CN103560952B - 微型网络中的节点故障恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微型网络中的节点故障恢复方法包括以下步骤：定义社区：将各网络节点划分为不同的社区，并为划分入同一社区的节点设定相同的社区标识符；初始化网络节点：依据同一社区内的各节点的相互关系，设定网络节点角色、网络节点属性及网络节点领域，并预计算出各节点的单点故障恢复路径；确定节点故障恢复路径：当社区内的某一个节点故障时，执行单点故障协商流程；当多个节点故障时，对每一个故障节点依次执行故障恢复路径动态计算流程和多点故障协商流程。本发明的方法基于“局部最优”和“群策群力”的思想实现，可以迅速高效的恢复单点故障，可以“局部最优”的快速恢复多点故障，避免了繁重的计算，并能有效积累故障排除经验。

Description

微型网络中的节点故障恢复方法

技术领域

本发明涉及复杂微型网络领域，尤其涉及对“网格型”复杂微型网络的故障恢复方法的改进。

背景技术

在电力网络中，传统的复杂微型网络的故障恢复方法只适用于线性规划法、人工智能优化算法和启发式方法。采用传统的故障恢复方法需要进行潮流计算以验证各个解的可行性，因此就需要大量的计算，所以在时间和效率上往往无法满足复杂微型网络快速、合理恢复故障的要求。

随着通讯和自动化技术的发展以及电力设备的建设和改造，目前以复杂微型网络为主的电网网络结构已经变得越来越复杂，仅仅依靠人力已经无法满足发展的需要，而且这种故障恢复方法效率低下，对于有效的故障恢复经验也无法形成有效的积淀。而采用上述提到的一些人工智能优化算法等又涉及到大量的计算，无法满足快速、有效和合理的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供了一种微型网络中的节点故障恢复方法。该方法基于“局部最优”和“群策群力”的思想实现。采用这种方法，对网络中的单点故障可以实现迅速高效的恢复，对网络中的多点故障可以实现“局部最优”的快速恢复，避免了现有技术中人工智能优化方法的繁重计算，同时根据故障恢复的经验进行相应的调整就可以做到故障排除经验的有效积累。

本发明的技术目的是采用以下技术方案实现的：

本发明提供的微型网络中的节点故障恢复方法包括以下步骤：

定义社区：将微型网络中的各网络节点划分为不同的所述社区，并为划分入同一社区的网络节点设定相同的社区标识符；

初始化网络节点：依据同一社区内的各网络节点的相互关系，对每一网络节点设定网络节点角色、网络节点属性、以及网络节点领域；并预计算出各网络节点的单点故障恢复路径；

确定节点故障恢复路径：当社区内的某一个网络节点出现故障时，执行单点故障协商流程，确定该网络节点的节点故障恢复路径；当社区内的多个网络节点出现故障时，对每一个出现故障的网络节点依次执行故障恢复路径动态计算流程和多点故障协商流程，逐个确定出现故障的各网络节点的节点故障恢复路径。

该技术方案的好处在于：

(1)引入“社区”的概念，对网络中的节点采用划分社区的方式进行区域化管理，从而可以有效地将故障的影响控制在尽量小的区域内，防止对整个网络造成大的影响。

(2)由于采用了社区的方式划分网络节点，避免了全网采用人工智能的优化算法所需的大量计算，而是在社区内采用类人工智能优化算法，从而大大缩短了网络节点的故障恢复时间，达到了迅速高效恢复故障的效果。

(3)网络节点角色、网络节点属性、以及网络节点领域的结合使用，使得本发明的故障恢复方法可以最大限度的减少节点故障带来的损失，以保证将节点故障的影响降到最低。在确定节点故障恢复路径时，也能保证新的网络可以在较为合理和稳定的情况下继续运行。

