CN107612762A - 基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法，属于电力通信网领域。该方法包括步骤：S1：按照业务权重对需要分配的路由进行排序，保证重要的业务先分配；S2：基于K路最短路径算法对该业务选取前K条最优路由，然后进行筛选；S3：排序完成后选取前两条路由，分别使用改进的Bhandri最大不相交路由算法为两条路由选取备用路由，然后选择相交度最小的双路由作为该业务的主备用路由；S4：所有业务分配完成，结束；否则，跳转至步骤S2。本发明主路由能够保证最大化服务质量并尽可能降低通道压力，使得全网的通道压力一定程度保持均衡，备用路由能够作为备份而及时切换，保证相交度最小。

Description

基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法

技术领域

本发明属于电力通信网领域，涉及基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，电力系统呈现出多系统间协同通信日益频繁的特点。电力系统生产部门也对电力通信网提出了更高的要求和标准。所以，在智能电网中，如何有效降低电力通信安全风险成为电力系统亟需解决的问题之一。并且，随着电力系统的规模不断扩大，现阶段的路由算法难以满足需求的不断提高，因此，提高电力通信网的业务服务质量并进一步降低网络风险以适应不断扩大的需求是目前的主要的研究方向。

按照电力行业的要求，电力通信网中的关键业务如继电保护等需要配置主备用双路由来保证该业务的高可靠性。其次，需要结合设备老化情况、动力环境情况、光缆特性(如是否同类型光缆、是否跨高速/高铁光缆等)等电力通信网中的特殊因素来规划路由。针对以上问题并结合电力通信网的实际状况，提出一种基于多条件约束下的最大不相交主备用路由算法。

为了解现有技术的发展状况，对已有的专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本发明相关度比较高的技术信息：

技术方案1：专利号为CN201611109932.5的专利《一种多约束电力通信业务最大不相交双路由配置方法》，该发明提出一种电力通信网的双路由配置方法及装置，属于电力通信技术领域。本发明在最大不相交算法的基础上进行改进，以时延和风险度为权值，在电力通信网的网络拓扑中对现有业务进行路由规划，选出业务的主路径和备用路径。本发明通过在Bhandari算法中增加时延和风险的约束，能够得到两条不相交的路径，且主路径时延最短，备用路径风险度最小，保障了电力通信网业务的正常传输，使之更适合电力通信网业务路由配置。

技术方案2：专利号为CN201510599548.7的专利《一种多约束电力通信业务最大不相交双路由配置方法》，该发明提出一种多约束电力通信业务最大不相交双路由配置方法，该方法包括：构建网络拓扑模型；选取r维权值，建立网络Gr；获取网络Gr中请求配置的双路由业务集合，根据实际需求设置业务重要度；按照业务重要度排序，获得当前配置业务信息；通过改进的Bhandari最大不相交算法进行双路由预选取；采用改进的KSP算法获得多组满足多约束条件的最大不相交双路由集合；对所述最大不相交双路由集合进行筛选；输出配置结果。本方法能够在任意电力通信网中为业务分配满足多重约束的最大不相交双路由，最大限度地保障业务正常可靠地运行。

技术方案3：专利号为CN201110129535.5的专利《实现多约束QoS路由选择的优化方法及装置》，该发明公开了一种实现多约束路由选择的优化方法及装置，所述方法为：根据预测模型信息获取当前网络的拓扑结构及链路参数；根据所确定的拓扑结构及链路参数建立相应的多约束QoS路由模型，并构造惩罚函数将多约束条件转化，建立对路径进行评价的适应度函数；利用深度优先搜索法获得初始可行路径，初始化粒子群；计算各粒子适应度值，并找出各粒子邻居的最优适应度值；利用GA-PSO算法从初始可行路径开始进行迭代求解，并进行自然选择与变异操作；最后找出满足条件的适应值最优的路径，实现多约束条件下的最优路由选择，按找到的路由执行。

方案1虽然能够综合考虑电力通信网的时延和风险因素，有效地降低电力通信网的风险，但是，主路由仅考虑时延因素会导致部分链路承载业务过于集中而导致拥塞，使得业务分布不均匀，网络风险大大提高；方案2考虑的是主备用路由的相交度和可靠度，没有清楚的说明多种约束在冲突时如何选择最优方案；方案3同对各类约束指标进行了说明，给出了一套选择最优路由的方法，但并没有降低路由风险同时也造成了最优路由的承载业务过多的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法，结合电力通信网的特点，降低通信网络的通道压力，使得电力通信网业务分布均衡度更好，同时关键业务提供主备用路由机制，更好的提高了业务服务质量，有效提高了电力通信网的性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法，该方法包括以下步骤：

