CN104954177A - 混合网络下实现配电网故障容忍的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法，该方法包括：对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组；计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量；根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置；根据所述备份传输节点和备份无线模块的数量以及部署位置，进行备份传输节点和备份无线模块的部署；当发生故障时，根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整。本发明能够提高网络对故障的容忍度，实现坚强的电力通信网络。

Description

混合网络下实现配电网故障容忍的方法

技术领域

本发明涉及电力通信网技术领域，尤其涉及一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法。

背景技术

传统广域测量和控制中对故障所使用的人工巡检的方式已不再能满足快速发展的智能电网的需求。如何利用现有的信息和通信技术(Information&Communication Technology，ICT)有效保证对广域范围内的配网电力线的不间断监控和持续测量成为当前研究的热点。无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)以其高效、廉价和较低的部署代价备受研究者青睐。目前，利用传感器网络对数据进行探测和采集已经有一定的研究成果。然而，由于电力系统的突变性和线性拓扑的特点使得采集得到的数据进行可靠的中继和传递面临着极大的挑战。国外的部分研究工作在上述背景下提出了相应的解决办法，即在部分杆塔上安装具有远距离通信的3G无线模块组成包含光纤网络，无线网络的混合网络，以应对数据的可靠和高效通信。但是，网络的线性拓扑极大的限制了对拓扑故障的容忍性。

现有技术中公开的电力通信网络抗毁性评价方法，把物理链路抽象为边，通过计算初始状态网络效率进而依次删除每个节点、每条边，计算新生成图的网络效率，计算各个节点、各条边的故障影响度，从而得到全网抗毁度，利用全网抗毁度对电力通信网进行抗毁性进行评判，该方法既考虑了电力通信网络中各个部件对网络性能的重要度，同时也考虑了网络中链路的作用，消除了以前方法评价的主观性，使评价结果较为客观。但是，由于电力通信网络中网络类型差异性较大，结构复杂，该方法并没有区分不同类型的电力通信网络，不能针对电力通信网络的特点进行分析，从而影响了该方法的实际使用效果。

现有技术中公开的基于无线传感器网络的架空线实时监测系统，包括由故障检测服务器、集中控制器和监控中心组成的放射式自组织无线网络，故障检测报警器对架空线进行故障检测，并发出报警信号，集中控制器收集报警信号并向监控中心转送报警信号，监控中心对报警信号进行定位和处理，实现快速定位架空电力线上发生的故障。该方案虽然也是利用无线自组织网络WSN来进行通信，然而对于架空线的拓扑明显具有近似线性的拓扑特点，该方法并没有针对性进行分析和检测，从而使得利用无线传感器网络对架空线进行实时检测的应用不够简洁明了。

现有技术中还存在用于实现了电力通信网络在故障告警时、性能劣化及设备检修时准确、全面和快速的业务影响分析的对电力通信网络业务影响分析方法，解决了现有的分析影响方法的不足或缺陷性，实现了电力通信网络在故障告警时、性能劣化及设备检修时准确、全面和快速的业务影响分析，但是，该方案仅针对电力通信的骨干网络进行分析，而忽略了散布于户外、分布极广的配网电力线的监控。同时专利并没有从故障本身的视角进行深入分析和考察，仅仅使用集合之间的简单运算对资源是否使用进行简单判断，而得出是否影响业务的结论，影响实际使用效果。

可见，现有技术中并没有针对配用电通信网络中故障的容忍方法的研究和探索，也没有针对没有对电通信网络中线性网络的拓扑进行分析，因此，如何提高网络对故障的容忍度，实现坚强的电力通信网络成为目前急需解决的问题之一。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决或者减缓上述问题的混合网络下实现配电网故障容忍的方法，以提高网络对故障的容忍度，实现坚强的电力通信网络。

本发明提供了一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法，该方法包括：

对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组；

根据配用电通信网中所述传输节点之间的时延和无线模块的覆盖参数，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量；

根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置；

根据所述备份传输节点和备份无线模块的数量以及所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置，进行备份传输节点和备份无线模块的部署；

当发生故障时，对当前配用电通信网中发生故障的传输节点的位置进行定位，根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整。

可选的，所述对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组，具体包括：

建立所述配用电通信网的混合网络模型；

利用所述混合网络模型对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组，每个分组中的传输节点的数据均传输到该分组的中心节点通过无线模块传输到控制中心。

