CN103873363B

CN103873363B - 一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法

Info

Publication number: CN103873363B
Application number: CN201410110822.5A
Authority: CN
Inventors: 何玉钧; 王慧芳; 高会生; 陈冉
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: Beijing Wangke Information Technology Co. Ltd.
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: CN103873363A

Abstract

本发明公开了一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法。该方法包括：依据实际工程，建立合理有效的电力光纤通信网业务传输模型G(V,E,W,Q,C)；将业务按照重要度进行排序，并通过改进Bhandari算法，配置两条完全不相交的路由(AP，BP)，新算法根据实际情况处理双边(max﹛q(e_k)﹜=2)网络图，且允许设定每条光缆的最大承载业务量c(e_k)。采用本发明的方法，能够满足所有应当配置两条完全分离路径的电力业务的需求，保证在断缆等故障情况下业务仍然安全可靠。此外，本发明能够处理双光缆映射的双边网络图，允许设置光缆承载容量，符合实际工程需求，对于平衡网络负载有一定成效。

Description

一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法

技术领域

本发明属于电力通信网技术领域，涉及一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法。

背景技术

电力通信网承载的业务种类繁多，其中线路继电保护业务、安全稳定控制业务等安全级别最高，相应地，路由要求也很高，通常需要配置双路由。以线路继电保护业务为例，一旦信息传输有误或失败，造成保护设备拒动或误动，将引发停电事故，带来巨大的经济损失。因此，相关标准规定：220kV以上单塔双回线路宜架设两条光纤复合架空地线（OPGW），单回线路至少架设一条OPGW光缆；同一线路的两套保护采用双通道方式，二者的电源、设备及通信路由保持相互独立；不同光缆，包括单塔架设的两条OPGW光缆可视为不同路由；单条光缆承载的线路保护业务不应超过6～10条。因此，进行双路由算法研究十分必要。现有的路由算法多是单路由算法，经典的算法有迪科斯彻（Dijkstra）算法、贝尔曼-福特（Bell-man）算法等，智能算法有蚁群算法、遗传算法、模拟退火、量子算法、神经网络等，前者只能解决单一权值的最短路问题，无法满足带约束条件的寻路，后者通常将多个约束条件拟合为单个权值搜索一条最优路由。

应用于电力通信网的双路由算法，通常是使用两次Dijkstra算法搜索两条最短路，两次算法之间删除第一条路走过的边。这种方法，首先没有考虑节点，仅得到两条边分离的路，如图1（a）中的A-B-D-C-Z和A-D-E-Z，而图1（b）中A-B-C-Z及A-D-E-Z则表示两条节点分离的路径；其次，删除已使用边的方式容易造成修正后的网络图不连通，进而导致本该配置双路由的节点之间只能找到一条路，如图2所示。图2（a）展示了使用Dijkstra算法搜索到的最短路径A-C-D-G-H-Z；（b）和（c）分别是通过删除最短路径的相关边和相关点得到的修正网络图，连通性变差，无法提供第二条路；（d）中显示A、Z间存在两条不相交（节点分离）路由。显然，节点分离的两条路作为电力网业务的主用路由AP及备用路由BP，更符合电网对于安全的要求。

此外，电力通信网包含双光缆情况，光缆在承载线路继电保护业务时数量受限，现有路由方法更加难以满足实际工程的需求。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法，该方法基于实际含有双光缆的电力通信网及光缆业务承载量的限制条件，对于需要配置双路由的业务配置节点分离的双路由。