(4)本方法采用具有扩展性的网络节点的组织方法，为复杂微型网络的兼容和扩展保留了灵活的空间。

附图说明

图1为本发明方法的主流程示意图；

图2为本发明中单点故障恢复路径的预计算过程的示意图；

图3为本发明中单点故障协商流程的实施示意图；

图4为本发明的微型网络中一个社区内某网络节点的网络节点领域的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。

本发明给出的微型网络中的节点故障恢复方法包括以下步骤，如图1所示：

定义社区：将上述微型网络中的各网络节点划分为不同的社区，并为划分入同一社区的网络节点设定相同的社区标识符；

初始化网络节点：依据同一社区内的各网络节点的相互关系，对每一网络节点设定网络节点角色、网络节点属性、以及网络节点领域；并预计算出各网络节点的单点故障恢复路径；

确定节点故障恢复路径：当社区内的某一个网络节点出现故障时，执行单点故障协商流程，确定该网络节点的节点故障恢复路径；当社区内的多个网络节点出现故障时，对每一个出现故障的网络节点依次执行故障恢复路径动态计算流程和多点故障协商流程，逐个确定出现故障的各网络节点的节点故障恢复路径。

上述对某一网络节点设定的网络节点角色包括直连点、次连点、和远连点。直连点与该网络节点直接相连；次连点与该网络节点的直连点直接相连，并经由直连点与该网络节点间接相连；远连点经由次连点和直连点与该网络节点间接相连。对网络节点角色的设定，可以将某一网络节点理解为其领域主节点，该主节点的直连点是该网络节点的邻居，次连点是该网络节点的邻居的邻居，远连点与该网络节点存在超过二级以上的间接关联关系。需要说明的是，次连点的连接关系不应发生在某一领域主节点的各直连点之间。

上述对某一网络节点设定的网络节点属性包括该网络节点的负载权重N_w、可靠性N_r、和可承受负载值N_ab。

在一般的微型网络社区中，(1)可以认为某网络节点的负载越重要，则负载权重N_w的值越大，反之则越小。因此，该值在参与后续计算时一般取为负值，即负载权重越高的节点表示该节点越重要。在选择协商故障恢复路径时应尽量避开选择该节点作为恢复路径上的分流节点，已尽量保证整个网络运行的稳定性。(2)可靠性N_r表示该节点自身的可靠性。由于网络节点中各实际设备不同，因此，采用一个综合的值N_r来表示该节点的可靠性，该节点越可靠N_r的值越大，反之越小。(3)可承受负载值N_ab表示该网络节点还能接受的负载值。这个值是动态值。当故障节点的负载分流到其他的网络节点的时候，需要分流节点还能承受负载。在同等可接受负载的条件下，N_ab的值越大，表示能接受的负载越多也越可靠。

上述对某一网络节点设定的网络节点领域包括该网络节点的邻居表N_brTb₁和领域表D_mTb₁。邻居表N_brTb₁中记录该网络节点的直连点的信息，网络节点通过邻居表N_brTb₁与其直连点保持互联关系并相互交互和学习；领域表D_mTb₁中记录该网络节点的次连点和远连点的信息。上述邻居表和领域表中记录的直连点、次连点、和远连点的信息包括但不限于：这些直连点、次连点和远连点与该网络节点的连接关系，这些直连点、次连点和远连点自身的网络节点属性，以及这些直连点、次连点和远连点自身的网络节点领域。

图4给出了本发明的微型网络中一个社区内某网络节点的网络节点领域的示意图。图中以网络节点0为领域主节点，虚线区域表示该领域主节点的网络节点领域。该网络节点领域中，网络节点1为领域主节点0的直连点，网络节点2为领域主节点0的次连点，网络节点3为领域主节点0的远连点。