S1：按照业务权重对需要分配的路由进行排序，保证重要的业务先分配；

S2：基于K路最短路径(K shortest paths,KSP)算法对该业务选取前K条最优路由，即压力最小的路由，然后进行筛选；筛选条件为：将前K条业务按照0/A光缆切换次数从小到大排序，在切换次数相等的情况下，按照是否跨越高速高铁排序，如果没有跨越高速高铁的路由的通道压力比跨越高速高铁的路由的通道压力低或者不高于某个合适的常数C，则将高通道压力的路由排序到前面；但是，若没有跨越高速高铁的路由的标准并行接口(Standard Parallel Port,SPP)值比跨越高速高铁的路由的SPP值大于等于常数C，则还是将跨越高速高铁的路由排序到前面；

S3：排序完成后选取前两条路由，分别使用改进的Bhandri最大不相交路由算法为两条路由选取备用路由，然后选择相交度最小的双路由作为该业务的主备用路由；

S4：所有业务分配完成，结束；否则，跳转至步骤S2。

进一步，所述改进的Bhandri最大不相交路由算法为：

S301：在网络拓扑图中，调用基于多约束和通道压力路由算法得到一条路径，设得到最优路径route1，A-B-D-G-M-N；

S302：采用节点分裂法修改网络中相关节点和边的值，具体方法为：规定路径中由起点到终点的方向为正向，相反方向为反向；route1路径上除去起点和终点外的其他点一分为二，设B分裂为B₁与B₂，B₁指向B₂为正向，正向边的权值设置为b₀，B₂指向B₁方向为反向，权值为0；route1中所有链路的反向权值改为原来权值的相反数，链路的正向权值改为a₀；其余不是route1最短路径的节点，若与route1上的节点有边，则将以有向边的形式更改网络拓扑图，单向边在方向上要形成环路，且一定是B₁→B₂，而边的权值不变；

a₀和b₀满足条件：设为全网所有边e_ij的权值之和，设C为一常数，大于主备用路由的公共链路个数，为保证满足条件，使得C＝min{n_route1,n_route2}，即C为主备用路由中链路个数少的一条路由的链路个数，则a₀和b₀：

S303：在更正后的网络拓扑图中，调用dijsktra算法，得到路径route2，A-B₁-B₂-C-D₁-D₂-H-M₁-G₂-K-N，然后将分裂点合并还原，则route2，A-B-C-D-H-M-G-K-N；

S304：只保留route1和route2的节点和边，route1和route2的公共链路权值设置为a₀，然后调用Dijsktra算法，得到最终的备用路由为A-B-C-D-G-K-N；保证RID是最小的，即最大不相交；

S305：找到备选路由以后，将压力值更新到网络拓扑中。

本发明的有益效果在于：本发明结合了电力通信网的特点，从多个电力通信网特有的因素分析并规划了主备用路由的选取，主路由能够保证最大化服务质量并尽可能降低通道压力，使得全网的通道压力一定程度保持均衡，备用路由能够作为备份而及时切换，保证相交度最小。针对某省电网拓扑结构进行了网络建模和仿真分析。从业务通道总压力，业务通道均衡度，关键业务可靠性，主备用路由相交度三个角度来分析了算法的性能，研究表明，在各种衡量因素的实验分析下，本发明在电力通信网的路由选择机制上有明显的优越性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为电力通信网拓扑图；

图2为Bhandri算法拓扑变化图；

图3为算法流程图；

图4为某省网络拓扑；

图5为通道总压力随业务个数的变化情况；

图6为通道压力均衡度随业务个数的变化情况；

图7为业务可靠度随业务个数的变化情况；

图8为边的相交度随业务中间节点个数的变化情况；

图9为节点相交度随业务中间节点个数的变化情况。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，在通信拓扑中，省级的电力通信网跨越多个地区，有可能横穿高速高铁，而且光缆类型不统一(OPWG/ADSS)。