可选的，所述配用电通信网的混合网络模型具体包括：控制中心、至少两个变电站、若干传输节点以及无线模块，所述控制中心与分组中心节点之间采用无线模块进行数据传输，所述变电站与控制中心之间采用光纤网络进行数据传输，传输节点之间采用Zigbee方式进行数据传输。

可选的，所述根据配用电通信网中所述传输节点之间的时延和无线模块的覆盖参数，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量，具体包括：

获取配用电通信网中所述传输节点之间的时延；

根据配用电通信网中每个传输节点的传输位置和传输数据量，计算每个无线传输模块的传输节点覆盖数量；

根据所述传输节点之间的时延以及每个无线传输模块的传输节点覆盖数量，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量。

可选的，所述根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置，具体包括：

获取配用电通信网中每个传输节点的历史故障发生频率；

对所述每个传输节点的历史故障发生频率进行加权；

根据权重的大小进行排序，并依次将备份节点分配到相应的传输节点，实现备份节点的分配；

判断分组数目和无线模块的数目之间的大小关系，若分组数目大于无线模块数目，则利用BPBP算法逐次将无线模块分配到各组中的中心节点上；否则利用BPBP算法对无线模块对分组数目进行求模和取余，循环的将各组的中心节点进行分配相应的无线模块，并判断剩余无线模块的数目，将所余数目的无线模块逐次分配到权重较高的传输节点上。

可选的，所述对当前配用电通信网中发生故障的传输节点的位置进行定位具体包括：

获取所述配用电通信网中传输的数据；

根据所述数据采用自适应算法确定出当前配用电通信网中定位出发生故障的传输节点位置。

可选的，所述根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整，具体包括：

根据所述发生故障的传输节点的位置构造分组的左半可能的故障集或右边可能的故障集；

判断故障节点是否具有备份节点，如果有，则用备份节点替换所述故障节点；否则，判断所述故障节点是否属于分组的左半部分；

若所述故障节点属于分组的左半部分，则对分组的左半部分中可能的故障集合构造循环集合，从循环集合中逐个取出元素，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是，则逐次将相应的节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，否则，判断所述故障节点是否属于分组的右半部分；

若所述故障节点属于分组的右半部分，则对分组的右半部分中可能的故障集合构造循环集合，从循环集合中逐个取出元素，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是，则逐次将相应的节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，否则，对既不能由相邻节点覆盖，又没有备份节点的可能故障集合重新建立一个分组。

本发明的有益效果为：

本发明提供的混合网络下实现配电网故障容忍的方法，在利用无线传感器网络进行监控的数据收集和中继传输中，结合电力通信中的N-x原则，利用冗余备份策略，在备份成本最小化驱动下，合理部署备份节点，提高网络对故障的容忍度，实现坚强的电力通信网络。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法的流程图；

图2为本发明实施例中提出的混合网络模型的模型示意图；

图3为本发明实施例的一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法中步骤的细分流程图；

图4为本发明实施例的一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法中步骤的细分流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明在混合网络模型下，首先进行分组，其次确定需要备份的中继节点数目，接着通过Based Prior Backup Placement(BPBP)算法确定中继节点的位置，最后提供了对动态故障进行自适应的调整Adaptive Fault Modification(AFM)算法。在初始的分组之后，为了确定需要备份的中继节点的数量和无线模块的数量，本发明利用了优化工具，计算出N-x原则下的故障发生概率的上届值。上届值的确定对实现具有最小成本备份节点提供了有力的支持。为了确定需要备份的中继节点的位置，本发明利用BPBP算法，考虑了以往故障发生的频率，将该频率作为先验知识，确定了中继节点和无线模块的备份位置。当故障发生时，利用AFM算法进行故障的自适应调整，从而有效实现故障容忍。

图1示出了本发明实施例的一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提出的混合网络下实现配电网故障容忍的方法包括：

S11：对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组；

S12：根据配用电通信网中所述传输节点之间的时延和无线模块的覆盖参数，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量；

S13：根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置；

S14：根据所述备份传输节点和备份无线模块的数量以及所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置，进行备份传输节点和备份无线模块的部署；

S15：当发生故障时，对当前配用电通信网中发生故障的传输节点的位置进行定位，根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整。

进一步地，本发明实施例中所述对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组，具体包括：

建立所述配用电通信网的混合网络模型；

利用所述混合网络模型对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组，每个分组中的传输节点的数据均传输到该分组的中心节点通过无线模块传输到控制中心。