在一般的微型网络社区中，可以认为一个领域主节点的直连点具有最高的可靠性，直连点对故障恢复路径的可靠性权重值应高于其他角色的网络节点，次连点的可靠性权重值则高于远连点，远连点对于故障恢复路径的贡献只能作为参考作用。因此，可以只将权重值高于次连点的远连点包括进领域内，作为对故障恢复路径判断的一个辅助节点。因此，领域主节点的领域表D_mTb₁中记录的远连点的信息，可以只包含满足以下条件的远连点的信息：这些远连点的负载权重N_w的值大于次连点的负载权重N_w的值。

在上述初始化网络节点的步骤中，某一网络节点的单点故障恢复路径可以按照以下方法预计算得到，参见图2所示：

以某一网络节点为故障节点j，读取该故障节点j和同一社区内其他各网络节点i的网络节点领域，得到同一社区内其他各网络节点i与该故障节点j之间的相互关系N(i，j)；

根据相互关系N(i，j)，获得该社区内不包含故障节点j的可能的负载分流几何路径；

将包含有满足以下条件的网络节点的负载分流几何路径排除，得到可行负载分流路径：经过负载分流后，该网络节点的新增负载值大于该网络节点的可承受负载值N_ab；

可行负载分流路径中包含的网络节点构成分流节点i’；按照以下公式计算可行负载分流路径上各分流节点i’的单点权重值N_sum：N_sum(i’)=∑(-N_w(i’)+N_r(i’)+N_ab(i’)／10)；

按照以下公式计算各分流节点i’的恢复路径综合权重值P(i’)：P(i’)=(∑N_sum(k))*N(i’，j)(k=1，2，...，n)；其中，n表示可行负载分流路径上的分流节点i’的数量；

将可行负载分流路径取为单点故障恢复路径；

至此完成对单点故障恢复路径的预计算。

采用上述方法对单点故障恢复路径进行预计算，从而可以预先设定每一网络节点自身出现故障时的故障恢复路径，从而为出现单点故障时的迅速高效故障恢复提供了技术实现手段。

当社区内的多个网络节点j出现故障时，对每一个故障节点的故障恢复路径动态计算流程与上述单点故障恢复路径的预计算过程类似，区别主要在于：对某一网络节点的单点故障恢复路径进行预计算的过程中，认为其他节点均正常工作；而在出现多点故障时，对每一个故障节点的故障恢复路径进行计算时，需要避开其他同时出现故障的网络节点。具体来说，对每一个故障节点的故障恢复路径动态计算流程可以按照以下方法进行，参照图2所示：

读取某一故障节点j和同一社区内正常的网络节点i的网络节点领域，得到同一社区内正常的网络节点i与该故障节点j之间的相互关系N(i，j)；

根据相互关系N(i，j)，获得该社区内不包含任何故障节点的可能的负载分流几何路径；

将包含有满足以下条件的正常的网络节点的负载分流几何路径排除，得到可行负载分流路径：经过负载分流后，该正常的网络节点的新增负载值大于该网络节点的可承受负载值N_ab；

可行负载分流路径中包含的网络节点构成分流节点i’；按照以下公式计算可行负载分流路径上各分流节点i’的单点权重值N_sum：N_sum(i’)＝∑(-N_w(i’)+N_r(i’)+N_ab(i’)／10)；

按照以下公式计算各分流节点i’的恢复路径综合权重值P(i’)：P(i’)=(∑N_sum(k))*N(i’，j)(k=1，2，...，n)；其中，n表示可行负载分流路径上的分流节点i’的数量；

将可行负载分流路径取为该故障节点j的故障恢复动态路径；

至此完成对故障节点j的故障恢复路径动态计算流程。

上述其他网络节点与故障节点之间的相互关系N(i，j)在参与计算时，一般将直连关系的N(i，j)的值取得最大，将远连关系的N(i，j)的值取得最小。例如，可将直连关系的N(i，j)的值取为100，次连关系的N(i，j)的值取为10，远连关系的N(i，j)的值取为1。

