CN101588263B - 一种评估电力通信网可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种评估电力通信网可靠性的方法，基于路径追踪算法，在预先建立的网络拓扑中查找网络拓扑源节点到目标节点的所有路径，并定义系统网络的可靠度为各路径的可靠度的并集；定义递归函数计算路径集的可靠性表达式的数目，并根据该可靠性表达式的数目为所述路径集创建可靠性表达式数组，所述路径集为所述所有路径的集合，所述递归函数为f(n)＝f(n-1)*2+1，n表示路径集的数目；根据所述可靠性表达式数组以及预设的网络节点的可靠性参数计算获得所述路径集的可靠度；根据所述可靠度对所述电力通信网的可靠性进行评估。通过本发明可以有效地评估电力通信网的可靠性。

Description

一种评估电力通信网可靠性的方法

技术领域

本发明涉及通信网的可靠性评估方法，尤其是电力通信网的可靠性评估方法。 

背景技术

完善可靠的电力通信网是电力系统安全稳定运行的基础。一个可靠的电力通信网应满足如下基本要求： 

能够满足各种电力业务的可靠度的需要： 

在正常情况下，通信网络中的任意两个网络节点须保持至少两条独立物理路由的连通； 

任一网络节点失效断开，应能保持电力业务的稳定运行，且不致使其它节点发生通信质量劣化和通道阻塞；尽量保证在任意两个网络节点失效断开时，不会影响其它节点的正常通信；即电力通信网必须满足“N-1”准则，尽量满足“N-2”准则。 

“N-1”准则可以理解为：在正常运行方式(含计划检修方式)下，网络中任一节点、元件(通信设备、通信设施等)发生单一故障时，不应导致主网络非正常运行，不应发生网络崩溃。“N-2”准则与上述理解类似。 

到目前为止，在可靠性指标、通信网行为建模和行为测度的评估等方面均取得了较多研究成果，国内的研究主要集中在通信电源系统的可靠性研究、总线系统的可靠性研究、以及通信中数据传输的可靠性研究；国外则主要集中在通信系统可靠性算法的研究(包括布尔代数法、神经网络法、递归算法等)和系统的可靠性分析。但是电力通信系统作为电力系统的专网，其可靠性问题既有一般通信系统的共性，又有其自身特点，电力通信网络由于承载了继保信号、安稳信号等重要电网业务，其可靠性评估方法有别于一般通信网，需要有效可行的方法同时从上述三个方面实现对电力通信网可靠性的评估，而一般的通信网不需要，也不一定必须满足N-1/N-2准则。因此目前一般通信网的网络可靠性评估方法不能直接用于电力通信网。 

发明内容

提供一种评估电力通信网可靠性的方法，能够适用于电力通信网的可靠性评估。 

本发明提供一种评估电力通信网可靠性的方法，包括步骤： 

基于路径追踪算法，在预先建立的网络拓扑中查找网络拓扑源节点到目标节点的所有路径，并定义系统网络的可靠度为各路径的可靠度的并集； 

定义递归函数计算路径集的可靠性表达式的数目，并根据该可靠性表达式的数目为所述路径集创建可靠性表达式数组，所述路径集为所述所有路径的集合，所述递归函数为f(n)＝f(n-1)*2+1，n表示路径的数目； 

根据所述可靠性表达式数组以及预设的网络节点的可靠性参数计算获得所述路径集的可靠度； 

根据所述可靠度对所述电力通信网的可靠性进行评估。 

通过本发明可以有效地评估出电力通信网络的任意两个网络节点的连通度、承载电力业务的可靠度、关键/薄弱节点、关键/薄弱链路以及可靠度最优链路。对运维部门优化网络结构，加强薄弱节点和链路的维护和管理起到重要的指导意义，从而进一步提高电力通信网及其所承载的电网业务的可靠性。 

附图说明

图1为本发明评估电力通信网可靠性的方法的流程图； 

图2为一电力通信网的SDH拓扑结构； 

图3为图2所示的电力通信网中N-1分析的示例图。 

具体实施方式

本发明提供的评估电力通信网可靠性的方法，通过结合可靠性框图(Reliability Block Diagram)的路径追踪算法以及N-1/N-2准则，进行定量计算和分析。通过本发明可以获得反映该电力通信网络所承载电力业务的可靠度、任意两节点间的连通度、关键/薄弱节点、关键/薄弱链路以及推荐可靠度最优链路等评估电力通信网可靠性的多项关键指标。 