本发明实施例提出的配用电通信网的混合网络模型具体包括：控制中心、至少两个变电站、若干传输节点以及无线模块，所述控制中心与分组中心节点之间采用无线模块以GSM无线方式进行数据传输，所述变电站与控制中心之间采用光纤网络进行数据传输，传输节点之间采用Zigbee方式进行数据传输。

本发明实施例中，利用所述混合网络模型对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组具体方法如下：

在线性的混合网络模型中，R_i表示第i杆间Zig Bee无线模块的传输速度，R_d表示无线GSM模块的传输速度，t_MA表示应用要求的最小时延，n表示电力线杆数目，S_d表示每个杆上需要传输的数据量，g表示应用直接连接的总共节点数，k是分组的数目，由二次三项式方程(1)确定需要分组的组数k：

{S_d(g²-1)/2R_i}k²+{S_d[g(g-n-1)-3)]/2R_i-(g+1)t_MA-2S_d/R_d)}k

                                (1)

+{(S_d(n-g)(n-g+2)/8R_i+(n-g-2)t_MA/2-S_d/R_d)}＝0

在分组模型下，建立如图2所示的混合网络模型。如图2所示，其中SS1和SS2表示两个变电站。控制中心与组中心节点的直接传输利用GSM无线方式。变电站与控制中心之间的传输利用光纤网络。中继节点之间利用Zigbee方式传输。其中带有阴影节点的圆圈表示备份的中继节点。带C标记的三角块表示备份的无线模块。

本发明实施例中，由于每个电线杆上故障发生的概率是不同的，我们将n根电线杆建模为n重贝努利扩展试验。N-x含义表示为同时发生x次故障时的概率。将故障发生作为试验中的成功试验，则发生一次故障的概率为Pr(X<2)-Pr(X<1)，这里随机变量X表示发生概率的次数。更进一步，N-x原则可以表示如下：

Pr{X＝x}＝Pr(X≥x)-Pr(X≥x+1)    (2)

然而，对任何概率都满足非负性，为了得到N-x下发生概率的上届值，我们将方程(2)简化为Pr(X≥x)。推导出了简化表达式的上届值为：

${\mathrm{pr}}_{N-x}\left(x\right)=\mathrm{Pr}\{X\&GreaterEqual;x\}\&le;\frac{e^{x\mathrm{\&mu;}}}{x^{(x-\mathrm{\&mu;})}}---\left(3\right)$

进一步地，所述根据配用电通信网中所述传输节点之间的时延和无线模块的覆盖参数，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量，具体包括：

获取配用电通信网中所述传输节点之间的时延；

根据配用电通信网中每个传输节点的传输位置和传输数据量，计算每个无线传输模块的传输节点覆盖数量；

根据所述传输节点之间的时延以及每个无线传输模块的传输节点覆盖数量，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量。

本发明实施例中，考虑了无线网络中的节点之间的时延和覆盖等通信问题。令代表第i杆上的最小时延。由于能量的约束，每个杆上的数据是根据杆上的最小时延周期传输的。而且CSMA/CA是无线Zigbee中常用通信方式。因此，我们考虑避免数据碰撞的问题。令平均的信道获取时延为d_a，则整个杆上的时延遵循下列方程：

$\left(\frac{{\mathrm{Data}}_{max}}{v_d}+d_a\right)\&CenterDot;Y_i\&le;\underset{j\&Element;M}{min}{d}_{ij}---\left(4\right)$

对于覆盖，令x_i和R_i分别表示第i根杆上布置的传输位置和传输数据量。则每个无线传输模块可以覆盖的传输节点数目至少为，

$2\&CenterDot;\frac{R_i}{\underset{i,k\&Element;N}{\max }|x_i-x_k|}+1---\left(5\right)$

实际上方程(5)并不总能取到整数值，需要在分母中进行了约减处理。

那么：备份传输节点数量和无线模块的数量可以通过下面的优化表达式计算出来：

Minimize:

$f(Y_i,Z_i)=(1+\mathrm{Re}sRat)\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{\mathrm{Cost}}_b\&CenterDot;Y_i+\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\left(Sub+{\mathrm{Cost}}_c\right)\&CenterDot;Z_i\right)$

subjectto:

$\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{Y}_i\&GreaterEqual;N\&CenterDot;{\mathrm{pr}}_{N-x}\left(x\right),\&ForAll;x,i\&Element;\mathrm{1..}N$