其技术方案如下：

一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法，包括以下步骤：

（1）确定网络参数：依据实际网络，构建合理的网络图模型G(V,E,W,Q,C），其中：G为网络拓扑，V=﹛v₁,v₂,…,v_n﹜为图G的节点集合，V中的每个元素v_i(i=1,2,…,n)为图G中的一个节点；E=﹛e₁,e₂,…,e_m﹜为图G的边集合，E中的每个元素e_k(k=1,2…,m)（即V中某两个元素v_i和v_j的无序对）为该图的一条从v_i到v_j的边，记为e_k=(v_i,v_j)；W=﹛w(v₁),w(v₂),…,w(v_n),w(e₁),w(e₂),…,w(e_m)﹜为图G中节点和边的权值集合，其中w(v_i)为节点v_i的权值，w(e_k)为边e_k的权值；Q=﹛q(e₁),q(e₂),…,q(e_m)﹜代表两节点间直接相连的边的数量集合；C=﹛c(e₁),c(e₂),…,c(e_m)﹜为各边容量（光缆承载的业务数量）的集合。

（2）业务排序：对需要配置双路由的电力业务根据实际业务的重要度进行排序。

（3）结果输出：通过改进的Bhandari算法，完成双路由搜索。

优选地，步骤（1）中所述网络图模型G(V,E,W,Q,C)的原型为含有双光缆的电力通信网，图中部分节点之间通过两条边相连，即max﹛q(e_k)﹜=2；允许对各边的容量c(e_k)进行设置，一般根据实际工程需求进行设置。

优选地，步骤（3）中所述Bhandari算法的改进之处为：

（a）识别并处理网络图中的双边情况；

（b）对Bell-man算法进行改进并替代原有Bhandari算法中的改进型Dijkstra算法；

（c）所寻双路由的路径长度加入了节点权值；

（d）在边的使用次数达到设定上限时自动断开，更新网络图。

进一步优选，所述（b）中对Bell-man算法的改进是通过修改Bell-man算法的部分语句实现节点权值的加入。具体为：在初始化时，将除源点（v_s）外的所有节点初始的最短距离设置为d[v_i]←+∞（i≠s），源点初始最短距离不再是0，即d[v_s]←w(v_s)；在松弛判断及操作时，如果d[v_i]＞d[v_j]+w(e_k＝(v_i,v_j))+w(v_i)，那么d[v_i]＝d[v_j]+w(e_k＝(v_i,v_j))+w(v_i)，通过修改，使得算法在选路过程中考虑了节点权值，最终改进的Bell-man算法选择的路径是节点与边总和最短的路径。

优选地，步骤（3）中所述的Bhandari算法具体为：

（a）算法输入部分：输入网络信息G(V,E,W,Q,C)，并对边容量C=﹛c(e₁),c(e₂),…,c(e_m)﹜进行设置，具体输入格式分为：节点信息格式为（节点v_i，权值w(v_i)），边信息格式为（节点v_i，直接相连节点v_j，边权值w(e_k)，边容量c(e_k)，边数q(e_k)）；同时输入的还有请求配置双路由的业务列表，格式为（起始点v_s，终点v_t），该业务列表已按重要度排序；

（b）检查网络，删除容量超过设定值c(e_k)的边，并判断业务列表中所有节点对之间是否已经配置过路由，如果没有则进行步骤（c），否则算法结束；

（c）从节点对列表中取出当前待配业务（v_s,v_t）；

（d）判断节点v_s和节点v_t之间是否属于双边连接关系，如果是，则双路由为这两条边，结果添加到输出信息，更新两条边的容量c(e_k)=c(e_k)-1，并转至步骤（b），否则执行步骤（e）；

（e）将网络修正为只含单边的网络G(V,E’,W,C’)，即q(e_k)=1，双边映射为单边时，新边容量乘以2；

（f）调用改进的Bell-man算法，为（v_s,v_t）搜索第一条路path1，如果失败则输出节点v_s和节点v_t之间无通路，并转至步骤（b），否则执行步骤（g）；

（g）path1进行节点分裂，修改相应边和点的连接关系以及它们的权值，得到新图Gm；

（h）在Gm中再次调用改进的Bell-man算法，重新搜索节点v_s和节点v_t间的路径path2，如果失败，则输出path1作为（v_s,v_t）的主用路由AP，判定该业务不存在备用路由BP，更新AP中各边容量c(e_k)=c(e_k)-1，同时转至（b），否则执行步骤（i）；