为了解决电力通信网中复杂的现实因素，引入了多条件约束下的最大不相交主备用路由算法。

改进的Bhandri最大不相交主备用路由算法

现有文献在基于Bhandri算法的基础上提出了一种电力通信网最大不相交双路由配置方法，但是该算法还是基于Dijkstra作为主路由，这显然不合理，会导致电力通信网局部压力过大，所以本文的主路由采用基于通道压力和多约束的路由算法。

算法举例说明如下：

图2为从A到N寻找主备用路由的拓扑变化过程图，图2(a)为某通信网络拓扑。

1：在图2(a)的网络中，调用基于多约束和通道压力路由算法得到一条路径，而不采用Dijsktra算法，假设得到最优路径route1(A-B-D-G-M-N)。

2：采用节点分裂法修改网络中相关节点和边的值，如图2(b)所示。具体做法为：规定路径中由起点到终点的方向为正向，其相反方向为反向；route1路径上除去起点和终点外的其他点一分为二，如B分裂为B₁与B₂，B₁指向B₂为正向，正向边的权值设置为b₀，B₂指向B₁方向为反向，权值为0；route1中所有链路的反向权值改为原来权值的相反数，链路的正向权值改为a₀；其余不是route1最短路径的节点，如果与route1上的节点有边的话，将以有向边的形式更改拓扑图，以节点C为例，C→B₁、B₂→C与B₁→B₂，单向边在方向上要形成环路，且一定是B₁→B₂，而边的权值不变。a₀和b₀需满足如下条件：设为全网所有边e_ij的权值之和，设C为一常数，该数应该大于主备用路由的公共链路个数，为保证满足条件，可以使得C＝min{n_route1,n_route2}，即C为主备用路由中链路个数少的一条路由的链路个数。则a₀和b₀：

3：在更正后的图2(b)中，调用dijsktra算法，得到路径route2(A-B₁-B₂-C-D₁-D₂-H-M₁-G₂-K-N)，然后将分裂点合并还原，则route2(A-B-C-D-H-M-G-K-N)

4：只保留route1和route2的节点和边，得到图2(c)，route1和route2的公共链路权值设置为a₀得到图2(d)，然后调用Dijsktra算法，得到最终的备用路由为(A-B-C-D-G-K-N)。该算法能够保证RID是最小，即最大不相交。

5：找到备选路由以后，将压力值更新到拓扑中。

主路由基于通道压力，采用KSP算法，为业务选取前K条最优路由，结合光缆类型，链路是否跨越高速高铁等因素选取最优线路作为主路由。主路由和备选路由通常不会同时工作，备选路由的目的在于主路由发生故障产生业务中断时，能够及时切换，使得损失降到最低，通常，备用路由多采用RF算法，即用Dijsktra算法找到一条最短路，修改最短路的所有链路权值，使其足够大，再次使用Dijsktra算法寻找备用路由。但是，这种算法在原理上存在缺陷，在很多拓扑结构中，无法找到最优解。所以，备选路由的选取本文基于Bhandri最大不相交双路径算法进行改进，完成整个算法的过程。

多约束条件下最大不相交路由算法

多条件约束下的最大不相交主备用路由算法(Multiple Constraint MaximallyDisjoint Routing Algorithm,MCMDRA)基于KSP和改进的Bhandri算法，能够优化网络总压力，并且使得主备用路由的相交度最小。流程如图3所示：

1：首先按照业务权重对需要分配的路由进行排序，保证重要的业务先分配。

2：基于KSP算法对该业务选取前K条最优路由(即压力最小的路由)，然后进行筛选。

筛选条件如下：首先将前K条业务按照0/A光缆切换次数从小到大排序，切换次数相等的情况下，则按照是否跨越高速高铁排序，如果没有跨越高速高铁的路由的通道压力比跨高速高铁的线路压力值低或者不高于某个适合的常数C，则将高通道压力的路由排到前面。但是，若没有跨越高速高铁的SPP值比跨越高速高铁的线路SPP值大于常数C，即SPP_S(k)≥C，则还是将跨越高速高铁的路由排序到前面。

3：排序完成后选取前两条路由，分别使用改进的Bhandri最大不相交路由算法为两条路由选取备用路由，然后选择相交度最小的双路由作为该业务的主备用路由。

4：所有业务分配完成，结束。否则，跳转2。

实验从业务通道总压力，业务通道均衡度，关键业务可靠性三个角度来分析算法的性能，业务通道总压力和业务通道均衡度与SRBM算法，3W算法在某省的电力拓扑中做了实验对比，如图4所示，为某省网络拓扑。在关键业务的可靠性和业务的相交度上，与传统的RF算法做了对比。实验结果结果如图5-图9所示。

