CN112737953B - 针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统。命名数据网络是目前改进输变电网和配电网中广域相位测量单元和广域相位测量集中器之间通信可靠性的新兴网络体系结构，当前路由器中的丢失数据包可直接从弹性路由的上游路由器中进行恢复，最优RR选择会最大化丢失数据包重传的成功率，从而最大化网络的可靠性。本发明充分利用电网的网状网和环网结构，给出弹性路由生成系统，每个通信对的弹性路由包括相应的主路径及多条冗余子路径，最大化丢失数据包重传的成功率以及网络可靠性；可广泛应用于基于NDN的电网广域相位测量通信系统中，为路由器生成弹性路由，保障电网安全稳定运行。

Description

针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统

技术领域

本发明属于电力系统通信技术领域，尤其涉及一种针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统。

背景技术

在现代电网中，广域相位测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)广泛部署于变电站和配电网中，PMU将采集到的线路和变压器相位等信息通过广域网传输到广域相位测量集中器(Phasor Measurement Concentrator，PDC)上。然而，广域网可能受到网络拥塞、链路故障等安全影响，存在着潜在的数据包丢失问题；而采用传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)的方式解决该问题，发送端对于丢失数据包猜测以及端到端的数据包重传会导致数据包达到间隔时间急剧增加，同时链路故障会造成TCP连接中断。

目前，命名数据网络(Named Data Networking，NDN)作为一个新兴的网络体系结构，已被现有研究工作验证可改进上述广域相位测量系统的通信可靠性，当一个数据包在一个NDN路由器上进行转发时，该路由器会将该数据包缓存到其本地内容存储(ContentStorage，CS)中。当某个NDN路由器的上游链路发生故障时，因链路故障而丢失的数据包存储在上游路由器的内容缓存中，这种数据包的冗余性使得丢失数据包可直接从上游路由器中进行恢复，避免链路切换造成的数据包丢失问题。上述从PMU到PDC发送的测量数据路由路径成为主路径(Primary Path，PP)。实现数据包丢失快速重传的关键是在PP上构建从当前路由器及其上游路由器之间构建冗余子路径(Redundant Sub-Path，RSP)。上述的PP和RSP统称为弹性路由(Resilient Routes，RR)，最优RR选择会最大化丢失数据包重传的成功率，从而最大化网络的可靠性。正常情况下，PMU向PDC发送数据的路由为主路径，当数据包丢失时，NDN路由器可沿着冗余子路径请求其上游路由器(缓存了该数据包)重新发送丢失的数据包，确保电网控制的安全运行。然而，针对电网广域相位测量通信网络的网状网和环网结构，目前关于RR的生成方法尚未相关的研究工作，没有充分利用网络自身冗余性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，以发明专利202110144836.9为背景，提供一种针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统，主要由RR向量生成模块、RR通信对生成模块和RSP路径生成模块构成；弹性路由生成系统的输入包括网络拓扑G、RR配置、当前路由器r_j和目的路由器r_k，输出为Υ＝{p_prim,X}；其中，p_prim为从当前路由器到达目的路由器的主路径，X为p_prim中路由器与以其为起点的冗余子路径的集合的映射；所述RR配置包括最大重传次数η、偏离系数α、单个路由器的最大冗余子路径数量β、端到端的最大容许延迟D；所述偏离系数α为每个路由器节点上数据包到达时的最大排队时间和最大处理时间之和；所述网络拓扑G＝(R,L⁰)，其中，R是NDN路由器的集合，L⁰是链路的集合；

所述RR向量生成模块根据输入的网络拓扑、RR配置和当前路由器，得到中间计算结果并和网络拓扑、最大重传次数、偏离系数一起发送给RR通信对生成模块获得冗余子路径的预选路径p，最后生成当前路由器对应的RR向量(prev₁,X⁰)；其中，prev₁用于的网络中每个路由器的前一跳路由器；所述中间计算结果包括源路由器节点r_v、目的路由器节点集合X’、被排除无效链路集合

尽可能被排除无效链路集合

当前链路最大延迟

当前主路径的总延迟τ_prim和最大允许重传延迟τ_retrans ^max；

所述RSP路径生成模块根据RR向量生成模块提供的网络拓扑、最大重传次数、偏离系数和中间计算结果，生成源路由器节点达到目的路由器节点集合中所有节点的一个最大非交叠路径，作为预选路径p；

所述RR通信对生成模块根据输入的RR配置、当前路由器、目的路由器和RR向量生成模块生成的RR向量，输出Υ，生成弹性路由。

进一步地，所述RR向量生成模块具体为：

(a1)将网络中的路由器都添加到堆q₁中；遍历堆q₁中的路由器，每次取出当前堆q₁中当前最小丢包率L最小的路由器r_u；

(a2)针对步骤(a1)提取的r_u的输出链路l_uv，得到l_uv上与r_u对端的路由器r_v；遍历与r_u对端的路由器r_v，根据prev₁搜索得到所有从r_j到r_u的路径序列，并将r_v作为r_u下一路径节点，得到当前主路径；其中，每个主路径的总延迟τ_prim不能超过端到端的最大容许延迟D，其中prev₁记录每个路由器的前一跳路由器；