在上述确定节点故障恢复路径的步骤中，当社区内的某一个网络节点i成为故障节点j时，单点故障协商流程可以按照以下方法进行，参见图3所示：

将故障节点j的单点故障恢复路径广播至该故障节点j的网络节点领域内；

该故障节点j接收其网络节点领域内的其他网络节点i的单点故障恢复路径；

该故障节点j与其网络节点领域内的其他网络节点i采用以下顺序协商故障恢复路径：

将故障节点j的单点故障恢复路径与该故障节点j的网络节点领域内各网络节点i的各单点故障恢复路径相比较：选择出恢复路径综合权重值P(i)的值最高的单点故障恢复路径；

若存在一个以上满足恢复路径综合权重值P(i)最高的条件的单点故障恢复路径，则比较这些单点故障恢复路径中的网络节点的数量n：选择出数量n最小的单点故障恢复路径，以便选择最短的故障恢复路径，较少故障恢复的开支；

若存在一个以上同时满足恢复路径综合权重值P(i)最高和数量n最小的条件的单点故障恢复路径，则比较这些单点故障恢复路径中网络节点的负载权重N_w的值：选择包含有负载权重N_w的值最低的网络节点的单点故障恢复路径作为故障节点j的节点故障恢复路径，以保证高负载权重的网络节点的稳定性；

至此完成对故障节点j的单点故障协商流程。

当社区内的多个网络节点出现故障时，对每一个故障节点的多点故障协商流程与上述单点故障协商流程类似，主要区别同样在于在协商时要避开该故障节点的领域内同时出现故障的直连点、次连点和远连点。具体来说，对每一个故障节点的多点故障协商流程可以按照以下方法进行，参照图3所示：

将完成故障恢复路径动态计算流程的故障节点j的故障恢复动态路径广播至该故障节点j的网络节点领域内；

该故障节点j接收其网络节点领域内的正常的网络节点i的单点故障恢复路径；

该故障节点j与其网络节点领域内的正常的网络节点i采用以下顺序协商故障恢复路径：

将故障节点j的故障恢复动态路径与该故障节点j的网络节点领域内各正常的网络节点i的各单点故障恢复路径相比较：选择出恢复路径综合权重值P(i)的值最高的故障恢复路径；

若存在一个以上满足恢复路径综合权重值P(i)最高的条件的故障恢复路径，则比较这些故障恢复路径中的网络节点的数量n：选择出数量n最小的故障恢复路径；

若存在一个以上同时满足恢复路径综合权重值P(i)最高和数量n最小的条件的故障恢复路径，则比较这些故障恢复路径中正常的网络节点的负载权重N_w的值：选择包含有负载权重N_w的值最低的网络节点的故障恢复路径作为故障节点j的节点故障恢复路径；

至此完成对故障节点j的多点故障协商流程。

在本发明技术方案所述的社区内的各网络节点之间的信息交互采用心跳报文的方式进行，例如，交流故障恢复路径，网络节点间相互关系的改变的通知等。

本发明所述的社区内各网络节点间的通讯保持“网格型”逻辑拓扑，及网络节点间的互联路径不止一条。因此，本方法适用于“网格型”复杂微型互联网络，而不适用于“星型”和“令牌环型”互联网络。

考虑到方便快速的故障恢复，本发明上述给出的诸实施例均将网络节点领域的建立限定在两级互联关系以内。在具体实施时，对于不适用采用多社区方式进行划分的微型网络，可以将社区定义为该网络本身，而每一网络节点的网络节点领域可以扩展与领域主节点形成三级甚至以上间接连接关系的远连点。

与此同时，本发明提供的节点故障恢复方法也可以扩展到多个社区内，社区内的各网络节点保持有本社区的信息，并通过社区标识符自动区分与不同社区内的网络节点的通信。这些通信同样可以以心跳报文的方式实现。

本发明提供的节点故障恢复方法可以应用于电力自动化、智能电网支持系统、配电网信息系统以及故障分析等领域，尤其适用于配电网络相关的各种网络相关信息系统。

Claims (8)

