CN111147288A - 一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，包括步骤：S1、将电力调度通信网的节点重要性辨识准则划分为三个级别，分别为拓扑层、流量层和业务层；S2、分别评价电力调度通信网节点在拓扑层、流量层和业务层的重要性；S3、将电力调度通信网节点在各层的重要性指标进行归一化处理；S4、通过偏好学习多属性决策算法，得到节点的重要性评价；或者，通过直接加和计算得到通信网络节点的重要性度量值。本发明的评估方法综合考虑了节点在网络拓扑层面、流量层面和业务层面的重要性评价，能够较为准确、合理的辨识评估出电力调度通信网中节点的重要程度，对提高网络健壮性，降低网络失效风险，提升电网安全可靠运行意义重大。

Description

一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法

技术领域

本发明涉及电力调度通信技术领域，特别是涉及一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法。

背景技术

电力调度通信网络覆盖电网的每一个调控中心与变电站，是承载电力系统量测与控制数据，确保电力系统安全稳定运行的重要基础设施。随着电网系统规模的不断扩大，电力调度通信网的规模和复杂度也随之增加，同时带来了网络自身脆弱性提升等问题。一旦调度通信网中的关键节点失效或被恶意控制，造成电网通信通道的大面积中断，将切断电力系统的调度控制、继电保护、安全稳定控制等关键业务传输，进而触发停电事故。因此，未来的电力系统，特别是依赖于电力通信网承载多业务双向信息流的智能电网，对电力调度通信网的可靠安全及健壮性的要求将不断提高。

电力调度通信网的拓扑复杂交错，节点众多，承载着多样化的电力业务流量。网络中个别节点的失效就有可能造成重要电力业务(如支撑高电压等级电网控制保护类业务的重要节点)的中断或网络的大面积瘫痪。因此，电力调度通信网中节点重要程度的辨识/关键节点定义对提高网络健壮性，降低网络失效风险，提升电网安全可靠运行意义重大。然而，大部分通信网络中的节点重要度辨识只考虑了节点在网络拓扑中的物理位置等，并没有与节点业务，特别是与电网一次网架密切相关的各种控制、保护、量测、时间同步等电力业务结合起来考虑，因此，亟需建立一套全面，与电力业务及电网架构相匹配的节点重要性辨识评估方法。

发明内容

本发明的目的在于，解决上述问题，基于此，本发明围绕电力调度通信网络的实际，提供一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法。

本发明的一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，包括如下步骤：

S1、将电力调度通信网的节点重要性辨识准则划分为三个级别，分别为拓扑层、流量层和业务层；

S2、分别评价电力调度通信网节点在拓扑层、流量层和业务层的重要性；

S3、将电力调度通信网节点在各层的重要性指标进行归一化处理；

S4、通过偏好学习多属性决策算法，得到节点的重要性评价；或者，通过直接加和计算得到通信网络节点的重要性度量值。

优选的，所述步骤S2中，电力调度通信网节点在拓扑层的重要性评价通过以下方法实现：

进行电力调度通信网节点拓扑层重要性建模，将电力调度通信局网的物理拓扑分为核心层、汇聚层与接入层，核心层为一个环状拓扑，汇聚层呈现为树状拓扑，接入层由多个末梢节点组成；局网之间通过若干边界处的边界节点连接，形成电力调度通信网全网拓扑，将网络拓扑标记为G＝{V,E}，其中V＝{v_i}，i＝1,2,...,N代表网络中的节点集合，E代表网络中的边集合；

将电力调度通信网中节点i在拓扑层的重要性C_T(i)分解为节点i在局网拓扑中的重要性C_PT(i)与在全网拓扑中的重要性C_GT(i)，定义C_T(i)＝w_P*C_PT(i)+w_G*C_GT(i)，其中，w_P与w_G为权重因子，且w_P+w_G＝1。