以下详细阐述本发明的实现过程：请参见图1，本发明基于路径追踪算法，预先建立网络拓扑，并预先设置各节点的可靠性参数(节点可靠性参数可以包括MTTF等参数)。在执行本发明的评估电力通信网可靠性的方法时，首先查找任意两个节点之间的所有路径(步骤一)；然后为路径集创建可靠性表达式数组，路径集是步骤一中的全部或部分路径的集合(步骤二)；根据所述可靠性表达式数组以及预先设置的可靠性参数计算获得路径集的可靠度(步骤三)；根据所述可靠度对电力通信网的可靠性进行评估(步骤四)。 

对于上述步骤一，路径追踪法算法的主要思想是：在网络中的所有节点中确定一个节点作为源端，一个节点作为宿端，遍历两个节点中间所有可能的路径。系统的可靠性是这些路径可靠性概率值(也叫可靠度)的并集。遍历源端和宿端之间所有路径的算法是计算可靠性的基础。遍历指的是给定一个节点，找到所有下级节点，依次递归直到访问到目标节点。可以通过深度优先遍历和广度优先遍历两种遍历算法来获得所有路径，这两种算法的复杂度和结果是相同的。在一个实施例中，申请人采用的是深度优先遍历算法。以下是深度优先算法的原理和实现过程。 

深度优先遍历的思想类似于树的先序遍历。其遍历过程可以描述为：从某个顶点v出发，访问该顶点，然后依次从v的未被访问的邻接点出发继续深度优先遍历其余顶点，直至所有与v有路径相通的顶点都被访问完为止。 

作为一个优选实施例，在遍历过程中，为了避免重复访问同一顶点造成无限循环，可以创建一个一维数组visited[0..n-1](n是顶点的数目)，用来设置访问标志，以便于在算法中区分顶点是否已被访问过，其初始值visited[i](0≤i≤n-1)为″0″，表示邻接表中下标值为i的顶点没有被访问过，一旦该顶点被访问，将visited[i]置成″1″。在算法执行过程中可以不断更新这个数组的值，并根据相应顶点的对应的visited[i]的值决定单次遍历是否结束。 

在获得两个节点间所有路径的基础上，可以选择将所有路径中的部分或全部路径构成路径集，并建立可靠性表达式数组。所述可靠性表达式由表达式符号以及节点列表构成。如：+(江门站，恩平变，阳江变)。步骤二中创建可靠性表达式数组的过程可以通过如下方式实现：首先计算所有可能的可靠性表达式的数目。假设路径集合的数目为n，则可靠性表达式的数目的计算函数为递归式f(n)＝f(n-1)*2+1。 

在计算得到可靠性表达式数目之后，为可靠性表达式分配存储空间，即可靠性表达式数组。为第一个路径创建可靠性表达式并存入可靠性表达式数组。设置变量count为1。接下来从第二个路径开始遍历所有路径，对每一条路径执行如下操作：1)设置变量oldCount等于count；2)为该路径创建可靠性表达式并存储在可靠性表达式数组count位置，并将count值加1；3)将该路径与可靠性表达式数组oldCount之前的所有项合并并存储在count到count+oldCount之间；置count为count+oldCount。值得注意的是，在合并时，需要将两条路径的节点集进行合并并改变可靠性表达式的符号(正或负)。经过以上的计算就得到了两个节点间的可靠性表达式数组。 

作为本发明的一个优选实施例，在执行步骤三之前可以对这个可靠性表达式数组进行简化以去除抵消项。简化算法如下：遍历可靠性表达式数组所有项，对于每一项，遍历其后的每一项并与当前项进行比较，判断是否抵消。如果抵消则删除抵消项。 

在执行步骤三时，遍历可靠性表达式数组，计算每一个可靠性表达式的值并累加即可获得所需要的可靠度。其中，一个可靠性表达式的值即所包含的节点的可靠性的乘积乘以表达式的符号(正或负)。 

本发明通过可靠性参数来对电力通信网的可靠性进行评估，评估指标可以包括：确定关键节点、薄弱节点、薄弱链路以及可靠性最优链路等等。以下是一个实施例中步骤四的执行过程。 

1)确定关键节点，这里的关键节点是指由于该节点失效导致整个网络不满足N-1准则的节点。 

2)确定薄弱节点： 

对网络可靠性进行遍历计算，得到网络无故障时两节点通信的可靠性参数，如果与某点相连的所有链路的可靠度与标准值相比不理想，该点即为薄弱节点。 

3)确定薄弱链路：对网络可靠性进行遍历计算，得到网络无故障时两节点通信的可靠性参数。两点之间只有单一链路且链路可靠度低于标准值(例如0.9)，该链路即为薄弱链路。 

