一种基于复合量度的电力通信光纤网络可靠性研究方法

摘要

一种基于复合量度的电力通信光纤网络可靠性研究方法。其包括采用有效性、光纤衰耗作为评价电力通信光纤网络可靠性的测度指标；采用带宽、时延、丢包率、成本作为评价电力通信光纤网络业务传输性能的测度指标；从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和成本数据，并利用这些数据建立电力通信光纤网络的数学模型，同时设定有效性、光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和成本在内的测度指标的约束条件；利用上述电力通信光纤网络的数学模型对待评价电力通信光纤网络进行复合量度m最优电路配置。本发明对电力光纤传输网络的网络优化和资源调配，提高电力通信网的可靠性管理水平具有一定的指导意义。

说明书

技术领域

本发明属于电力通信网络规划运行技术领域，特别是涉及一种基于复合 量度的电力通信光纤网络可靠性研究方法。

背景技术

电力通信网能否可靠运行将会直接关系到电力系统生产运行的安全稳 定，一旦重要环节的通信出现故障，将造成电网的巨大损失。随着智能变电 站的建设和智能仪表的广泛使用，电力通信网络承载业务种类和数量急剧增 加，由于各业务对于通信的传输要求也不尽相同，从而对电力光纤传输的带 宽、时延等传输服务质量(QoS)提出了多级别的限定需求。因此，对光纤 电路的可靠性评估与电路配置优化工作就显得尤为重要。但目前尚缺少相应 的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于复合量度的电力通 信光纤网络可靠性研究方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于复合量度的电力通信光纤网络可 靠性研究方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)采用有效性、光纤衰耗作为评价电力通信光纤网络可靠性的测 度指标，以此来增强网络的抗击毁性，提高网络生存性和可用性；

步骤2)采用带宽、时延、丢包率、成本作为评价电力通信光纤网络业 务传输性能的测度指标，以满足不同业务的传输服务质量需求；

步骤3)从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、光纤衰耗、 带宽、时延、丢包率和成本数据，并利用这些数据建立电力通信光纤网络的 数学模型，同时设定有效性、光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和成本在内的 测度指标的约束条件；

步骤4)利用上述电力通信光纤网络的数学模型对待评价电力通信光纤网 络进行复合量度m最优电路配置。

在步骤3)中，所述的从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、 光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和成本数据，并利用这些数据建立电力通信 光纤网络的数学模型，同时设定有效性、光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和 成本在内的测度指标约束条件的方法为：

从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、光纤衰耗、带宽、 时延、丢包率和成本数据，利用这些数据建立电力通信光纤网络的数学模型， 将电力通信光纤网络中的设备和光纤等效为无向加权图G(V，E)中的节点和 边，其中V＝{v1,v2,…,vm}表示节点集合，E＝{e1,e2,…,en}表示链路ei的集 合；根据影响电力通信光纤网络的相关参数，对链路ei设置多权值，即电力 通信光纤网络中每一条链路ei都具有多个权值，构成r重加权图G，r为每 条链路ei中权值的个数，则电力通信光纤网络即为从源节点到目的节点的一 条无环通路(节点和链路的集合)；同时根据有效性、光纤衰耗、带宽、时 延、丢包率和成本对电力通信光纤网络的影响设定上述各测试指标的约束条 件：

带宽：DK≥BW

光纤衰耗：

时延：l≤D_r

丢包率：

有效性：A_Cp≥A_Cr

成本：

BW、Ar、Dr、pr、ACr、Cr分别表示带宽、光纤衰耗、时延、丢包率、 有效性、成本的阈值。

在步骤4)中，所述的利用上述电力通信光纤网络的数学模型对待评价 电力通信光纤网络进行复合量度m最优电路配置的方法为：

步骤4.1)根据待评价电力通信光纤网络的需求，利用上述电力通信光 纤网络的数学模型确定出待评价电力通信光纤网络的BW、Ar、Dr、pr、ACr、 Cr；

步骤4.2)在r重加权图G中，采用无环m最短路算法求出对应所需节 点对间的m条最短路径集Rij(m)，m条最短路径集Rij(m)表示从源节点i到目 的节点j的m条路径集；

步骤4.3)对最短路径集R_ij(m)中的所有路径计算复合权值，进行选优排 序，具体操作方法如下：依次计算r_ij∈R_ij(m)的带宽、时延、丢包率、有效性 在内的路径测度指示，去掉不满足约束条件的路径，并对满足约束条件的路 径，根据路径的有效性进行排序，选择有效性最高的路径作为待评价电力通 信光纤网络的主用路由，并选择与主用路由无共享链路的路径作为备用路 由。

在步骤4.2)，所述的在r重加权图G中，采用无环m最短路算法求出 对应所需节点对间的m条最短路径集Rij(m)，m条最短路径集Rij(m)表示从 源节点i到目的节点j的m条路径集的具体方法如下：

(1)求出源节点i到目的节点j的最短路径r₀，并把最短路径r₀放入最 短路径集Rij(m)中，且标记最短路径r₀使其为最短路径集Rij(m)中下一步要 处理的路径，初始时R_ij＝{r₀}；

(2)最短路径集R_ij中共有待处理的路径r_i＝a₁→a₁→a₂→…→a_x计x条 链路，采用“截断－重连”操作依次计算上述x条链路的路径，获得y条新路 径P，其中x,y应该满足y<＝x；