优选的，定义C_PT(i)＝K(i)/max(K),且K(i)＝P(i)/S(i)+D(i)/max(D)，其中，K(i)表示未归一化的节点的属性值，K则是拓扑中所有节点属性值的集合，P(i)是节点i的邻居节点所组成的节点对中途径节点的最短路径，S(i)则是节点i的邻居节点所组成的节点对的最短路径之和，D(i)是节点i在拓扑G上的度，D则是拓扑中所有节点度的集合。

优选的，定义C_GT(i)＝B(i)/max(B)，其中B(i)是节点i在拓扑G上的介数，节点i的介数值指的是全网经过该节点的最短路径的数量，B则是拓扑中所有节点介数的集合。

优选的，电力调度通信网节点在流量层重要性评价策略为：以C_F(i)作为电力调度通信网中节点在流量层的重要性指标，将节点m到节点n的路径间承载的第h类业务的数量标记为θ(m,n,h),则C_F(i)＝∑_m∈V∑_n∈V∑_h∈Hλ_m,n(i)θ(m,n,h)F(h)，其中，若节点i位于m到n的业务流量路径上，则λ_m,n(i)＝1，否则λ_m,n(i)＝0,F(h)是h类业务所需要的基础流量，H为总业务集合。

优选的，电力调度通信网节点在业务层的重要性评价策略为：以节点i承载业务的重要性为C_H(i)，并定义C_H(i)＝∑_m∈V∑_n∈V∑_h∈Hλ_m,n(i)θ(m,n,h)I(h)，其中I(h)代表第h类业务在电力系统运行中的重要值。

优选的，将电力调度通信网中各节点在各层的重要性指标进行归一化，即|C_T(i)|＝(C_T(i)-minC_T)/(maxC_T-minC_T),|C_F(i)|＝(C_F(i)-minC_F)/(maxC_F-minC_F)，|C_H(i)|＝(C_H(i)-minC_H)/(maxC_H-minC_H)，其中，C_T为各节点在拓扑层的重要性的集合，C_F为各节点在流量层的重要性的集合，C_H为各节点在业务层的重要性的集合；

电力调度通信网络中节点i的重要性度量值为C(i)＝|C_T(i)|+|C_F(i)|+|C_H(i)|。

相比于相关现有技术，本发明的显著进步性至少体现在：

提供的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，综合考虑了节点在网络拓扑层面、流量层面和业务层面的重要性评价，能够较为准确、合理的辨识评估出电力调度通信网中节点的重要程度，对提高网络健壮性，降低网络失效风险，提升电网安全可靠运行意义重大。在电力调度数据网中，对重要性度量值高的节点，可以通过配备多路通信电源，及时更换备板备件，加强人工巡检频率等多种手段加强防护，从而提高整个网络的鲁棒性，保障电力系统安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明实施例的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法做出详细的阐述，应该说明的是，提供的以下实施例并不能构成对本发明可实施方式的具体限定。

参阅图1所示，本发明实施例的一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，包括如下步骤：

S1、将电力调度通信网的节点重要性辨识准则划分为三个级别，分别为拓扑层、流量层和业务层；

S2、分别评价电力调度通信网节点在拓扑层、流量层和业务层的重要性；

S3、将电力调度通信网节点在各层的重要性指标进行归一化处理；

S4、通过偏好学习多属性决策算法，得到节点的重要性评价；或者，通过直接加和计算得到通信网络节点的重要性度量值。

作为优选的实施例方案，所述步骤S2中，电力调度通信网节点在拓扑层的重要性评价通过以下方法实现：

进行电力调度通信网节点拓扑层重要性建模，将电力调度通信局网的物理拓扑分为核心层、汇聚层与接入层，核心层为一个环状拓扑，汇聚层呈现为树状拓扑，接入层由多个末梢节点(如边缘低电压等级的变电站节点)组成；局网之间通过若干边界处的边界节点连接，形成电力调度通信网全网拓扑，将网络拓扑标记为G＝{V,E}，其中V＝{v_i}，i＝1,2,...,N，V代表网络中的所有节点的集合，i为网络中的任一节点，N是网络中包含的总节点数，E代表网络中的边集合；作为一种可实施的，所述局网可以为按照行政区域或者其他便于电力管理区划的电力调度通信网；