$\&ForAll;Y_i,\left(\frac{{\mathrm{Data}}_{max}}{v_d}+d_a\right)\&CenterDot;Y_i\&le;\underset{j\&Element;M}{min}{d}_{ij},\&ForAll;i\&Element;\mathrm{1..}N,j\&Element;\mathrm{1..}M$

$\underset{i\&Element;N}{\overset{N\&cup;{\mathrm{STA}}_q}{\&Sigma;}}{Z}_i\&CenterDot;\left(2\&CenterDot;\frac{R_i}{\underset{i,k\&Element;N}{max}|x_i-x_k|}+1\right)\&GreaterEqual;N,\&ForAll;i,k\&Element;\mathrm{1..}N\&cup;{\mathrm{STA}}_q$

$\underset{i\&Element;N}{\&Sigma;}{Z}_i\&le;\underset{i\&Element;N}{\&Sigma;}{Y}_i,\&ForAll;i\&Element;\mathrm{1..}N$

$\left|P_b\right|=\underset{i}{\overset{N}{\&Sigma;}}{Y}_i,\&ForAll;i\&Element;\mathrm{1..}N$

$\left|P_c\right|=\underset{i}{\overset{N}{\&Sigma;}}{Z}_i,\&ForAll;i\&Element;\mathrm{1..}N$

$Y_i,Z_i\&Element;\{0,1\},\&ForAll;i\&Element;\mathrm{1..}N$

其中，Y_i表示传输节点是否进行备份，0表示不备份，1表示需要备份，Z_i表示无线模块是否进行备份，0表示不备份，1表示需要备份，ResRat表示余留资金，Cost_b表示传输节点的费用，Cost_c表示无线模块的费用，Sub表示支付第三方通信公司的订阅费，|P_c|和|P_b|的数目分别为无线模块的数目和备份中继节点的数目。本发明实施例由于要使用无线通信模块，因此需要付给第三方通信公司(比如说中国移动)固定的使用费用作为订阅费。

进一步的，所述根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置，具体包括：

获取配用电通信网中每个传输节点的历史故障发生频率；

对所述每个传输节点的历史故障发生频率进行加权；

根据权重的大小进行排序，并依次将备份节点分配到相应的传输节点，实现备份节点的分配；

判断分组数目和无线模块的数目之间的大小关系，若分组数目大于无线模块数目，则利用BPBP算法逐次将无线模块分配到各组中的中心节点上；否则利用BPBP算法对无线模块对分组数目进行求模和取余，循环的将各组的中心节点进行分配相应的无线模块，并判断剩余无线模块的数目，将所余数目的无线模块逐次分配到权重较高的传输节点上。

根据先前的相关工作，分组问题可以通过解决一个二次三项式方程来计算分组Gⁱ。电线杆位置集可表示为P＝{x₁,x₂,…,x_n}。对不同传输节点位置上，一段时间内的不同频率，我们使用方程(6)来表示。

${\mathrm{fre}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\#\left(\mathrm{typei\; fault\; in\; pole}\right)}{\#\left(\mathrm{total\; faults}\right)}---\left(6\right)$

对于一个传输节点位置的备份节点，表示第i杆的故障频率。让fre^max代表除了1的最大值，让fre^min代表除了0的最小值，由于故障是稀有事件，我们用参数来计算而不是一个平均值。参数区分高频故障和低频故障。对于高频故障，和低频故障，我们用作为权重向量，以确定它对备份节点的意义。

$\left\{\begin{array}{ccc}{w}_{{\mathrm{fre}}_i}=\frac{{\mathrm{fre}}^{max}-{\mathrm{fre}}^{min}}{{\mathrm{fre}}^{max}-{\mathrm{fre}}_i}& if& {\mathrm{fre}}_i-{\mathrm{fre}}^{\&prime;}\&GreaterEqual;0\\ w_{{\mathrm{fre}}_i}=\frac{{\mathrm{fre}}_i}{\underset{i\&Element;\left\{i\right|{\mathrm{fre}}_i\}}{\&Sigma;}({\mathrm{fre}}_i-{\mathrm{fre}}^{min})}& if& {\mathrm{fre}}_i-{\mathrm{fre}}^{\&prime;}<0\end{array}\right.---\left(7\right)$

