CN104579747A - 一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，首先构建分布式电力设备仿真系统中各个站点的网络拓扑图，然后获取各个站点间数据传输平均时间，采用Dijkstra’s算法生成以目标站点为根节点的最短路径树，接下来生成仿真模型的结构树，再分析各个站点中包含的目标中需要的子模型，并构成子模块传输候选表，最后基于该表以及模型结构树，从叶子节点开始按照传输时间由小到大进行子模块传输路径规划，实现电力设备仿真模型的分布式快速传输。本发明方法大大提高了分布式仿真系统中的模型传输效率，缩短模型网络传输时间，从而保证仿真效果与连续性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真技术领域，涉及三维仿真技术，特别是涉及一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法。
背景技术
电力系统仿真技术可以分为物理模拟和数字仿真两大类。其中，实时数字仿真技术在电力系统试验研究中得到越来越广泛的应用，而计算机技术及分布式控制技术的发展又进一步推动了实时数字仿真技术的深入发展。近年来，电力系统仿真技术正在发生由集中仿真控制系统向分布式仿真控制系统的转变。分布式仿真技术一种先进的仿真技术，它基于计算机网络的仿真，多用于大型复杂系统的仿真，例如电力设备制造工艺等等。它将地理上分布的仿真引擎、三维模型库以及仿真用户合成逻辑上的一个整体，在逼真的视景和操作模型环境中，进行人机交互高度仿真。与集中仿真系统相比，分布式仿真控制系统具有易于扩展、灵活性好、性能及稳定性较高等优势。它的规模大小可根据应用项目灵活组合，有效减少对资源的浪费。
申请公布号为CN 102073753 A的专利公开了一种面向电力系统仿真的实时分布式仿真平台系统，包括至少一台仿真服务器，每台仿真服务器以PCI 桥接方式连接至少一台实时分布式仿真装置，实时分布式仿真装置通过PCI总线同时连接多块智能型仿真卡，各智能型仿真板卡分别与实际的电力设备进行连接；申请号为201410079472.0的专利公开了一种基于分布式文件系统的仿真分布式并行计算平台及方法，包括若干客户端，用户通过客户端提交任务到调度节点，由调度节点统一分配任务经由交换机传输到若干计算节点参与计算，所述计算节点计算完成后将计算结果传回调度节点，再由调度节点处理计算结果，并且直接写入或通过数据接口写入数据库并通知客户端计算完毕。然而，这些分布式实时仿真系统并未考虑分布式系统中模型数据的传输效率，而且这些分布式仿真系统中，某个站点需求的仿真模型是由某个具有完整模型站点进行全部模型数据传输，耗时长，网络传输效率低下，大大影响了仿真实时性。另外，当仿真模型数据量过于庞大、三维模型分布过于分散的时候，模型的传输成为制约分布式仿真系统运行效率的关键因素，因此如何在分布式环境下，实现大型复杂三维模型的快速传输，是分布式仿真需要解决的一个关键问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，解决上述技术问题，本发明提供一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，它采用如下技术方案实现，包括如下步骤：
（1）生成网络拓扑图：当任务发起后，对任务中包括目标站点在内的所有分布式候选站点建立网络拓扑图；
（2）获取传输时间：确定步骤（1）所述网络拓扑图中任意两个邻接站点间传输同一个子模型需要的平均传输时间；
（3）生成最短路径树：采用Dijkstra’s算法，基于步骤（1）所述生成的网络拓扑图与步骤（2）所述邻接站点间的传输时间生成最短路径树；
（4）生成子模型传输候选表：针对步骤（1）所述目标站点的子模型需求，确定各个候选站点中可以提供的子模型以及相应的传输时间，构建出以候选站点、传输时间为行标题、各子模型为列标题的子模型传输候选表；
（5）生成模型结构树：根据各个子模型之间的依赖关系情况生成模型结构树；
（6）传输路径规划：确定各个子模块的传输路径以及传输顺序。
其中，步骤（1）中所述候选站点是当某个站点包含目标站点需要的子模型时，该站点即为候选站点，即该站点有可能传输该子模型到目标站点；所有候选站点以及相连接的候选站点的边构成一个网络拓扑图；步骤（1）所述生成网络拓扑图的具体方法包含如下步骤：
（1.1）分析要传输的目标模型中所有的子模型；
（1.2）根据要传输的目标模型中的子模型，确定所有分布式站点中的候选站点；
（1.3）基于目标站点与所有候选站点构建网络拓扑图。
步骤（2）中所述获取网络拓扑图中任意两个邻接站点间传输一个子模型需要的平均时间的具体方法包含如下步骤：
（2.1）确定目标站点S0为根节点；
（2.2）检索网络拓扑图中任意具有连接边的节点Ni与Nj，并计算测试子模型M在Ni与Nj之间的传输时间Tij。
步骤（2）所述相邻两个站点，是指在步骤（1）所述的网络拓扑图中，若站点Si与站点Sj之间存在一条边，那么站点Si与站点Sj为相邻的两个站点；步骤（2）在分布式仿真系统构建时，就生成一个测试子模型M，该模型专门用于测试两相邻站点间的模型传输时间。
在网络拓扑图中，如果两站点间存在一条边，则表示两个站点连接，分布式仿真系统在网络拓扑结构图的基础上，为任意两个连接站点的边进行赋值，两个连接站点间边的值即为两站点间传输测试子模型M的时间，两站点间边的值也称为两个站点间的路径长度。