（i）path1和path2组成一个简单网络图Gs，删除二者公共边，剩余部分为（v_s,v_t）的主用路由AP及备用路由BP，更新AP和BP中边的容量c(e_k)=c(e_k)-1，同时转至步骤（b）。

进一步优选，步骤（g）中所述节点分裂规则为：path1上除去起点和终点外的其他点均一拆为二，如B→B1及B2，二者之间边的权值为0，同时该路径所有边成为单向边，方向置反，即v_t→v_s，该路径所有边原有权值置负，大小不变；其余非该路径的点（以A为例）如果之前与该路径有连接关系，那么将A同时连到B1及B2，边（A，B1）、（A，B2）及（B1，B2）不允许构成负环路，边（A，B1）、（A，B2）权值仍为原来边（A，B）的权值。通过分裂节点的一系列操作，增加了业务的可能流向，为选择完全不相交的双路提供条件。

本发明的有益效果：

本发明实现了电力通信业务的双路由配置，规避了单路由算法找不到分离节点（完全不相交）双路的情况，提高了电力业务抵抗光缆和设备故障造成中断的能力，保障其信息更加安全可靠传输；允许设置光缆容量，确保光缆链路不过载；由于双路算法具有一定的分流作用，与传统的单路或者两次调用单路算法相比，网络各个边的负载更加均衡，一定程度上提高了全网的资源利用率。

附图说明

图1是本发明提供的边分离双路及节点分离双路的区别示意图，其中图1（a）为边分离，图1（b）为节点分离；

图2是现有单路算法和本发明算法所寻双路由的区别，其中图2（a）为单路算法最短路结果，图2（b）、图2（c）分别为删除边、点后的修正网络图，图2（d）为本发明算法结果；

图3是本发明提供的含双光缆的电力通信网络图；

图4是本发明提供的电力业务双路由配置流程图；

图5是本发明提供的改进的Bhandari算法流程图；

图6是本发明提到的节点分裂规则。

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作进一步详细地说明。

图4是本发明提供的电力业务双路由配置流程图，包括：

（1）确定网络参数：依据实际网络，构建合理的网络图模型G(V,E,W,Q,C），其中G为网络拓扑，V=﹛v₁,v₂,…,v_n﹜为图G的节点集合，V中的每个元素v_i(i=1,2,…,n)为图G中的一个节点；E=﹛e₁,e₂,…,e_m﹜为图G的边集合，E中的每个元素e_k(k=1,2…,m)（即V中某两个元素v_i和v_j的无序对）为该图的一条从v_i到v_j的边，记为e_k=(v_i,v_j)；W=﹛w(v₁),w(v₂),…,w(v_n),w(e₁),w(e₂),…,w(e_m)﹜为图G中节点和边的权值集合，其中w(v_i)为节点v_i的权值，w(e_k)为边e_k的权值；Q=﹛q(e₁),q(e₂),…,q(e_m)﹜代表两节点间直接相连的边的数量集合；C=﹛c(e₁),c(e₂),…,c(e_m)﹜为各边容量的集合（光缆承载的业务量的集合）。

以线路继电保护业务的双路由为例，将实际工程中通信站点映射为网络图中的节点，两个站点间的光缆映射为图中的边，双光缆则映射为双边，即max﹛q(e_k)﹜=2，如图3所示；按照有关规定，单条光缆承载保护业务的数量以6～10条为宜，假设所有光缆容量均为c(e_k)=8；由于电网生产强调安全问题，因此通过现有的安全评估方法给出各个通信站点和光缆的安全性权重，范围在[0,1]之间，值越接近于1，代表该通信站或光缆越安全可靠，本发明将以安全性权重作为寻路依据，为保护业务配置完全不相交的两条路。

