標(biāo)表示為

所需滿足的約束條件如下：

（1）環(huán)網(wǎng)鏈接路由約束

式（1）使每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接采用且僅采用一個(gè)光纜路徑來進(jìn)行路由。

（2）環(huán)網(wǎng)邊割集的可靠路由約束

式（2）要求每個(gè)邊割集c中經(jīng)過任一光纜l的環(huán)網(wǎng)鏈接數(shù)小于2，即任一光纜故障后，邊割集c中至少還有一個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接不受影響。

需要說明的是，這里提出的可靠路由算法經(jīng)過少量修改即可用在一般性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如格狀網(wǎng)絡(luò)）中，即在第1節(jié)的步驟1中找出把一般性拓?fù)鋭澐殖蓛蓚€(gè)連通分支的所有邊割集。

3 環(huán)網(wǎng)的可靠性測(cè)評(píng)方法

3.1 環(huán)網(wǎng)鏈接的多部件等效分析方法

光纖通信環(huán)中環(huán)網(wǎng)鏈接的可靠性數(shù)值（故障率、修復(fù)率和可用度）由該鏈接經(jīng)過的光纜和光節(jié)點(diǎn)決定，這些光纜和節(jié)點(diǎn)組成了一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，可用一個(gè)部件等效。把光纜和節(jié)點(diǎn)都看成環(huán)網(wǎng)鏈接的元件，則當(dāng)它經(jīng)過n個(gè)節(jié)點(diǎn)和m個(gè)光纜時(shí)，在可靠性分析中這n＋m個(gè)元件可以用一個(gè)等效部件來表示（如圖1所示）。先依據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的特點(diǎn)算出環(huán)網(wǎng)鏈接的可用度，然后可推導(dǎo)出這個(gè)等效部件的故障率和修復(fù)率。

圖1 環(huán)網(wǎng)鏈接的多部件等效圖

環(huán)網(wǎng)鏈接l經(jīng)過的n個(gè)節(jié)點(diǎn)和m條光纜可以看做是串聯(lián)系統(tǒng)，該串聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)等效元件的可用度可表示為

多部件等效分析方法還建立了光纖環(huán)網(wǎng)鏈接的故障率和修復(fù)率的近似計(jì)算方法。若環(huán)網(wǎng)鏈接l經(jīng)過n個(gè)物理光節(jié)點(diǎn)和m條光纜，其故障率λl和修復(fù)率ul可近似計(jì)算如下

3.2 環(huán)網(wǎng)可靠性分析的可靠性框圖法

可靠性框圖分析法主要研究系統(tǒng)與部件在可靠性方面的邏輯關(guān)系，它以可靠性框圖為基礎(chǔ)，得出可靠性表達(dá)式來求系統(tǒng)的可靠性能。對(duì)于光纖通信二纖倒換環(huán)網(wǎng)，其承載的低速業(yè)務(wù)流信號(hào)是對(duì)用戶真正有用的，這里研究當(dāng)所有低速業(yè)務(wù)流信號(hào)都正常運(yùn)行時(shí)環(huán)網(wǎng)的可用度。

任一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則由該節(jié)點(diǎn)發(fā)出或到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)都不能被用戶正常接收，因此節(jié)點(diǎn)和其他元件之間是串聯(lián)關(guān)系。任一環(huán)網(wǎng)鏈接故障時(shí)，經(jīng)過故障鏈接的業(yè)務(wù)可以通過環(huán)網(wǎng)上的保護(hù)路徑恢復(fù)。但當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接發(fā)生故障時(shí)，環(huán)網(wǎng)被分割成多個(gè)獨(dú)立子網(wǎng)，起始和終止節(jié)點(diǎn)在不同獨(dú)立子網(wǎng)的業(yè)務(wù)流將不能被正確傳送。只有大于等于n－1個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接正常工作時(shí)，才不會(huì)出現(xiàn)有業(yè)務(wù)不能正常傳輸?shù)那闆r，即環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

