OTN设备网管接口模块全自动化仿真设计.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&ApplicationsOTN设备网管接口模块全自动化仿真设计*耿立卓1,郝 雪1,刘 璐2,林春龙2,高 琦2（1.国网河北省电力有限公司培训中心，河北 石家庄 050023；2.北京科东电力控制系统有限责任公司，北京 100192）摘要:针对当前方法未能进行网管智能适配，带宽利用率和数据传输速率低，数据传输时延和丢失率高的问题，提出OTN设备网管接口模块全自动化仿真设计方法。优先分析OTN设备的网管接口功能，获取本地网管和设备之间的成功记录，解析出本地网管协议，完成网管智能适配处理，设计全自动化OTN设备网管接口模块。实验结果表明，所提方法的带宽资源利用率达到了90%以上，数据传输速率达到75%以上，数据传输时延最高12 s，数据丢失率平均值仅9%，能够有效改善数据丢失情况，提升带宽利用率和数据传输速率，降低数据传输时延。关键词:OTN设备；网管接口模块；全自动化；数据传输中图分类号：TP393文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)08-0123-05Fully Automated Simulation Design of OTN Equipment NetworkManagement Interface ModuleGENG Li-zhuo1,HAO Xue1,LIU Lu2,LIN Chun-long2,GAO Qi2(1.State Grid Hebei Electric Power Co.Ltd.Training Center,Shijiazhuang 050023 China;2.Beijing Kedong Electric Control System Co.Ltd.,Haidian District,Beijing 100192 China)Abstract:For the problem of network management intelligent adaptation,low bandwidth utilization rate and data transmission rate,high da-ta transmission delay and loss rate,the design method of OTN proposed.See the network management interface function of OTNequipment,obtain the successful record between local network management and equipment,analyze the local network manage-ment protocol,complete the intelligent adaptation processing of network management,and design the fully automatic OTN equip-ment network management interface module.Experimental results show that the bandwidth resource utilization rate of the pro-posed method reaches over 90%,data transmission rate above 75%,the average data transmission rate of 12 s,data transmissiondelay is only 9%,which can effectively improve the data loss situation,improve the bandwidth utilization rate and data transmis-sion rate,and reduce the data transmission delay.Keywords:OTN equipment;network management interface module;full automation;data transmission*基金项目：国网河北省电力有限公司科技项目（kj2019075）收稿日期:2021-08-13DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）08-0123-05.1引言随着智能电网的高速建设和飞速发展，通信系统在承载电力生产、运行以及信息数据方面的作用十分突出1-2。全新一代的OTN技术正在逐步替代传统的SDH技术。