高速铁路光传送网络综合保护机制与策略方法研究

The safety operation of high speed railway (HSR) has been the key issues of international concern with the rapid development of HSR all over the world. Optical transport network (OTN) is an important part of the HSR ground infrastructure. To guarantee the timely and accurate information transmission among different subsystems of HSR, we need to provide the integrated protection strategy for enhancing the robustness of OTN. This project focuses on solving the urgent problems of OTN of HSR, including failure reason analysis and recovery problem, big data based failure early warming problem, integrated failure protection strategy test and validation problem. Our goals are to reveal the failure threat sources and causes of failure; to create the failure fast recovery and self-healing models with safety requirements of HSR, and also the p-cycle based nodes and links redundancy configuration models; to creatively propose multi-node and multi-link failure jointly detection and location algorithms, big-data based failure early warming mechanisms, integrated failure protection strategies for IP over OTN network and OTN/SDH network; to construct network failure analysis, early warming test and integrated failure protection strategy validation platform of OTN with HSR characteristic; finally, to form the OTN integrated protection strategy and method for HSR. The results of this project will provide important technical and theoretical supports for safety operation of high speed railway optical transport network.

在全球高速铁路飞速发展的过程中，运营安全永远是关注的焦点。光传送网络是高速铁路地面基础设施的重要组成部分，为光传送网络提供有效的综合保护机制可以提高网络的健壮性，保证铁路各子系统间信息及时准确地传递。本项目从解决高速铁路光传送网络故障产生及恢复机制、基于大数据的故障预警、高效综合保护策略和保护测试验证方法四个科学问题开展研究。揭示高速铁路光传送网络故障威胁来源与故障产生机制；创建满足高速铁路安全需求的业务恢复与网络自愈模型，基于p-cycle环的节点链路的冗余设置模型；创新性的提出能够处理多节点多链路失效的故障联合检测定位方法，基于大数据的故障预警方法，IP和OTN以及SDH和OTN联合组网下的保护协调方案；搭建符合铁路特征的网络故障分析、预警测试以及综合保护验证平台；最终形成完善的高速铁路光传送网络综合保护机制。本项目的成果将为我国高速铁路光传送网络的可靠运行提供重要的理论与技术支撑。

在全球高速铁路飞速发展的过程中，运营安全永远是关注的焦点。光传送网络是高速铁路地面基础设施的重要组成部分。光传送网络有效的综合保护机制可以保证铁路各子系统间信息及时准确地传递。本项目针对高速铁路光传送网络综合保护机制与策略展开研究，取得的主要研究成果如下：. 1. 在高速铁路光传送网络故障产生及恢复机制研究方面，从自然环境、自然灾害、设备自身因素和外力因素等四个方面揭示了光传送网络故障产生机理；提出了基于改进蚁群算法的避障路径规划等多种策略进行多节点多链路故障联合检测与定位，形成了多方位的故障定位机制；提出了基于P-Cycle等多种算法进行网络故障恢复，形成了网络恢复体系。. 2. 在基于大数据的高速铁路光传送网络故障预警研究方面，针对光传送网络数据特点，设计了两阶段数据清洗算法；提出了基于LSTM的节点和链路故障预警模型；研发了网络故障分析和故障预警平台，实现了对光传送网络运行状态的评估、预测和故障预警。. 3. 在高速铁路光传送网络综合保护体系研究方面，针对光传送网络的不同类型业务，提出了相适应的光传送网络冗余保护设置策略；提出了基于Sagnac干涉原理的光缆沿线异常扰动监测方案，搭建高速铁路周边环境异常状态监测平台并在高铁现场进行实践；结合高速铁路网络结构和应用场景，提出了光传送网络和其所承载的SDH网、IP网之间的协调保护机制，形成了高速铁路光传送网络的综合保护体系。. 4. 在高速铁路光传送网络的保护测试验证方法研究方面，针对上述协调保护策略搭建平台进行测试验证。研究OTN和SDH联合组网的保护协调测试验证方法；研究OTN和IP网联合组网的保护协调测试验证方法；研建OLP 1+1保护测试平台、OMSP 1+1保护测试平台、ODUk SNCP 1+1保护测试平台和ODUk SPRing保护测试平台，建立了光传送网络的保护测试验证体系。. 目前，本项目部分研究成果已应用于高速铁路光传送网络建设和运维，有助于保障铁路运行安全，提升运营效率。