图5展示了业务通道总压力随业务个数的变化情况。通过实验可以发现，在3种算法的比较下，MCMDRA算法比SRMB和3W算法有更低的通道总压力，使得全网的可靠性得到提高。在通道压力均衡度方面如图6所示，MCMDRA算法并不比SRMB算法更优秀，只比3W算法稍好，因为MCMDRA算法考虑了跨越高速高铁的因素和光缆类型切换次数的因素，这些因素对于电力通信网的可靠性也有很大的影响，所以优先考虑该因素并适当牺牲通道压力均衡度是合理的。

从图7中可以看出，MCMDRA的在业务较少的情况下可靠度较之于RF算法有明显提升；而业务较多的情况下，两种算法所对应的可靠度折线图会十分接近。所以在业务较少情况下，MCMDRA算法是可靠性更好的算法。图8为边的相交度随业务中间节点个数的变化情况；图9为节点相交度随业务中间节点个数的变化情况。

由边和节点的相交度可以看出，改进的Bhandri最大不相交算法的依然具有最大不相交属性，传统的RF算法的相交度不会低于Bhandri最大不相交算法，而且，改进的Bhandri最大不相交算法主路由是考虑多种约束条件的路由，结合了通道压力算法和最大不相交的优点，更加有效的提高了QoS和可靠性。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：按照业务权重对需要分配的路由进行排序，保证重要的业务先分配；

S2：基于K路最短路径(K shortest paths,KSP)算法对该业务选取前K条最优路由，即压力最小的路由，然后进行筛选；筛选条件为：将前K条业务按照0/A光缆切换次数从小到大排序，在切换次数相等的情况下，按照是否跨越高速高铁排序，如果没有跨越高速高铁的路由的通道压力比跨越高速高铁的路由的通道压力低或者不高于某个合适的常数C，则将高通道压力的路由排序到前面；但是，若没有跨越高速高铁的路由的标准并行接口(StandardParallel Port,SPP)值比跨越高速高铁的路由的SPP值大于等于常数C，则还是将跨越高速高铁的路由排序到前面；

S3：排序完成后选取前两条路由，分别使用改进的Bhandri最大不相交路由算法为两条路由选取备用路由，然后选择相交度最小的双路由作为该业务的主备用路由；

S4：所有业务分配完成，结束；否则，跳转至步骤S2。

2.根据权利要求1所述的基于多约束的电力通信业务备用路由配置方法，其特征在于：所述改进的Bhandri最大不相交路由算法为：

S301：在网络拓扑图中，调用基于多约束和通道压力路由算法得到一条路径，设得到最优路径route1，A-B-D-G-M-N；

S302：采用节点分裂法修改网络中相关节点和边的值，具体方法为：规定路径中由起点到终点的方向为正向，相反方向为反向；route1路径上除去起点和终点外的其他点一分为二，设B分裂为B₁与B₂，B₁指向B₂为正向，正向边的权值设置为b₀，B₂指向B₁方向为反向，权值为0；route1中所有链路的反向权值改为原来权值的相反数，链路的正向权值改为a₀；其余不是route1最短路径的节点，若与route1上的节点有边，则将以有向边的形式更改网络拓扑图，单向边在方向上要形成环路，且一定是B₁→B₂，而边的权值不变；

a₀和b₀满足条件：设为全网所有边e_ij的权值之和，设C为一常数，大于主备用路由的公共链路个数，为保证满足条件，使得C＝min{n_route1,n_route2}，即C为主备用路由中链路个数少的一条路由的链路个数，则a₀和b₀：

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <munderover> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munder> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&lt;</mo> <mi>j</mi> </mrow> <mi>e</mi> </munderover> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mi>C</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

S303：在更正后的网络拓扑图中，调用dijsktra算法，得到路径route2，A-B₁-B₂-C-D₁-D₂-H-M₁-G₂-K-N，然后将分裂点合并还原，则route2，A-B-C-D-H-M-G-K-N；

S304：只保留route1和route2的节点和边，route1和route2的公共链路权值设置为a₀，然后调用Dijsktra算法，得到最终的备用路由为A-B-C-D-G-K-N；保证RID是最小的，即最大不相交；

S305：找到备选路由以后，将压力值更新到网络拓扑中。