OTN技术能够灵活提供多种高速率接口，支持不同业务数据的透明传送，具有强大的网络管理能力和网络保护能力。但利用采购或者租用真实设备的方式构建OTN实训环境，投资成本较高，无法实现和工作情景一致的网络环境，同时还会存在故障和异常问题。对此，国内外相关专家已经进行了大量的研究。文献3提出了OTN网络路由优化方法。基于OS-NR指标，综合考虑光通道约束、业务风险度等因素，能够快速实现局部最优的网络信号传输。文献4提出了可靠性高的OTN路由优化算法，以全网业务风险均衡为目标，以遗传算法为基础，融合小生境演化思想，提升路由优化算法运行效率。基于以上研究成果，提出一种OTN设备网管接口模块全自动化仿真方法。实验结果表明，所提方法能够有效降低数据传输时延和丢失率，增强带宽利用率和数据传输速率。2OTN设备网管适配技术随着光网络通信技术的迅猛发展，各个光网络设备的制造商全部自成一体，大部分的网管主要均采用自拟的私有协议。从适配功能出发，将适配过程划分为以下的步骤，具体如下所示：123行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&Applications数据捕获：Wireshark是一种网络封包分析软件，主要负责网络的相关管理工作，同时截取网络封包，详细记录截取数据中的重要信息，提供全面的网络封包资料。其中，资料中主要包含源和目的地址等，根据不同使用层得到协议进行识别和解释。在保存文件的过程中，为了方便对比不同数据，可以将数据流保存为对应的文本文件，其中存储位置和数据流对应即可。数据对比软件的功能就是分析数据流的文本文件，通过计算获取文件之间的差异性，其中不同文件分别采用不同颜色的字节进行标注。OTN设备主要是由多个不同的单元组成，如图1所示。图1OTN设备的组成结构实现OTN设备网管的智能适配是一个不断优化的过程。当实际操作时，重点关注网络协议的破解，它是实现网管信息智能适配的重要依据。在实现智能适配方案上，主要划分为三个不同的阶段，具体如图2所示。(1)网管信息记录阶段：根据对网管下发的命令和OSC通信传输的网络信息两部分进行截取，为后续网管命令的解析奠定坚实的基础。在本地网管和厂家OTN设备两者直接连接的环境下，可以直接下达命令进行数据包交换，同时还能够分析和比较数据包，最终获取对应字节的主要含义。(2)网管信息的解析：对网管中的命令数据和OSC通道中的网管数据两者进行对比分析，将其作为破解网络协议的重要依据。另外，还需要对本地命令和网管命令进行比较，确定关键关节，将其作为判定依据进行字节划分和确定5-6。最终结合以太网的数据链路层和物理层等协议的封装规格，对封装过程和接入设备网络进行详细分析，最终破解网管协议。其中对应的解析计算公式如下：(1)式中，D代表网管协议的解析过程；L代表最小输出功率；S代表全部光连接器的衰减和；代表光纤损耗系数。图2OTN设备网管适配方案(3)网管适配的实现：优先破解系统内的网管协议，选取符合需求的适配设备。另外，还需要在抢通设备上将得到适配方案同步，借助OSC通道对各个厂家的网管信息进行校正和适配，具体如公式(2)所示。(2)式中，DGD代表网管适配方案；PMD代表数据传输速率；Li代表信道i最小传输功率。3OTN设备网管接口模块全自动化仿真设计在大规模数据调度下，OTN设备网管接口模块的应用网络主要完成不同业务之间的交叉连接。模块可以同时访问多个不同的服务，且服务级别和规模不同。OTN设备网管接口模块是独立存在的，也是相互联合的，它能够同时和多个业务进行连接，也将类型相同的业务集合在一起。OTN设备网管接口模块的核心在于实现ODUk的交叉连接，结合2小节的OTN设备网管适配技术，进行OTN设备网管接口模块全自动化仿真设计，详细的结构如图3所示。以下对不同的组成部分进行详细的分析和介绍。3.1VC成帧器利用VC成帧器能够完成映射转换，即异步映射。优先将数据包进行划分，按照类别划分为20个大小相同的124自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications数据块，其中各个数据中包含的字节和子块数量是相同的。VC成帧器的主要作用是对不同格式的数据包进行转换，使其成为统一的格式。其中，转换过程还需要借助以下三个子模块，具体如下所示：(1)异步FIFO数据缓存子模块：由8个不同的输入和输出总线宽度为8 bit的FIFO构建该子模块，数据的读取是利用乒乓方式完成的。采用通过FIFO分别给出指示信号在不同状态下的变化情况。其中，不同类型的指示信号是通过相关的计算得到的，最终需要将其传输到控制子模块中7。图3OTN设备网管接口模块结构图(2)控制子模块：控制子模块通过状态机读取不同的控制信号，进而得到FIFO中的数据。另外，需要借助控制数据组进行数据输出，同时输出的数据均为统一格式。(3)数据组装输出子模块：通过子模块优先输出规格为40 bit数据，然后将按照字节大小进行划分和处理，同时通过指示信号获取各个数据的主要来源。