候选站点可以提供的子模型即该站点中包含的目标站点中需要的子模型，步骤（4）中所述候选站点可以提供的子模型，即候选站点中包含的所有目标站点要建立模型时需要的子模型。
步骤（4）中所述生成子模型传输候选表的具体方法包含如下步骤：
（4.1）确定每个候选站点中包含的目标站点模型中的子模型；
（4.2）确定每个候选站点到目标站点的传输时间；
（4.3）将步骤（4.1）与步骤（4.2）中产生的信息记录到候选表中。
网络拓扑图中两个站点间的路径长度，即为两个连接站点传输测试子模型的时间，在最短路径树中，从候选站点到目标站点所经历的路径中所有路径长度和即为该候选站点到目标站点传输测试子模型的最短传输时间，因此，步骤（4）中所述候选站点与目标站点间子模型传输时间是在最短路径树中候选站点到目标站点经历所有路径的长度和。
步骤（4）中所述的子模型传输候选表结构为：第一行是待传输的子模型；第二行为每个子模型的候选站点，这些站点均可以提供该子模型的传输；第三行是针对每个子模型，其候选站点传输该子模型到目标站点的传输时间。
所述步骤（5）中模型结构树是指目标模型中各个子模型间的依赖关系，两个子模型F1与F2，如果F2依赖F1，则F1与F2之间存在一条边，且该边有一个从F2指向F1的箭头，则在模型结构树种，F1为F2的父节点，F2为F1的子节点。
所述步骤（5）中生成模型结构树的具体方法包含如下步骤：
（5.1）对于目标模型M，其中包含的全部子模型集F{F1,F2,……Fn}；
（5.2）创建结构树Tree=NULL；
（5.3）根据各个子模型之间的依赖关系，即一个子模型的创建是在另外一个子模型的基础之上的，逐个从模型集F{F1,F2,……Fn}中取出子模型加入到结构树T当中，其中任意子模型Fi的父节点表示Fi的创建依赖该子模型，Fi的子节点表示Fi的创建是子节点对应子模型创建的前提。
所述步骤（6）中确定各个子模块的传输路径以及传输顺序的具体方法包括如下步骤：
（6.1）初始化传输次序号T=0；对于目标模型M，建立其模型结构树Tree，候选表中待被传输的子模型集为FP{}，已传输的子模型集为FE{}=NULL；
（6.2）Tree中的根节点子模型F1,查找候选表，选取传输F1到目标站点时间最短的候选站点Si，T=1；FP{}= FP{}-F1，FE{}= FE{}+ F1。生成规划：第T步，从站点Si将F1传输到目标站点；
（6.3）FP{}=NULL，转入（6.4）；查找FE{}中所有子模型对于在Tree中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS{}；
（6.4）规划完毕；
（6.5）查找候选表，确定FS{}中传输时间最短的子模型集FK{}，以及候选站点Sj，T=T+1，生成规划：第T步，从站点Sj将FK{}传输到目标站点。FP{}= FP{}- FK{}，FE{}= FE{}+ FK{}，进入所述步骤（6.3）。
所述步骤（6）中传输路径规划时，因为子模型间存在依赖关系，因此某个子模型传输的前提是该子模型的父节点子模型已经传输到目标站点。
本发明与现有技术相比，具有有益效果：传统的电力设备分布式仿真系统中，某个站点需求的仿真模型是由某个具有完整模型站点进行全部模型数据传输，网络传输效率低下，本发明提供的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，通过对分布仿真系统中分布在不同站点的子模型根据传输时间最优的调度算法进行快速模型传输，大大提高了分布式仿真系统中的模型传输效率，缩短模型网络传输时间，从而保证仿真效果与连续性。
附图说明
图1为具体实施方式中由分布式候选站点建立的网络拓扑图；
图2为具体实施方式中生成的最短路径树示意图；
图3为具体实施方式中子模型传输候选表；
图4 为具体实施方式中模型结构树示意图；
图5为具体实施方式中模型传输路径规划示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
实施例：本实施例采用某个常见模型进行实施，以下为本发明实施例的具体步骤：
一个分布式仿真系统包含5个站点，分别是S1，S2，S3，S4，S5，目前需要将一个模型传输到目标站点S1中去，这个模型包含9个子模型{F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8，F9}，其中站点S2有子模型{F1，F5，F7}，S3有子模型{F1，F4，F6,}，S4有子模型{F2，F5，F9}，S5有子模型{F3，F4，F5，F6，F8}
（1）该分布式仿真系统各个站点的拓扑图创建如图1所示；
（2）通过在各个邻接站点传输同一个子模型计算出各个邻接站点间的传输时间如图2所示；
（3）采用Dijkstra’s算法生成最短路径树如图2所示，其中粗实线标定的为最短路径树；
（4）针对各个站点中拥有的子模型情况，以及最短路径树，生成子模型传输候选表如图3所示；
（5）根据子模型的依赖关系情况生成模型结构树，如图4所示。其中F1为根节点，F2，F3，F4的创建依赖F1，因此为F1的子节点，F5为F3子节点，F6，F7为F4子节点，F9为F5子节点，F8为F7子节点；
（6）传输路径规划
（6.1）初始化传输次序号T=0；对于目标模型M，其模型结构树如图4所示，候选表中待被传输的子模型集为FP={F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8，F9}，已传输的子模型集为FE{}=NULL；