将电力调度通信网中节点i在拓扑层的重要性C_T(i)分解为节点i在局网拓扑中的重要性属性C_PT(i)与在全网拓扑中的重要性属性C_GT(i)，定义C_T(i)＝w_P*C_PT(i)+w_G*C_GT(i)，其中，w_P与w_G为权重因子，且w_P+w_G＝1。

进一步优选的，将节点i在局网拓扑中的重要性C_PT(i)定义为C_PT(i)＝K(i)/max(K),且K(i)＝P(i)/S(i)+D(i)/max(D)，其中，K(i)表示未归一化的节点的C_PT属性的属性值，K则是拓扑中所有节点C_PT属性值的集合，P(i)是节点i的邻居节点所组成的节点对中途径节点的最短路径，S(i)则是节点i的邻居节点所组成的节点对的最短路径之和，D(i)是节点i在拓扑G上的度，D则是拓扑中所有节点度的集合。不同于末梢节点，边界节点在电力调度通信网拓扑中对局网与局网之间的连通性十分重要。因此，将节点i在全网拓扑中的重要性C_GT(i)可以定义为C_GT(i)＝B(i)/max(B)，其中B(i)是节点i在拓扑G上的介数，节点i的介数值指的是全网经过该节点的最短路径的数量，B则是拓扑中所有节点介数的集合。可以理解的是，边界节点连接两个局网，经过的路径多，介数值较高。

作为优选的实施例方案，电力调度通信网节点在流量层重要性评价策略为：以C_F(i)作为电力调度通信网中节点在流量层的重要性指标，一个网络节点承载的流量包括其产生的流量，接收的流量与途经转发的流量，显然，流量越多，节点重要性越大，将节点m到节点n的路径间承载的第h类业务的数量标记为θ(m,n,h),则C_F(i)＝∑_m∈V∑_n∈V∑_h∈Hλ_m,n(i)θ(m,n,h)F(h)，其中，若节点i位于m到n的业务流量路径上，则λ_m,n(i)＝1，否则λ_m,n(i)＝0,F(h)是h类业务所需要的基础流量(如视频类业务和控制类报文业务基础流量)，H为总业务集合。

作为优选的实施例方案，电力调度通信网节点在业务层的重要性评价策略为：以节点i承载业务的重要性定义为C_H(i)，电力调度通信网中，一些保护控制类业务对电力系统安全稳定运行至关重要，但产生的流量却很低，一些语音视频类业务并不直接影响系统运行，但流量很高。因此，要综合评价节点重要性和网络脆弱性，还需要进一步考虑节点i承载业务的重要性C_H(i)，并定义C_H(i)＝∑_m∈V∑_n∈V∑_h∈Hλ_m,n(i)θ(m,n,h)I(h)，其中I(h)代表第h类业务在电力系统运行中的重要值。

优选的，将电力调度通信网中各节点在各层的重要性指标进行归一化，即|C_T(i)|＝(C_T(i)-minC_T)/(maxC_T-minC_T),|C_F(i)|＝(C_F(i)-minC_F)/(maxC_F-minC_F)，|C_H(i)|＝(C_H(i)-minC_H)/(maxC_H-minC_H)，其中，C_T为各节点在拓扑层的重要性的集合，C_F为各节点在流量层的重要性的集合，C_H为各节点在业务层的重要性的集合；

电力调度通信网络中节点i的重要性度量值为C(i)＝|C_T(i)|+|C_F(i)|+|C_H(i)|。

可以理解的是，以上所提供的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，综合考虑了节点在网络拓扑层面、流量层面和业务层面的重要性评价，能够较为准确、合理的辨识评估出电力调度通信网中节点的重要程度，对提高网络健壮性，降低网络失效风险，提升电网安全可靠运行意义重大。在电力调度数据网中，对重要性度量值高的节点，可以通过配备多路通信电源，及时更换备板备件，加强人工巡检频率等多种手段加强防护，从而提高整个网络的鲁棒性，保障电力系统安全可靠运行。