因此，在對(duì)整個(gè)環(huán)網(wǎng)的可靠性進(jìn)行分析時(shí)，我們把環(huán)網(wǎng)這個(gè)系統(tǒng)劃分成節(jié)點(diǎn)集和鏈接集兩個(gè)子系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)集和鏈接集之間是串聯(lián)關(guān)系，節(jié)點(diǎn)集子系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)之間也是串聯(lián)關(guān)系，而鏈接集子系統(tǒng)內(nèi)部相當(dāng)于m/n可修系統(tǒng)，其中m＝n－1，即當(dāng)且僅當(dāng)有n－1個(gè)或大于n－1個(gè)鏈接正常工作，鏈接集子系統(tǒng)才正常工作。如圖2所示。

圖2 環(huán)網(wǎng)的可靠性分析框圖

環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)子系統(tǒng)的可用度RN的計(jì)算公式為

其中，N為環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)集，Ri、λi和ui分別為環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i的可用度、故障率和修復(fù)率。

環(huán)網(wǎng)鏈接子系統(tǒng)可用度RL的計(jì)算公式為

其中，L為環(huán)網(wǎng)鏈接集，Rl（l∈L）的可用度由式（3）計(jì)算。

最后，環(huán)網(wǎng)可用度的表達(dá)式為

電力光纖通信網(wǎng)對(duì)可靠性的要求很高，一般采用A＋B環(huán)保護(hù)備份。A、B環(huán)上對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)處采用完全不同的設(shè)備，因此可以認(rèn)為節(jié)點(diǎn)之間故障獨(dú)立，兩個(gè)環(huán)上的鏈接也采用不同的節(jié)點(diǎn)和光纜路由，因此故障獨(dú)立，此時(shí)A＋B環(huán)保護(hù)系統(tǒng)相當(dāng)于兩個(gè)部件（部件為環(huán)網(wǎng)）構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)。A＋B環(huán)保護(hù)系統(tǒng)的可用度RA＋B為

其中，F(xiàn)為單個(gè)環(huán)（部件）的失效度，單個(gè)環(huán)的可用度R＝1－F。

需要說明的是，本文以電力光纖通信環(huán)網(wǎng)為研究對(duì)象提出的可靠性測(cè)評(píng)方法，也可以應(yīng)用在普通光纖通信環(huán)網(wǎng)的可靠性評(píng)估上，只要它們的保護(hù)方式和環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)相同。但電力光纖通信環(huán)網(wǎng)由于電力控制類業(yè)務(wù)對(duì)可靠性的超高要求，一般采用A＋B環(huán)來進(jìn)行設(shè)備和光纜上的完全獨(dú)立備份，在對(duì)電力光纖通信環(huán)網(wǎng)的可靠性能進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要考慮到這一點(diǎn)。本文所提方法與其他普通光纖通信環(huán)網(wǎng)可靠性測(cè)評(píng)方法的不同在于：基于可靠路由的結(jié)果采用多部件等效方法計(jì)算了每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈路的可靠性數(shù)值，再基于這些數(shù)值計(jì)算了環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的可用度，而其他普通光纖通信環(huán)網(wǎng)的可靠性測(cè)評(píng)方法（如參考文獻(xiàn)［10］中的馬爾可夫過程法）一般采用相同的（最差）環(huán)鏈路可靠性數(shù)值來計(jì)算環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的可用度。鑒于本文所研究可靠性測(cè)評(píng)方法依據(jù)每條環(huán)網(wǎng)鏈路的不同可靠性數(shù)值來進(jìn)行計(jì)算，因此它所獲得的環(huán)網(wǎng)可用度更貼近電力光纖通信環(huán)網(wǎng)的真實(shí)情況。

4 測(cè)評(píng)結(jié)果

以中國某市的電力光纖通信網(wǎng)絡(luò)為例，舉例說明可靠路由和可靠性測(cè)評(píng)的數(shù)值結(jié)果。

4.1 可靠路由示例

電力光纖通信環(huán)網(wǎng)如圖3所示，它要在30個(gè)節(jié)點(diǎn)38根光纜的物理光纜拓?fù)洌▓D4）上路由。

圖3 要路由和評(píng)估的環(huán)網(wǎng)