在方程(7)中，对于低频率故障，通过加权调和平均值。与高频率故障相反，频率越高，需要的权重越大。BPBP的算法解决部署和放置备份节点和无线直连模块的问题。BPBP算法的主要思想是，我们把故障的频率优先考虑，通过参数区分两种模式，衡量并分配备份节点。对于无线模块，每个代表的节点对长距离传输是关键的。本发明实施例中，首先放置一个无线模块，剩下的模块分配给故障高频率节点。

本发明实施例中，计算备份的传输节点和无线模块在混合网络模型的部署位置的方法，如图3所示，具体包括：

在步骤201中，算法应当初始化记录备份节点向量和记录无线模块的向量，初始化完毕后，进入步骤202；

在步骤202中，由公式(7)计算备份向量的权重，并对所计算得到的权重向量进行排序，得到新的向量，进入步骤203；

在步骤203中，依据新向量的权重大小循环，在循环体中依次将备份节点分配到相应的向量中，从而完成备份节点的分配。分配完毕后进入步骤204；

在步骤204中，首先判断分组数目和无线模块的数目之间的大小关系，从而确定无线模块的分配方式。若分组数目大于无线模块数目，则进入步骤205，否则进入步骤206；

在步骤205中，由于模块的数目比较小，而分组数目比较大，算法逐次将将无线模块分配到各组中的中心节点上，若已经分配完毕，则结束；

在步骤206中，由于无线模块的数目比分组数目要大，算法首先求无线模块对组数进行求模和取余，计算结束后，进入207；

在步骤207中，循环的将各组的中心节点进行分配相应的无线模块，进入步骤208；

在步骤208中，判断剩余无线模块的数目，将所余数目逐次分配到权重较高的中继节点上，分配完毕后，算法停止。当算法结束时，相应的备份节点的向量和无线模块的向量的值都合理的分配给了传输节点上的中继节点。

进一步地，所述对当前配用电通信网中发生故障的传输节点的位置进行定位具体包括：

获取所述配用电通信网中传输的数据；

根据所述数据采用自适应算法确定出当前配用电通信网中定位出发生故障的传输节点位置。

具体方法如下：例如，和是一个代表节点。如果数据集没有收到，我们可以决定节点一定是错误的。否则，的数据可以由中继器接收到。如果有备份，备份节点发挥容错的作用。然而，节点和节点也许是错误的节点，它们不是一定的。然后，我们把放进G⁶里，如果G⁶可以覆盖它。同样的，轮到直到集为空。如果覆盖范围不能达到，我们创建新的分组，进而确定出当前配用电通信网中定位出发生故障的传输节点位置。

进一步地，所述根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整，具体包括：

根据所述发生故障的传输节点的位置构造分组的左半可能的故障集或右边可能的故障集；

判断故障节点是否具有备份节点，如果有，则用备份节点替换所述故障节点；否则，判断所述故障节点是否属于分组的左半部分；

若所述故障节点属于分组的左半部分，则对分组的左半部分中可能的故障集合构造循环集合，从循环集合中逐个取出元素，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是，则逐次将相应的节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，否则，判断所述故障节点是否属于分组的右半部分；

若所述故障节点属于分组的右半部分，则对分组的右半部分中可能的故障集合构造循环集合，从循环集合中逐个取出元素，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是，则逐次将相应的节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，否则，对既不能由相邻节点覆盖，又没有备份节点的可能故障集合重新建立一个分组。

本发明实施例中，当备份节点的数量和部署位置确定后，网络进入运营阶段。当故障发生时，对故障容忍的自适应算法，具体如下：

根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份的传输节点和无线模块进行配用电通信网中的传输节点和无线模块分组的调整的方法，如图4所示，具体包括：

在步骤301中，从接收到的数据中定位有故障的传输节点位置。定位完成后进入步骤302；

在步骤302中，根据传输节点位置构造分组的左半可能的故障集或右边可能的故障集。构造完成后，进入步骤303；

在步骤303中，由于故障节点没有可以替换的备份节点，算法的下列步骤处理无备份节点故障的容忍问题。首先判断故障是否属于分组的左半部分？若是，则执行步骤304，若否，进入步骤307；

在步骤304中，对可能的故障集合构造循环集合T，从循环集合中逐个取出元素进行判断，进入步骤305；

在步骤305中，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是则执行步骤306，若否，进入步骤308；