1.一种微型网络中的节点故障恢复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

定义社区：将所述微型网络中的各网络节点划分为不同的所述社区，并为划分入同一所述社区的所述网络节点设定相同的社区标识符；

初始化网络节点：依据同一所述社区内的各所述网络节点的相互关系，对每一所述网络节点设定网络节点角色、网络节点属性、以及网络节点领域；并预计算出各所述网络节点的单点故障恢复路径；

确定节点故障恢复路径：当所述社区内的某一个所述网络节点出现故障时，执行单点故障协商流程，确定该网络节点的节点故障恢复路径；当所述社区内的多个所述网络节点出现故障时，对每一个出现所述故障的网络节点依次执行故障恢复路径动态计算流程和多点故障协商流程，逐个确定出现所述故障的各所述网络节点的节点故障恢复路径；

其中，在所述确定节点故障恢复路径的步骤中，当所述社区内的某一个网络节点i成为故障节点j时，所述单点故障协商流程是按照以下方法进行的，

将所述故障节点j的所述单点故障恢复路径广播至该故障节点j的所述网络节点领域内；

该所述故障节点j接收其网络节点领域内的其他网络节点i的所述单点故障恢复路径；

该故障节点j与其网络节点领域内的其他网络节点i采用以下顺序协商故障恢复路径：

将故障节点j的所述单点故障恢复路径与该故障节点j的所述网络节点领域内各所述网络节点i的各所述单点故障恢复路径相比较：选择出所述恢复路径综合权重值P(i)的值最高的单点故障恢复路径；

若存在一个以上满足所述恢复路径综合权重值P(i)最高的条件的所述单点故障恢复路径，则比较这些单点故障恢复路径中的网络节点的数量n：选择出所述数量n最小的单点故障恢复路径；

若存在一个以上同时满足所述恢复路径综合权重值P(i)最高和所述数量n最小的条件的所述单点故障恢复路径，则比较这些单点故障恢复路径中网络节点的负载权重N_w的值：选择包含有所述负载权重N_w的值最低的网络节点的单点故障恢复路径作为所述故障节点j的所述节点故障恢复路径；

至此完成对所述故障节点j的所述单点故障协商流程；

其中，在所述确定节点故障恢复路径的步骤中，当所述社区内的多个网络节点j出现故障时，所述多点故障协商流程是按照以下方法进行的，

将完成所述故障恢复路径动态计算流程的故障节点j的故障恢复动态路径广播至该故障节点j的所述网络节点领域内；

该所述故障节点j接收其网络节点领域内的正常的网络节点i的所述单点故障恢复路径；

该故障节点j与其网络节点领域内的正常的网络节点i采用以下顺序协商故障恢复路径：

将故障节点j的所述故障恢复动态路径与该故障节点j的所述网络节点领域内各正常的所述网络节点i的各所述单点故障恢复路径相比较：选择出所述恢复路径综合权重值P(i)的值最高的故障恢复路径；

若存在一个以上满足所述恢复路径综合权重值P(i)最高的条件的故障恢复路径，则比较这些故障恢复路径中的网络节点的数量n：选择出所述数量n最小的故障恢复路径；

若存在一个以上同时满足所述恢复路径综合权重值P(i)最高和所述数量n最小的条件的故障恢复路径，则比较这些故障恢复路径中正常的网络节点的负载权重N_w的值：选择包含有所述负载权重N_w的值最低的网络节点的故障恢复路径作为所述故障节点j的所述节点故障恢复路径；