3.2TFI-5成帧器TFI-5成帧器需要借助数据包到固定的链路进行映射和字节插入操作，最终达到同步映射的目的。其中，映射过程可以简单描述为：将数据包中的各个子块中的全部字节按照一定顺序分配到对应的链路中。当信号完成同步映射后，需要将其转换为规格为40 bit的并列数据，同时将其放置在设定的区域内。其中，TFI-5成帧器为实现数据帧格式的转换，通过三个不同的子模块组成，具体如下所示：(1)同步FIFO数据缓存子模块：通过同步FIFO完成数据缓存，主要由5个输出总线宽度为8 bit的FIFO组成，利用FIFO获取空满状态的指示信号，采用ioctl函数进行一系列计算之后获取控制模块，完成缓存数据的同步。ioctl()函数为：int ioctl(int fd,int cmd,)；其中，fd是通过FIFO生成的文件描述符；cmd为控制命令的int型整数，包括数据大小、设备类型、序列号。int由状态机生成，被系统传输给缓存子模块，缓存子模块要使用解码宏才能得到cmd的参数。为了正确发送命令，cmd参数要与设备一一对应。如果ioctl函数的返回值是整数，命令执行成功则返回0，如果执行错误，则返回负值并反馈给调用此ioctl函数的模块。每个int对应一个cmd，ioctl函数内部是一个switchcase的结构，根据数据的main_type字段确定执行下面的哪个函数：当 main_type=1 时，将 cmd 参数代入到handle_snmp_info()函数中；当 main_type=2，带入到handle_snmp_perform()函数；当main_type=5 时，代入handle_snmp_others()函数。根据以上函数模块完成缓存数据的同步。(2)控制子模块：控制子模块形成FIFO模块和数据输出子模块的控制信号，同时确保同步FIFO子模块和数据输出子模块动作正确。(3)数据组装输出子模块：需要按照指令在FIFO选择并且读取出对应数据，按照40 bit并列数据的规格输出。3.3VC交换芯片选择商用交换芯片PM5376作为模块的交换芯片。选取该芯片的主要原因是：(1)技术成熟；(2)成本低；(3)使用范围广。3.4TFI-5解映射器TFI-5解映射器主要负责实现不同链路之间的数据映射，同时也是TFI-5成帧器的逆处理流程，即同步解映射过程。3.5VC解映射器VC解映射器是实现不同数据帧之间的映射，同时也是VC成帧器的逆处理过程，即异步解映射过程。125行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&ApplicationsVC解映射器工作过程能够描述：在并行输入的帧数据中删除无利用价值的数据，根据相关的字节信息对S字节的相关信息进行调整，确保其输入到对应的数据流中。其中，VC解映射器也是由三个不同功能不同的子模块组成，具体如下所示：(1)异步FIFO数据缓存子模块：是由8个输入和输出宽度为8 bit的FIFO构成，通过乒乓方式进行数据读取。通过各个FIFO给出空、满状态的指示信号，结合相应逻辑进行计算，获取对应的控制信息。(2)控制子模块：主要目的是确保各个模块的操作流程一致。(3)数据输入子模块：数据输入子模块接收控制子模块的指令，将其输入到对应的数据流中，同时选择对应的数据分配至FIFO模块中，更好实现OTN设备网管接口模块自动化设计8。4仿真实验为了验证所提OTN设备网管接口模块全自动化仿真设计方法的有效性，进行仿真实验测试。(1)带宽利用率/%:优先针对OTN设备网管接口模块的带宽资源利用率进行测试分析，分析OTN设备在使用网管接口模块前后的带宽利用率变化情况，详细的实验结果如图4所示。图4带宽利用率仿真测试分析图4中的实验数据可知，当OTN设备使用网管接口模型后，带宽资源利用率得到明显提升，达到了90%以上，充分证明所设计模型的优越性。(2)数据传输性能分析：数据传输性能主要从两个方面进行测试分析，一方面是数据传输速率，另一方面是数据传输时延，详细的实验对比结果如图5所示。由图5可知，在使用全自动化OTN设备网管接口模块后，设备的数据传输速率得到明显提升，达到75%以上，同时数据传输时延也开始下降，最高时延12 s,说明进行OTN设备网管适配是可行的，能够精准掌握不同设备的连接情况，确保数据顺利进行传输。(a)数据传输速率(b)数据传输时延图5数据传输性能仿真测试分析(3)数据丢失率/%：在数据进行传输的过程中，经常会因为网管接口设计不合理，造成大量的数据丢失。为此，以下实验测试对比使用全自动化网管接口模块前后数据丢失率变化情况，详细的实验结果如表1所示。