（6.2）根节点子模型F1，查找候选表，选取传输F1到目标站点时间最短的候选站点S3，T=1；FP{}= FP{}-F1={ F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8，F9}，FE{}= {F1}；生成规划：第T步，从站点S3将F1传输到站点S1；
（6.3）查找FE={ F1}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F2，F3，F4}；
（6.4）查找候选表，确定FS={ F2，F3，F4}中传输时间最短的子模型集FK={F4}，以及候选站点S3T=2，生成规划：第T步，从站点S3将FK={F4}传输到站点S1；FP{}= FP{}- FK{}= {F2，F3，F5，F6，F7，F8，F9}，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F4}；
（6.5）查找FE={F1，F4}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F2，F3，F6，F7}；
（6.6）查找候选表，确定FS={ F2，F3，F6，F7}中传输时间最短的子模型集FK={F6}，以及候选站点S3，T=3，生成规划：第T步，从站点S3将FK={F6}传输到站点S1；FP{}= FP{}- FK{}= {F2，F3，F5，F7，F8，F9}，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F4，F6}；
（6.7）查找FE={F1，F4，F6}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F2，F3，F7}；
（6.8）查找候选表，确定FS={ F2，F3，F7}中传输时间最短的子模型集FK={F2}，以及候选站点S4，T=4，生成规划：第T步，从站点S4将FK={F2}传输到站点S1；FP{}= FP{}- FK{}= { F3，F5，F7，F8，F9}，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F2，F4，F6}；
（6.9）查找FE={F1，F2，F4，F6}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F3，F7}；
（6.10）查找候选表，确定FS={F3，F7}中传输时间最短的子模型集FK={F7}，以及候选站点S2，T=5，生成规划：第T步，从站点S2将FK={F7}传输到站点S1；FP{}= FP{}- FK{}= { F3，F5，F8，F9}，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F2，F4，F6，F7}；
（6.11）查找FE={F1，F2，F4，F6，F7}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F3，F8}；
（6.12）查找候选表，确定FS={F3，F8}中传输时间最短的子模型集FK={F3，F8}，以及候选站点S5，T=6，生成规划：第T步，从站点S5将FK={F3，F8}传输到站点S1；FP{}= FP{}- FK{}= {F5，F9}，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F2，F3，F4，F6，F7，F8}；
（6.13）查找FE={F1，F2，F3，F4，F6，F7，F8}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F5}；
（6.14）查找候选表，确定FS={F5}中传输时间最短的子模型集FK={F5}，以及候选站点S4，=7，生成规划：第T步，从站点S4将FK={F5}传输到站点S1，FP{}= FP{}- FK{}= {F9}，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8}；
（6.15）查找FE={F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8}中所有子模型对于其在模型结构树中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS={ F9}；
（6.16）查找候选表，确定FS={F9}中传输时间最短的子模型集FK={F9}，以及候选站点S4，=8，生成规划：第T步，从站点S4将FK={F9}传输到站点S1，FP{}= FP{}- FK{}=NULL，FE{}= FE{}+ FK{}={F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8，F9}；
（6.17）FP{}=NULL，规划结束，最终规划结果如图5所示。
本实施例使得模型传输时间大大缩短，该模型传输时间与过去单站点传输相比缩短70%。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1. 一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：所述方法包含如下步骤：