不同通信站之间的继电保护业务，其重要程度亦不同，工作人员可以依据实际工程的需求或已有经验对请求业务的重要程度进行降序排列，比如，电压等级越高，该业务越重要。

（3）结果输出：通过改进的Bhandari算法，完成双路由搜索。

图5是本发明提供的改进Bhandari算法流程图，也是本实施案例的执行步骤：

（a）算法输入部分：输入网络信息G(V,E,W,Q,C)，并设定c(e_k)=8，其他信息的具体输入格式分为：节点信息格式（节点v_i，节点权值w(v_i)），边信息格式（节点v_i，直接相连节点v_j，边权值w(e_k)，边容量c(e_k)，边数q(e_k)）；同时输入的还有请求配置双路由的业务列表，格式（起始点v_s，终点v_t），该业务列表已按重要度排序；

（b）检查网络，删除容量超过设定值8的边，并判断业务列表中所有节点对之间是否已经配置过路由，如果没有则进行步骤（c），否则算法结束；

（c）从节点对列表中取出当前待配业务（v_s,v_t）；

（d）判断节点v_s和节点v_t之间是否属于双边连接关系，如果是，则双路由为这两条边，结果添加到输出信息，更新这两条边的容量c(e_k)=c(e_k)-1，并转至步骤（b），否则执行步骤（e）；

其中，步骤（g）中节点分裂规则为：path1上除去起点和终点外的其他点均一拆为二，如B→B1及B2，二者之间边的权值为0，同时该路径所有边成为单向边，方向置反，即v_t→v_s，该路径所有边原有权值置负，大小不变；其余非该路径的点（以A为例）如果之前与该路径有连接关系，那么将A同时连到B1及B2，边（A，B1）、（A，B2）及（B1，B2）不允许构成负环路，边（A，B1）、（A，B2）权值仍为原来边（A，B）的权值。具体参见图6。

需要注意的是，AP和BP与path1和path2并不相同，当只能找到一条路时，AP=path1；当两条路都可找到时，一般AP≠path1，BP≠path2。

定义相关符号，如表1所示。

表1相关符号说明

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定网络参数：依据实际网络，构建合理的网络图模型G(V,E,W,Q,C)，其中G为网络拓扑，V＝﹛v₁,v₂,…,v_n﹜为图G的节点集合，V中的每个元素v_i(i＝1,2,…,n)为图G中的一个节点；E＝﹛e₁,e₂,…,e_m﹜为图G的边集合，E中的每个元素e_k(k＝1,2…,m)，即V中某两个元素v_i和v_j的无序对，为该图的一条从v_i到v_j的边，记为e_k＝(v_i,v_j)；W＝﹛w(v₁),w(v₂),…,w(v_n),w(e₁),w(e₂),…,w(e_m)﹜为图G中节点和边的权值集合，其中w(v_i)为节点v_i的权值，w(e_k)为边e_k的权值；Q＝﹛q(e₁),q(e₂),…,q(e_m)﹜代表两节点间直接相连的边的数量集合；C＝﹛c(e₁),c(e₂),…,c(e_m)﹜为各边容量的集合，即光缆承载的业务量的集合；

(2)业务排序：对需要配置双路由的电力业务根据实际业务的重要度进行排序；

(3)结果输出：通过改进的Bhandari算法，完成双路由搜索；

步骤(3)中所述的Bhandari算法具体为：

(a)算法输入部分：输入网络信息G(V,E,W,Q,C)，并对边容量C＝﹛c(e₁),c(e₂),…,c(e_m)﹜进行设置，具体输入格式分为：节点信息格式(节点v_i，权值w(v_i))，边信息格式(节点v_i，直接相连节点v_j，边权值w(e_k)，边容量c(e_k)，边数q(e_k))；同时输入的还有请求配置双路由的业务列表，格式(起始点v_s，终点v_t)，该业务列表已按重要度排序；