(a3)针对每个主路径，调用RSP路径生成模块得到以r_v为起点的冗余子路径集合P_rsp；其中，P_rsp中的冗余子路径不超过β个且尽量不交叠；增加冗余子路径后应使r_v的当前最小丢包率变小；

(a4)最终得到更新后的prev₁和符合要求的路由器与以其为起点的冗余子路径集合的映射X⁰，构成RR向量。

进一步地，所述RSP路径生成模块具体为：

(b1)在网络中添加一个虚假路由器r_vir，令r_vir双向连接到X'中的每个点r_v,s，连接延迟和丢包率均为0；将当前网络中的路由器都推入堆q₂中；遍历堆q₂中的路由器，每次从当前堆q₂中取出ψ'值最小的路由器r_w；

(b2)遍历步骤(b1)提取的r_w的输出链路l_wx及对端节点r_x；以可靠率对数值应尽可能大为条件，从中选取冗余子路径链路及节点；其中，冗余子路径不能经过主路径中的链路，选取的冗余子路径链路不能使节点的重传延迟超过最大允许重传延迟；选取的冗余子路径链路应使节点的可靠率对数值变大；当某链路被重复考虑作为冗余子路径链路时，通过令该链路的可靠率对数值最小，尽可能避免冗余子路径交叠；

(b3)prev₂根据步骤(b2)选取冗余子路径链路及节点记录前一跳路由器，根据prev₂搜索得到从r_v到r_vir的路由器序列，r_v通过r_vir可以到达X'中的任意节点；然后剔除r_vir得到预选路径p；

(b4)最后将预选路径p及在η次重传情况下的冗余子路径丢包率∈_data和重传超时时间θ_r(p)反馈给RR向量生成模块。

进一步地，所述RR通信对生成模块具体为：根据RR向量生成模块输出的prev₁搜索得到从r_j到r_k的主路径，并从映射X⁰获取主路径路由器及以其为起点的冗余子路径集合的映射，得到系统的输出Y。

进一步地，所述RR向量生成模块具体为：

(1.1)初始化五个哈希函数：L[r_i]为r_i的当前最小丢包率，ψ[r_i]为r_i的RR丢包率，φ[r_i]为考虑多条重传路径时主路径中r_i的上游路由器到r_i的丢包率最大估计值，T_prim[r_i]为r_i的主路径延迟，T[r_i]表示r_i的RR延迟；其中r_i是R中第i个路由器，i＝1～n；

(1.2)在初始条件下，L＝[1.0]_1×n，ψ＝[1.0]_1×n，φ＝[0]_1×n，T_prim＝[0]_1×n，T＝[0]_1×n；再令L[r_j]＝0，ψ[r_j]＝1，φ[r_j]＝0，T_prim[r_j]＝0，T[r_j]＝0；

(1.3)初始化哈希函数：P_rsp(r_i)为以r_i为起点的冗余子路径的集合，X⁰为当前主路径上r_i与以其为起点的冗余子路径的集合P_rsp(r_i)的映射；

(1.4)创建斐波那契堆q₁实现路由器的排序，将r_i∈R都添加到堆q₁中，根据L[r_i]的值从小到大排序；同时，创建向量prev₁[r_i]记录r_i的前一跳路由器，初始化为prev₁＝[-1]_1×n；

(1.5)提取当前堆q₁中的第一个路由器r_u；

(1.6)针对步骤(1.5)提取的r_u的输出链路l_uv，得到l_uv上与r_u对端的路由器r_v；

(1.7)如果步骤(1.6)得到的r_v不在当前堆q₁中，则跳转到步骤(1.6)计算下一输出链路对应的r_v，直到遍历r_u的所有输出链路l_uv，跳到步骤(1.17)；

(1.8)计算当前主路径的链路最大延迟

其中，τ(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的总延迟，总延迟为传输延迟、处理延迟和排队延迟之和；τ_trans(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的传输延迟；

(1.9)计算当前主路径的总延迟τ_prim：

τ_prim＝T_prim[r_u]+τ(r_u,r_v)

计算在当前的主路径选择下，最大允许重传延迟τ_retrans ^max：

τ_retrans ^max＝D-T[r_u]-τ_prim

(1.10)如果τ_prim≥D，则跳转至步骤(1.6)计算另一条输出链路对应的r_v，直到遍历r_u的所有输出链路l_uv，跳到步骤(1.17)；

(1.11)以r_u为目标路由器，根据prev₁重复搜索上一跳路由器直到prev₁[r_j]＝-1，得到从r_j到r_u的路由器序列X’；定义

为路由器序列X’中所有链路的集合；

(1.12)令i_step＝0用于计步，初始化集合

循环执行如下子步骤：

(1.12.1)如果i_step≥β，则终止循环，执行步骤(1.13)；

(1.12.2)调用RSP路径生成模块，将当前的G、r_v、X’、

η、α、

τ_prim、τ_retrans ^max作为参数传递给RSP路径生成模块，获得RSP路径生成模块反馈的预选路径p；

(1.12.3)如果步骤(1.12.2)得到的p为空或者属于当前的冗余子路径集合P_rsp，则终止循环，执行步骤(1.13)；

(1.12.4)将步骤(1.12.2)得到的p添加到P_rsp中；

(1.12.5)如果i_step＜β-1，则将步骤(1.12.2)得到的p中的所有链路添加到集合

中；

(1.12.6)令i_step＝i_step+1，跳到步骤(1.12.1)进入下一循环；

(1.13)计算r_v作为下一个路径节点时的当前最小丢包率L’：

L’＝φ⁰·ψ[r_u]+L[r_u]