以上给出了本发明的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法的具体实施方式，应当声明的是，本发明的具体实施方式并不限于所提供的实施例，本领域技术人员可依据本发明所提供的构思，进行等同替换。

Claims (7)

1.一种电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将电力调度通信网的节点重要性辨识准则划分为三个级别，分别为拓扑层、流量层和业务层；

S2、分别评价电力调度通信网节点在拓扑层、流量层和业务层的重要性；

S3、将电力调度通信网节点在各层的重要性指标进行归一化处理；

S4、通过偏好学习多属性决策算法，得到节点的重要性评价；或者，通过直接加和计算得到通信网络节点的重要性度量值。

2.根据权利要求1所述的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，电力调度通信网节点在拓扑层的重要性评价通过以下方法实现：

进行电力调度通信网节点拓扑层重要性建模，将电力调度通信局网的物理拓扑分为核心层、汇聚层与接入层，核心层为一个环状拓扑，汇聚层呈现为树状拓扑，接入层由多个末梢节点组成；局网之间通过若干边界处的边界节点连接，形成电力调度通信网全网拓扑，将网络拓扑标记为G＝{V,E}，其中V＝{v_i}，i＝1,2,...,N代表网络中的节点集合，E代表网络中的边集合；

将电力调度通信网中节点i在拓扑层的重要性C_T(i)分解为节点i在局网拓扑中的重要性C_PT(i)与在全网拓扑中的重要性C_GT(i)，定义C_T(i)＝w_P*C_PT(i)+w_G*C_GT(i)，其中，w_P与w_G为权重因子，且w_P+w_G＝1。

3.根据权利要求2所述的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，定义C_PT(i)＝K(i)/max(K),且K(i)＝P(i)/S(i)+D(i)/max(D)，其中，K(i)表示未归一化的节点的属性值，K则是拓扑中所有节点属性值的集合，P(i)是节点i的邻居节点所组成的节点对中途径节点的最短路径，S(i)则是节点i的邻居节点所组成的节点对的最短路径之和，D(i)是节点i在拓扑G上的度，D则是拓扑中所有节点度的集合。

4.根据权利要求2或3所述的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，定义C_GT(i)＝B(i)/max(B)，其中B(i)是节点i在拓扑G上的介数，节点i的介数值指的是全网经过该节点的最短路径的数量，B则是拓扑中所有节点介数的集合。

5.根据权利要求2所述的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，电力调度通信网节点在流量层重要性评价策略为：以C_F(i)作为电力调度通信网中节点在流量层的重要性指标，将节点m到节点n的路径间承载的第h类业务的数量标记为θ(m,n,h),则C_F(i)＝∑_m∈V∑_n∈V∑_h∈Hλ_m,n(i)θ(m,n,h)F(h)，其中，若节点i位于m到n的业务流量路径上，则λ_m,n(i)＝1，否则λ_m,n(i)＝0,F(h)是h类业务所需要的基础流量，H为总业务集合。

6.根据权利要求5所述的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，电力调度通信网节点在业务层的重要性评价策略为：以节点i承载业务的重要性为C_H(i)，并定义C_H(i)＝∑_m∈V∑_n∈V∑_h∈Hλ_m,n(i)θ(m,n,h)I(h)，其中I(h)代表第h类业务在电力系统运行中的重要值。

7.根据权利要求6所述的电力调度通信网节点重要性辨识评估方法，其特征在于，将电力调度通信网中各节点在各层的重要性指标进行归一化，即|C_T(i)|＝(C_T(i)-minC_T)/(maxC_T-minC_T),|C_F(i)|＝(C_F(i)-minC_F)/(maxC_F-minC_F)，|C_H(i)|＝(C_H(i)-minC_H)/(maxC_H-minC_H)，其中，C_T为各节点在拓扑层的重要性的集合，C_F为各节点在流量层的重要性的集合，C_H为各节点在业务层的重要性的集合；

电力调度通信网络中节点i的重要性度量值为C(i)＝|C_T(i)|+|C_F(i)|+|C_H(i)|。

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