可靠路由的結(jié)果如圖4中粗線所示。例如，環(huán)網(wǎng)鏈接A?B的路由路徑為4（A）?9?14?17（B），A?H為4（A）?5?6?7（H），它們構(gòu)成了環(huán)網(wǎng)的一個(gè)割集｛A?B，A?H｝。按圖4的路由結(jié)果，圖3環(huán)網(wǎng)任一割集中的所有鏈接不會(huì)經(jīng)過同一光纜，如割集｛A?B，A?H｝的鏈接沒有經(jīng)過相同光纜。但如果采用按跳數(shù)計(jì)算的最短路徑路由，則環(huán)網(wǎng)鏈接A?H的最短路徑為4（A）?9?7（H）（2跳，跳數(shù)少），由于A?B的最短路徑4（A）?9?14?17（B）也經(jīng)過光纜4?9，則光纜4?9故障時(shí)，圖3中的鏈接A?B和A?H都會(huì)中斷，使節(jié)點(diǎn)A成為孤立節(jié)點(diǎn)，無法與圖3環(huán)網(wǎng)中其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。

圖4的可靠路由結(jié)果能保證任一光纜故障都不會(huì)中斷兩個(gè)及以上的環(huán)網(wǎng)鏈接，即環(huán)網(wǎng)在任一光纜故障時(shí)都是連通的，有利于提高環(huán)網(wǎng)的可靠性。

圖4 底層光纜網(wǎng)及圖3環(huán)網(wǎng)的可靠路由結(jié)果（粗線所示）

4.2 可靠性測(cè)評(píng)的數(shù)值結(jié)果

本文可靠性測(cè)評(píng)用到的可靠性參數(shù)值如表1所示，它們的值在輸入時(shí)都換算成次／h，其中故障率是指每小時(shí)發(fā)生多少次故障，修復(fù)率是指每小時(shí)能修復(fù)多少次故障。因城市改造等原因，假設(shè)光纜的中斷故障為0.5次／a，即λL＝5.707 763×10－5/h，光纜修復(fù)率uoc設(shè)為1次／d（4.166 67×10－2／h，24 h內(nèi)修復(fù)），光節(jié)點(diǎn)的故障率λN設(shè)為1.149 742×10－5／h，光節(jié)點(diǎn)修復(fù)率uon為1次／h（1 h內(nèi)修復(fù)）。

依據(jù)圖4每條環(huán)網(wǎng)鏈接的可靠路由結(jié)果，采用3.1節(jié)的多部件等效圖法，可計(jì)算獲得各環(huán)網(wǎng)鏈接的故障率、修復(fù)率和可用度數(shù)值如表2所示（精確到小數(shù)點(diǎn)后8位，下同）。

表2 環(huán)網(wǎng)各鏈接的可靠性能

由表2可以看出，節(jié)點(diǎn)A到B、D到E和H到A的環(huán)網(wǎng)鏈接可用度低，故障率高，修復(fù)率低，是環(huán)網(wǎng)可靠性能上的薄弱環(huán)節(jié)，這是因?yàn)檫@些鏈接在底層光纜網(wǎng)上經(jīng)過的光纜和節(jié)點(diǎn)多（都為4個(gè)光節(jié)點(diǎn)和3根光纜）。

采用可靠性框圖法時(shí)，可以由式（6）至式（8）求得節(jié)點(diǎn)集子系統(tǒng)的可用度為0.999 908 03，鏈接集子系統(tǒng)的可用度為0.999 819 95，環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的可用度為0.999 727 99。采用A＋B環(huán)冗余保護(hù)后，由式（9）可求得可用度高達(dá)0.999 999 926，說明了所采用電力光纖通信環(huán)網(wǎng)在A＋B網(wǎng)保護(hù)后，可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后六個(gè)九的高可靠性（即可用度大于等于0.999 999）。