(b)检查网络，删除容量超过设定值c(e_k)的边，并判断业务列表中所有节点对之间是否已经配置过路由，如果没有则进行步骤(c)，否则算法结束；

(c)从节点对列表中取出当前待配业务(v_s,v_t)；

(d)判断节点v_s和节点v_t之间是否属于双边连接关系，如果是，则双路由为这两条边，结果添加到输出信息，更新两条边的容量c(e_k)＝c(e_k)-1，并转至步骤(b)，否则执行步骤(e)；

(e)将网络修正为只含单边的网络G(V,E’,W,C’)，即q(e_k)＝1，双边映射为单边时，新边容量乘以2；

(f)调用改进的Bell-man算法，为(v_s,v_t)搜索第一条路path1，如果失败则输出节点v_s和节点v_t之间无通路，并转至步骤(b)，否则执行步骤(g)；

(g)path1进行节点分裂，修改相应边和点的连接关系以及它们的权值，得到新图Gm；

(h)在Gm中再次调用改进的Bell-man算法，重新搜索节点v_s和节点v_t间的路径path2，如果失败，则输出path1作为(v_s,v_t)的主用路由AP，判定该业务不存在备用路由BP，更新AP中各边容量c(e_k)＝c(e_k)-1，同时转至(b)，否则执行步骤(i)；

(i)path1和path2组成一个简单网络图Gs，删除二者公共边，剩余部分为(v_s,v_t)的主用路由AP及备用路由BP，更新AP和BP中边的容量c(e_k)＝c(e_k)-1，同时转至步骤(b)。

2.根据权利要求1所述的电力光纤通信网业务的双路由配置方法，其特征在于，步骤(1)中所述网络图模型G(V,E,W,Q,C)的原型为含有双光缆的电力通信网，图中部分节点之间通过两条边相连，max﹛q(e_k)﹜＝2；允许对各边的容量c(e_k)进行设置。

3.根据权利要求1所述的电力光纤通信网业务的双路由配置方法，其特征在于，步骤(3)中所述Bhandari算法的改进之处为：

(3a)识别并处理网络图中的双边情况；

(3b)对Bell-man算法进行改进并替代原有Bhandari算法中的改进型Dijkstra算法；

(3c)所寻双路由的路径长度加入了节点权值；

(3d)在边的使用次数达到设定上限时自动断开，更新网络图。

4.根据权利要求3所述的电力光纤通信网业务的双路由配置方法，其特征在于，所述(3b)中对Bell-man算法的改进是通过修改Bell-man算法的部分语句实现节点权值的加入；具体为：在初始化时，将除源点v_s外的所有节点初始的最短距离设置为d[v_i]←+∞(i≠s)，源点初始最短距离不再是0，即d[v_s]←w(v_s)；在松弛判断及操作时，如果d[v_i]＞d[v_j]+w(e_k＝(v_i,v_j))+w(v_i)，那么d[v_i]＝d[v_j]+w(e_k＝(v_i,v_j))+w(v_i)，通过修改，使得算法在选路过程中考虑了节点权值，最终改进的Bell-man算法选择的路径是节点与边总和最短的路径。

5.根据权利要求1所述的电力光纤通信网业务的双路由配置方法，其特征在于，其中，步骤(g)中所述节点分裂规则为：path1上除去起点和终点外的其他点均一拆为二，即B→B1及B2，二者之间边的权值为0，同时该路径所有边成为单向边，方向置反，即v_t→v_s，该路径所有边原有权值置负，大小不变；其余非该路径的点，如果之前与该路径有连接关系，那么将A同时连到B1及B2，边(A，B1)、(A，B2)及(B1，B2)不允许构成负环路，边(A，B1)、(A，B2)权值仍为原来边(A，B)的权值；通过分裂节点的一系列操作，增加了业务的可能流向，为选择完全不相交的双路提供条件。