至此完成对所述故障节点j的多点故障协商流程。

2.按照权利要求1所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

在所述初始化网络节点的步骤中，对某一所述网络节点设定的所述网络节点角色包括直连点、次连点、和远连点，

所述直连点与该网络节点直接相连；

所述次连点与该网络节点的所述直连点直接相连，并经由所述直连点与该网络节点间接相连；

所述远连点经由所述次连点和所述直连点与该网络节点间接相连。

3.按照权利要求2所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

在所述初始化网络节点的步骤中，对某一所述网络节点设定的所述网络节点领域包括该网络节点的邻居表N_brTb₁和领域表D_mTb₁，

所述邻居表N_brTb₁中记录该网络节点的所述直连点的信息，

所述领域表D_mTb₁中记录该网络节点的所述次连点和所述远连点的信息。

4.按照权利要求3所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

在所述初始化网络节点的步骤中，对某一所述网络节点设定的所述网络节点属性包括该网络节点的负载权重N_w、可靠性N_r、和可承受负载值N_ab。

5.按照权利要求4所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

所述领域表D_mTb₁中记录的所述远连点的信息，只包含满足以下条件的远连点的信息：这些远连点的所述负载权重N_w的值大于所述次连点的负载权重N_w的值。

6.按照权利要求1所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

在所述初始化网络节点的步骤中，某一所述网络节点的所述单点故障恢复路径是按照以下方法预计算得到的，

以某一所述网络节点为故障节点j，读取该故障节点j和同一所述社区内其他各所述网络节点i的所述网络节点领域，得到同一所述社区内其他各所述网络节点i与该故障节点j之间的相互关系N(i,j)；

根据所述相互关系N(i,j)，获得该社区内不包含所述故障节点j的可能的负载分流几何路径；

将包含有满足以下条件的网络节点的所述负载分流几何路径排除，得到可行负载分流路径：经过负载分流后，该网络节点的新增负载值大于该网络节点的可承受负载值N_ab；

所述可行负载分流路径中包含的网络节点构成分流节点i’；按照以下公式计算所述可行负载分流路径上各所述分流节点i’的单点权重值N_sum：N_sum(i’)＝∑(-N_w(i’)+N_r(i’)+N_ab(i’)/10)；

按照以下公式计算各所述分流节点i’的恢复路径综合权重值P(i’)：P(i’)＝(∑N_sum(k))*N(i’,j)，k＝1,2,…,n；其中，所述n表示所述可行负载分流路径上的所述分流节点i’的数量；N_r表示该网络节点的可靠性；

将所述可行负载分流路径取为所述单点故障恢复路径；

至此完成对所述单点故障恢复路径的预计算。

7.按照权利要求1所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

在所述确定节点故障恢复路径的步骤中，当所述社区内的多个网络节点j出现故障时，所述故障恢复路径动态计算流程是按照以下方法进行的，

读取某一故障节点j和同一所述社区内正常的所述网络节点i的所述网络节点领域，得到同一所述社区内正常的所述网络节点i与该故障节点j之间的相互关系N(i,j)；

根据所述相互关系N(i,j)，获得该社区内不包含任何故障节点的可能的负载分流几何路径；

将包含有满足以下条件的正常的网络节点的所述负载分流几何路径排除，得到可行负载分流路径：经过负载分流后，该正常的网络节点的新增负载值大于该网络节点的可承受负载值N_ab；

所述可行负载分流路径中包含的网络节点构成分流节点i’；按照以下公式计算所述可行负载分流路径上各所述分流节点i’的单点权重值N_sum：N_sum(i’)＝∑(-N_w(i’)+N_r(i’)+N_ab(i’)/10)；

按照以下公式计算各所述分流节点i’的恢复路径综合权重值P(i’)：P(i’)＝(∑N_sum(k))*N(i’,j)，k＝1,2,…,n；其中，所述n表示所述可行负载分流路径上的所述分流节点i’的数量；N_r表示该网络节点的可靠性；

将所述可行负载分流路径取为该故障节点j的故障恢复动态路径；

至此完成所述故障恢复路径动态计算流程。

8.按照权利要求1、6或7所述的节点故障恢复方法，其特征在于：

所述社区内的各所述网络节点之间采用心跳报文的方式进行信息的交互。