當(dāng)采用以跳數(shù)計(jì)算的最短路徑路由時(shí)，除環(huán)網(wǎng)鏈接A?H的路由路徑變?yōu)?（A）?9?7（H）外，其他環(huán)網(wǎng)鏈接的路由路徑和可靠路由時(shí)相同。此時(shí)鏈接A?H的故障率、修復(fù)率和可用度變?yōu)?.000 148 65，0.053 581 81和0.997 231 5，其他環(huán)網(wǎng)鏈接的可靠性數(shù)值不變，可以看出鏈接A?H的可靠性能由于最短路徑路由變好了。但是，由于A?B和A?H會(huì)因光纜4?9同時(shí)中斷，環(huán)網(wǎng)的可靠性結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，它的鏈接集子系統(tǒng)變?yōu)閮蓚€(gè)子集｛A?B，A?H｝和｛B?C，C?D，D?E，E?F，F(xiàn)?G，G?H｝的串聯(lián)，其中第一個(gè)子集是光纜4?9和光纜集｛7?9，9?14，14?17｝的串聯(lián)，這個(gè)光纜集和第二個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接子集都是n－1/n可修系統(tǒng)，從而算得最短路徑路由時(shí)環(huán)網(wǎng)鏈接集的可用度為0.998 463 80，環(huán)網(wǎng)可用度為0.998 291 63，A＋B保護(hù)后環(huán)網(wǎng)可用度為0.999 997 08，都明顯比可靠路由的對(duì)應(yīng)可靠性能低，這是因?yàn)樽疃搪窂铰酚蓪?dǎo)致同一光纜中斷了多個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接，改變了環(huán)網(wǎng)的可靠性結(jié)構(gòu)，降低了環(huán)網(wǎng)的可用度?？梢姡煽柯酚傻沫h(huán)網(wǎng)可用度明顯優(yōu)于最短路徑路由的環(huán)網(wǎng)可用度。

最后對(duì)比分析可靠路由和最短路徑路由、可靠性框圖法和馬爾可夫過程法在環(huán)網(wǎng)可用度計(jì)算上的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 可靠性框圖法和馬爾可夫過程法可用度對(duì)比

分析表3可知：

（1）采用可靠路由時(shí)電力光纖通信環(huán)網(wǎng)可用度高，尤其是A＋B網(wǎng)冗余保護(hù)后，可靠性框圖法計(jì)算的可用度達(dá)到了0.999 999以上，達(dá)到了電力光纖通信網(wǎng)可靠性的要求（大于等于0.999 999）；

（2）對(duì)比可靠路由和最短路徑路由，可以看到無論是否采用A＋B保護(hù)，可靠路由的環(huán)網(wǎng)可用度都明顯高于最短路徑路由的環(huán)網(wǎng)可用度，說明可靠路由能提高電力光纖通信環(huán)網(wǎng)的可用度；

（3）對(duì)比可靠性框圖法和馬爾可夫過程法，馬爾可夫過程法算出來的環(huán)網(wǎng)可用度偏?。ㄒ?yàn)椴捎铆h(huán)網(wǎng)鏈接的最大故障率和最小修復(fù)率進(jìn)行計(jì)算），求出結(jié)果是環(huán)網(wǎng)可用度的下邊界，而可靠性框圖法采用每個(gè)環(huán)網(wǎng)鏈接和節(jié)點(diǎn)的精確故障率和恢復(fù)率來計(jì)算，計(jì)算結(jié)果更精確。

5 結(jié)束語

本文研究了電力光纖通信環(huán)網(wǎng)在底層光纜網(wǎng)絡(luò)上的可靠路由和可靠性評(píng)測(cè)問題，設(shè)計(jì)了可靠路由和可靠性測(cè)評(píng)方案，提出了環(huán)網(wǎng)可靠路由的整數(shù)線性規(guī)劃算法和環(huán)網(wǎng)整體可靠性測(cè)評(píng)的可靠性框圖分析法，并以實(shí)際運(yùn)行的電力光纖通信環(huán)網(wǎng)為例進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，數(shù)值結(jié)果表明可靠路由能提高環(huán)網(wǎng)的可用度，可靠性測(cè)評(píng)方法依據(jù)每一環(huán)網(wǎng)鏈接具體路由路徑進(jìn)行可靠性能測(cè)評(píng)的計(jì)算精度高。