4)确定可靠度最优链路：根据可靠性参数对两节点之间的所有连通链路的可靠度进行排序并得出可靠性最高的链路，即最优链路。 

以下列举一个本发明的应用实例。 

图2所示为某电力通信网的SDH拓扑结构，利用本发明所述的方法进行可靠性评估。在这张图中，所有的信号流向是双向的。 

①对某电力业务的可靠性评估 

江门站是某电力业务的信号源端，茂名变是信号宿端。利用本发明提供的评估电力通信网的可靠性的方法，可以方便的评估某电力业务的可靠性。经计算，各节点可靠性参数及评估结果如表1所示。 

表1各节点可靠性参数及评估结果 

路径集和每条路径的可靠度如表2所示。从这个表中可以看到，江门站与茂名变之间共有2条路径，通过分析每条通道上的可靠度，可以为运行维护部门提供参考。 

表2路径集和每条路径的可靠度 

②任意两节点间的连通度 

网络中任意两节点间的连通度如表3所示，这里的连通度主要所指的是两点间能正常通信的链路数目以及各个链路的可靠度。 

表3任意两节点间的连通度 

③根据拓扑图、路径集以及N-1准则，寻找网络关键节点。 

通过统计分析可得各个节点的连通度如下表： 

表4节点连通度列表 

从表中可以看出，节点间的链路配置比较均衡，没有哪个节点承担过于繁重的链路负担，也没有哪个节点链路过少，整个网络的负载显得比较均衡。但是恩平变、阳江变连接最多的节点。再利用N-1准则对这2个节点进行分析。 

如图3所示，当恩平变发生故障时，江门站与茂名变之间无通路，可靠性计算结果为NULL。据此结果可以判定，恩平变为关键节点，该节点一旦失效，整个网络的可用性为0，不满足N-1准则。同理，当阳江变发生故障时，江门站与茂名变之间亦无通路。由此可见，恩平变、阳江变在网络中起着关键节点的作用，在日常运行维护中应该加强对其的关注度。 

④寻找薄弱节点 

从可靠性列表上摘取可靠度小于0.9的链路，可以列出如下表格： 

表5可靠性较低链路列表 

序号	路径	可靠度
			1	江门站→阳江局	0.879664
2	茂名变→阳江局	0.879664

[0060] 

3	阳江局→江门站	0.879664
			4	阳江局→茂名变	0.879664

从以上结果可以看出：和阳江局有连接的链路，其可靠度普遍较低，两个可靠度在0.9以上的链路阳江局→恩平变、阳江局→阳江变其可靠性也仅仅只有0.90804，所以阳江局是这个网络中的薄弱节点，应提高重视。 

⑤根据路径集寻找可靠性薄弱链路： 

显然，表5中的链路都是薄弱链路(可靠度小于0.9)。同时，两点之间只有一条路径的链路也是薄弱链路。参照链路列表可以汇总如下： 

表6薄弱链路列表 

显然，上表中的路径一旦发生故障，相应两点间的通信就会中断，需要重点关注。 

⑥推荐可靠性最优路径： 

根据计算结果，可以提出两点之间可靠性最高的路径如下表所示： 

表7推荐可靠性最优路径 

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种评估电力通信网可靠性的方法，其特征在于，包括步骤：

基于路径追踪算法，在预先建立的网络拓扑中查找网络拓扑源节点到目标节点的所有路径，并定义系统网络的可靠度为各路径的可靠度的并集；

定义递归函数计算路径集的可靠性表达式的数目，并根据该可靠性表达式的数目为所述路径集创建可靠性表达式数组，所述路径集为所述所有路径的集合，所述递归函数为f(n)＝f(n-1)*2+1，n表示路径的数目；

根据所述可靠性表达式数组以及预设的网络节点的可靠性参数计算获得所述路径集的可靠度；

根据所述可靠度对所述电力通信网的可靠性进行评估。

2.根据权利要求1所述的评估电力通信网可靠性的方法，其特征在于，根据所述可靠性表达式数组以及预设的网络节点的可靠性参数计算获得路径集的可靠度之前还包括步骤：

遍历所述可靠性表达式数组所有项，对于每一项，遍历其后的每一项并与当前项进行比较，判断是否抵消，如果抵消则删除所抵消的项。

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