表1数据丢失率仿真实验测试分析测试任务数量/个102030405060708090100110120平均值数据丢失率/%本文方法152114710615635429文献3方法2530271822153014121510818.83文献4方法35322920211633171412121019.5126自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications分析表1中的实验数据可知，本文方法的数据丢失率最低，平均值仅9%，充分验证了所设计模块的有效性和优越性。5结束语结合当前网络的发展趋势，提出一种OTN设备网管接口模块全自动化仿真设计方法。经实验测试证明，所提方法能够全面增强数据传输速率和带宽利用率，降低数据丢失率和数据传输时延，更好完成数据传输。随着网络技术的不断发展，对于网管的研究越来越深入，在后续研究过程中，针对所提方法存在的不足，需要进一步改进和提升。参考文献:1 李林,曹军,陶维青.光储充电站通信网络和系统控制技术研究J.电子测量与仪器学报,2019,33(9):25-32.2 周璇,何锋,熊华钢.DIMA系统网络通信技术方案选择J.电光与控制,2019,26(11):25-30.3 董武,彭迪栎,汤玮,等.基于OSNR的OTN路由优化算法J.自动化技术与应用,2019,38(10):89-92.4 龙致远,郑丁,黄美琴,等.OTN技术在电力通信网业务路由优化中的应用J.微型电脑应用,2019,35(3):106-110,120.5 毛莺池,程杨堃,齐海.基于测点时空特征的工程安全监测网络划分方法J.计算机学报,2020,43(4):631-642.6 吴文燕,姜鑫,王晓锋,等.虚拟化与数字仿真融合的网络仿真任务划分J.计算机应用研究,2019,36(3):878-881,885.7 王旭,唐敦兵,郑杜,等.基于Simulink的三相异步电动机直接转矩控制系统研究J.机械制造与自动化,2020,49(2):195-198,202.8 任永强.智能矿井综合自动化系统研究J.能源与环保,2019,41(5):115-120.作者简介:耿立卓（1985-），女，硕士，高级工程师，研究方向：电力通信专业培训。37分43秒，优化排产后效率提升约14.2%。仿真结果表明，利用本文所述方法对非标轴承超精密磨削生产线加工顺序进行优化可以帮助生产企业提升加工效率。5结束语随着定制化、个性化产品越来越流行，小批量多品种的订单将是企业加工生产过程中面临的一种挑战。本文以利用Plant Simulation平台，面向非标轴承超精密磨削生产线搭建仿真平台，并针对一种典型的小批量多品种订单进行加工顺序优化仿真，以寻求最小完工时间。通过仿真结果可以看出，优化排程后，明显缩短了加工周期，提高了企业的加工排程效率，为此类流水线型企业加工排产问题提供了一种新解决方法，进而提高此类企业的经济效益。参考文献:1 于美霞.高端轴承制造关键技术研究J.山东工业技术,2019(1):63.2 闻向阳,王岩,梁进城,董香梅.“智能制造”探索研究J.自动化技术与应用,2018,37(2):139-142.3 刘卓,韩小荣.基于CAN现场总线的轴承超精密磨削线监控系统J.济源职业技术学院学报,2007(3)：13-16.4 赵久龙，艾巍，刘莹，周密.某工厂电池车间物流仿真探究J.汽车工艺与材料,2022(11):36-43.5 王富强，杨妮，吴铎，金璐.基于Plant Simulation平台的铝挤压生产线系统调度仿真实现J.重型机械,2022(3)：16-21.6 裴小兵，谭林林.基于eM_plant的作业车间生产批量优化研究J.系统仿真学报,2015，27(7):145814677 胡小建，杨智.基于混合遗传算法的多拣货小车路径规划研究J.合肥工业大学学报,2022,45(12):1715-1722.8 万雨松，余开朝.云制造生产模式下的生产调度研究J.软件导刊,2022,21(10):142-148.作者简介:郝明（1978-），男，本科，副研究员，研究方向：工业自动化。通信作者：朱明清（1978-），男，研究生，研究员，研究方向：工业自动化。(上接第61页)检测方法J.计算机工程与设计,2020,41(6):42-47.4 张兴兰,尹晟霖.可变融合的随机注意力胶囊网络入侵检测模型J.通信学报,2020,41(11):164-172.5 刘金平,张五霞,唐朝晖,等.基于模糊粗糙集属性约简与GMM-LDA最优聚类簇特征学习的自适应网络入侵检测J.控制与决策,2019,34(2):22-30.6 刘利军,强建波,彭金龙.横剪生产线控制及信息管理系统设计及实现J.机械制造与自动化,2019(4):142-144,155.7 袁传运.矿用提升机监测和故障诊断方法研究J.能源与环保,2019,41(3):135-137.8 方旖,毕大平,潘继飞,等.基于主成分分析的雷达行为状态聚类分析方法J.探测与控制学报,2020,42(2):115-121.作者简介:乔艳丽（1975-），女，本科，高级项目管理师，研究方向：医院信息化建设，网络安全。(上接第106页)127