（1）生成网络拓扑图：当任务发起后，对任务中包括目标站点S0在内的所有分布式候选站点建立网络拓扑图；
（2）获取传输时间：确定步骤（1）所述网络拓扑图中任意两个邻接站点间传输同一个子模型需要的平均传输时间；
（3）生成最短路径树：采用Dijkstra’s算法，基于步骤（1）所述生成的网络拓扑图与步骤（2）所述邻接站点间的传输时间生成最短路径树；
（4）生成子模型传输候选表：针对步骤（1）所述目标站点的子模型需求，确定各个候选站点中可以提供的子模型以及相应的传输时间，构建出以候选站点、传输时间为行标题、各子模型为列标题的子模型传输候选表；
（5）生成模型结构树：根据各个子模型之间的依赖关系情况生成模型结构树；
（6）传输路径规划：确定各个子模块的传输路径以及传输顺序。
2.根据权利要求1所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（1）所述生成网络拓扑图的具体方法包含如下步骤：
（1.1）分析要传输的目标模型中所有的子模型；
（1.2）根据要传输的目标模型中的子模型，确定所有分布式站点中的候选站点，所述候选站点是指包含目标站点中的子模型，有可能传输该子模型到目标站点的站点；
（1.3）基于目标站点与所有候选站点构建网络拓扑图。
3.根据权利要求1或2所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（2）中所述获取网络拓扑图中任意两个邻接站点间传输一个子模型需要的平均时间的具体方法包含如下步骤：
（2.1）确定目标站点S0为根节点；
（2.2）检索网络拓扑图中任意具有连接边的节点Ni与Nj，并计算测试子模型M在Ni与Nj之间的传输时间Tij。
4.根据权利要求3所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（4）中所述生成子模型传输候选表的具体方法包含如下步骤：
（4.1）确定每个候选站点中包含的目标站点模型中的子模型；
（4.2）确定每个候选站点到目标站点的传输时间；
（4.3）将步骤（4.1）与步骤（4.2）中产生的信息记录到候选表中。
5.根据权利要求4所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：所述步骤（5）中生成模型结构树的具体方法包含如下步骤：
（5.1）对于目标模型M，其中包含的全部子模型集F{F1,F2,……Fn}；
（5.2）创建结构树Tree=NULL；
（5.3）根据各个子模型之间的依赖关系，即一个子模型的创建是在另外一个子模型的基础之上的，逐个从模型集F{F1,F2,……Fn}中取出子模型加入到结构树T当中，其中任意子模型Fi的父节点表示Fi的创建依赖该子模型，Fi的子节点表示Fi的创建是子节点对应子模型创建的前提。
6.根据权利要求5所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：所述步骤（6）中确定各个子模块的传输路径以及传输顺序的具体方法包括如下步骤：
（6.1）初始化传输次序号T=0；对于目标模型M，建立其模型结构树Tree，候选表中待被传输的子模型集为FP{}，已传输的子模型集为FE{}=NULL；
（6.2）Tree中的根节点子模型F1,查找候选表，选取传输F1到目标站点时间最短的候选站点Si，T=1，FP{}= FP{}-F1，FE{}= FE{}+ F1；生成规划：第T步，从站点Si将F1传输到目标站点；
（6.3）FP{}=NULL，转入（6.4）；
查找FE{}中所有子模型对于在Tree中的子节点，这些子节点对应的子模型加入到子模型集FS{}；
（6.4）规划完毕；
（6.5）查找候选表，确定FS{}中传输时间最短的子模型集FK{}，以及候选站点Sj，T=T+1，生成规划：第T步，从站点Sj将FK{}传输到目标站点；
FP{}= FP{}- FK{}，FE{}= FE{}+ FK{}，进入所述步骤（6.3）；所述步骤（6）中传输路径规划时，某个子模型传输的前提是该子模型的父节点子模型已经传输到目标站点。
7.根据权利要求1所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（2）在分布式仿真系统构建时，就生成一个测试子模型M，该模型专门用于测试两相邻站点间的模型传输时间。
8.根据权利要求1所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（4）中所述候选站点可以提供的子模型是所述候选站点中包含的所有目标站点要建立模型时需要的子模型。
9.根据权利要求1所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（4）中所述候选站点与目标站点间子模型传输时间是在最短路径树中候选站点到目标站点经历所有路径的长度和。
10.根据权利要求4所述的一种分布式电力设备仿真中的模型数据快速传输方法，其特征在于：步骤（4）中所述的子模型传输候选表结构为：第一行是待传输的子模型；第二行为每个子模型的候选站点，第三行是针对每个子模型，其候选站点传输该子模型到目标站点的传输时间。
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