(3)进行最短路径集R_ij与y条新路径P的集合加法运算R_ij(M)＝R_ij∪P， 并且标记y条新路径P为未处理，若||R_ij(M)||>＝m，则转步骤(4)；否则在 最短路径集R_ij中寻找未处理的路径，标记为当前需处理路径，之后转步骤 (2)；

(4)将R_ij(M)中包含的最短路径返回，算法结束，输出最短路径集R_ij(m)。

本发明提供的基于复合量度的电力通信光纤网络可靠性研究方法在一 次配置过程中同时规划出m条可行配置方案，并且通过分析路径集的带宽、 时延、丢包率、衰耗和成本等不同量度及光路全程可靠性，最终获得能够满 足可靠性和传输服务质量需求的光路配置方案，并给出优先选择序列。基于 多约束条件的电力通信光纤网络方法可用于电力通信网的规划、建设、运行、 管理和维护。对电力光纤传输网络的网络优化和资源调配，提高电力通信网 的可靠性管理水平具有一定的指导意义。

附图说明

图1为本发明提供的基于复合量度的电力通信光纤网络可靠性研究方法 流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于复合量度的电力通信 光纤网络可靠性研究方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于复合量度的电力通信光纤网络可靠性研 究方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)采用有效性、光纤衰耗作为评价电力通信光纤网络可靠性的测 度指标，以此来增强网络的抗击毁性，提高网络生存性和可用性；

步骤2)采用带宽、时延、丢包率、成本作为评价电力通信光纤网络业 务传输性能的测度指标，以满足不同业务的传输服务质量需求；

步骤3)从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、光纤衰耗、 带宽、时延、丢包率和成本数据，并利用这些数据建立电力通信光纤网络的 数学模型，同时设定有效性、光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和成本在内的 测度指标的约束条件；

步骤4)利用上述电力通信光纤网络的数学模型对待评价电力通信光纤网 络进行复合量度m最优电路配置。

在步骤3)中，所述的从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、 光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和成本数据，并利用这些数据建立电力通信 光纤网络的数学模型，同时设定有效性、光纤衰耗、带宽、时延、丢包率和 成本在内的测度指标约束条件的方法为：

从现有电力通信光纤网络的运行数据中收集有效性、光纤衰耗、带宽、 时延、丢包率和成本数据，利用这些数据建立电力通信光纤网络的数学模型， 将电力通信光纤网络中的设备和光纤等效为无向加权图G(V，E)中的节点和 边，其中V＝{v1,v2,…,vm}表示节点集合，E＝{e1,e2,…,en}表示链路ei的集 合；根据影响电力通信光纤网络的相关参数，对链路ei设置多权值，即电力 通信光纤网络中每一条链路ei都具有多个权值，构成r重加权图G，r为每 条链路ei中权值的个数，则电力通信光纤网络即为从源节点到目的节点的一 条无环通路(节点和链路的集合)；同时根据有效性、光纤衰耗、带宽、时 延、丢包率和成本对电力通信光纤网络的影响设定上述各测试指标的约束条 件：

带宽：DK≥BW

光纤衰耗：

时延：l≤D_r

丢包率：

有效性：A_Cp≥A_Cr

成本：

BW、Ar、Dr、pr、ACr、Cr分别表示带宽、光纤衰耗、时延、丢包率、 有效性、成本的阈值。

在步骤4)中，所述的利用上述电力通信光纤网络的数学模型对待评价 电力通信光纤网络进行复合量度m最优电路配置的方法为：

步骤4.1)根据待评价电力通信光纤网络的需求，利用上述电力通信光 纤网络的数学模型确定出待评价电力通信光纤网络的BW、Ar、Dr、pr、ACr、 Cr；

步骤4.2)在r重加权图G中，采用无环m最短路算法求出对应所需节 点对间的m条最短路径集Rij(m)，m条最短路径集Rij(m)表示从源节点i到目 的节点j的m条路径集，具体方法如下：

(1)求出源节点i到目的节点j的最短路径r₀，并把最短路径r₀放入最 短路径集Rij(m)中，且标记最短路径r₀使其为最短路径集Rij(m)中下一步要 处理的路径，初始时R_ij＝{r₀}；

(2)最短路径集R_ij中共有待处理的路径r_i＝a₁→a₁→a₂→…→a_x计x条 链路，采用“截断－重连”操作依次计算上述x条链路的路径，获得y条新路 径P，其中x,y应该满足y<＝x；

(3)进行最短路径集R_ij与y条新路径P的集合加法运算R_ij(M)＝R_ij∪P， 并且标记y条新路径P为未处理，若||R_ij(M)||>＝m，则转步骤(4)；否则在 最短路径集R_ij中寻找未处理的路径，标记为当前需处理路径，之后转步骤 (2)；

(4)将R_ij(M)中包含的最短路径返回，算法结束，输出最短路径集R_ij(m)；

步骤4.3)对最短路径集R_ij(m)中的所有路径计算复合权值，进行选优排 序。具体操作方法如下：依次计算r_ij∈R_ij(m)的带宽、时延、丢包率、有效性 在内的路径测度指示，去掉不满足约束条件的路径，并对满足约束条件的路 径，根据路径的有效性进行排序，选择有效性最高的路径作为待评价电力通 信光纤网络的主用路由，并选择与主用路由无共享链路的路径作为备用路 由。

本发明方法基于全程光路的可靠性和有效性数学模型，提出复合量度的 优化电路配置新方法，在一次配置过程出同时计算出m条电路配置方案，便 于主备路由的选择，极大程度提升电路可靠性，对于网络的规划、管理和维 护具有更多的实际意义。