在步骤306中，逐次将节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，进入步骤307；

在步骤307中，处理分组的右半部分可能的故障节点集合，处理完毕后算法停止；

在步骤308中，对既不能由相邻节点覆盖，又没有备份节点的可能故障集合重新建立一个分组。

本发明实施例，对利用WSN网络监控架空线的通信网络进行混合网络建模，通过引入分组机制，降低数据传输时延，提高传感数据的通信效率，对混合网络下，考虑N‐x原则和备份容忍策略，利用优化工具确定传感器中继节点备份数量；在确定数量的基础上，结合故障发生的历史数据，对备份位置进行加权，确定中继点的备份位置，合理部署节点；当故障发生时，依据自适应动态调整算法，进行中继节点的故障容忍。

综上所述，本发明提供的混合网络下实现配电网故障容忍的方法及系统，在利用无线传感器网络进行监控的数据收集和中继传输中，结合电力通信中的N-x原则，利用冗余备份策略，在备份成本最小化驱动下，合理部署备份节点，提高网络对故障的容忍度，实现坚强的电力通信网络。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的系统中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的系统中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个系统中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种混合网络下实现配电网故障容忍的方法，其特征在于，所述方法包括：

对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组；

根据配用电通信网中所述传输节点之间的时延和无线模块的覆盖参数，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量；

根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置；

根据所述备份传输节点和备份无线模块的数量以及所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置，进行备份传输节点和备份无线模块的部署；

当发生故障时，对当前配用电通信网中发生故障的传输节点的位置进行定位，根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组，具体包括：

建立所述配用电通信网的混合网络模型；

利用所述混合网络模型对设置在配用电通信网的变电站之间的传输节点和无线模块进行分组，每个分组中的传输节点的数据均传输到该分组的中心节点通过无线模块传输到控制中心。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配用电通信网的混合网络模型具体包括：控制中心、至少两个变电站、若干传输节点以及无线模块，所述控制中心与分组中心节点之间采用无线模块进行数据传输，所述变电站与控制中心之间采用光纤网络进行数据传输，传输节点之间采用Zigbee方式进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据配用电通信网中所述传输节点之间的时延和无线模块的覆盖参数，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量，具体包括：

获取配用电通信网中所述传输节点之间的时延；

根据配用电通信网中每个传输节点的传输位置和传输数据量，计算每个无线传输模块的传输节点覆盖数量；

根据所述传输节点之间的时延以及每个无线传输模块的传输节点覆盖数量，计算分组后的配用电通信网中需要的备份传输节点和备份无线模块的数量。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据配用电通信网中每个传输节点和无线模块的历史故障发生频率，计算所述备份传输节点和备份无线模块在配用电通信网中的部署位置，具体包括：

获取配用电通信网中每个传输节点的历史故障发生频率；

对所述每个传输节点的历史故障发生频率进行加权；

根据权重的大小进行排序，并依次将备份节点分配到相应的传输节点，实现备份节点的分配；

判断分组数目和无线模块的数目之间的大小关系，若分组数目大于无线模块数目，则利用BPBP算法逐次将无线模块分配到各组中的中心节点上；否则利用BPBP算法对无线模块对分组数目进行求模和取余，循环的将各组的中心节点进行分配相应的无线模块，并判断剩余无线模块的数目，将所余数目的无线模块逐次分配到权重较高的传输节点上。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述对当前配用电通信网中发生故障的传输节点的位置进行定位具体包括：

获取所述配用电通信网中传输的数据；

根据所述数据采用自适应算法确定出当前配用电通信网中定位出发生故障的传输节点位置。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述发生故障的传输节点的位置，利用已有的备份传输节点和备份无线模块进行配用电通信网的调整，具体包括：

根据所述发生故障的传输节点的位置构造分组的左半可能的故障集或右边可能的故障集；

判断故障节点是否具有备份节点，如果有，则用备份节点替换所述故障节点；否则，判断所述故障节点是否属于分组的左半部分；

若所述故障节点属于分组的左半部分，则对分组的左半部分中可能的故障集合构造循环集合，从循环集合中逐个取出元素，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是，则逐次将相应的节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，否则，判断所述故障节点是否属于分组的右半部分；

若所述故障节点属于分组的右半部分，则对分组的右半部分中可能的故障集合构造循环集合，从循环集合中逐个取出元素，判断所取出的元素是否可以通过相邻的分组覆盖，若是，则逐次将相应的节点移到相邻分组域中，并从该分组中删除节点，否则，对既不能由相邻节点覆盖，又没有备份节点的可能故障集合重新建立一个分组。