其中，∈(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的丢包率，∈_data(p)是预选路径p的丢包率；

(1.14)如果L’≥L[r_v]，则跳到步骤(1.5)，直到遍历堆q₁中的路由器，执行步骤(1.18)；

(1.15)更新以下参数：

T[r_v]＝T[r_u]+τ(r_u,r_v)+τ(r_u,r_v)·(1+α)+θ_r(p’)·(η-1)+τ_d(p’)

L[r_v]＝L’

φ[r_v]＝φ⁰

ψ[r_v]＝ψ[r_u]·(1-φ[r_u])

T_prim[r_v]＝τ_prim

prev₁[r_v]＝r_u

其中，p’表示集合P_rsp中重传超时时间最小的预选路径，θ_r(p’)表示p’的重传超时时间，τ_d(p’)表示p’的下行总延迟；

(1.16)更新堆q₁中路由器r_v对应的键值L[r_v]，令X⁰[r_v]＝P_rsp；然后跳转至步骤(1.6)计算另一条输出链路对应的r_v，直到遍历r_u的所有输出链路l_uv；

(1.17)跳到步骤(1.5)，直到遍历堆q₁中的路由器，执行步骤(1.18)；

(1.18)将计算结果(prev₁,X⁰)存放在RR向量中。

进一步地，所述RSP路径生成模块具体为：

(2.1)在网络中添加一个虚假路由器r_vir，令r_vir双向连接到X'中的每个点r_v,s，连接延迟和丢包率均为0，当前网络中路由器的数量n’＝n+1；

(2.2)创建ψ'和φ'向量，ψ'表示在考虑尽可能排除

条件下当前冗余子路径的数据包传输成功率对数值，φ'表示当前真实情况下的冗余子路径的数据包传输成功率对数值；创建哈希表τ_up和τ_down分别记录各路由器节点上游和下游路径的转发延迟；创建哈希表θ_retrans记录各路由器节点的重传超时时间；初始化如下：

ψ'＝[-∞]_1×n’

φ'＝[-∞]_1×n’

τ_up＝{}

τ_down＝{}

θ_retrans＝[0]_1×n’

(2.3)初始化r_v对应的τ_up、τ_down、φ'、ψ'，并创建向量prev₂记录前一跳路由器：

φ'[r_v]＝0

ψ'[r_v]＝0

τ_up[r_v]＝0

τ_down[r_v]＝0

prev₂＝[-1]_1×n’

计算当前网络中的最小链路可靠率对数值∈_expell：

其中，L⁰包括步骤(2.1)新加入的链路l＝(r_v,s,r_vir)，l_z是L⁰中第z个链路；∈(l_z)表示路径l_z的丢包率，C为大于1的常量；

(2.4)创建斐波那契堆q₂实现路由器的排序，将当前网络的路由器集合R中的每个元素推入到堆q₂中；根据ψ'[r_i]的值从小到大排序；

(2.5)如果当前堆q₂中路由器的个数|q₂|≤0，则跳转至步骤(2.12)；

(2.6)从当前堆q₂中取出第一个路由器r_w；

(2.7)获得r_w的出口链路l_wx上的对端节点r_x；如果

或者r_x不属于当前堆q₂，则跳到步骤(2.6)直接进入下一个循环；

(2.8)计算当前冗余子路径的上行延迟τ_up’和下行延迟τ_down’：

τ_up’＝τ(r_w,r_x)+τ_up[r_w]

τ_down’＝τ(r_x,r_w)+τ_down[r_w]

计算当前的路由器节点重传超时时间θ_retrans’：

θ_retrans’＝θ_retrans[r_w]+(τ_queue(l_wx)+τ_process(l_wx))×α+τ_trans(l_wx)

其中，τ_queue(l_wx)、τ_process(l_wx)分别表示r_w到r_x的排队延迟和处理延迟；

计算当前的路由器节点的重传延迟τ_retrans’：

τ_retrans’＝τ^l _max+τ_prim+θ_retrans’×(η-1)+τ_down’

如果τ_retrans’＞τ_retrans ^max，则跳转至步骤(2.6)，直到遍历堆q₂中的路由器；

(2.9)计算真实情况下，从r_w到r_x的真实可靠率对数值ψ₁：

ψ₁＝log((1-∈(r_w,r_x))(1-∈(r_x,r_w)))

(2.10)计算尽可能排除

时，从r_w到r_x的转换可靠率对数值

其中，如果

则

否则

(2.11)如果

则：

prev₂[r_x]＝r_w

ψ'[r_x]＝ψ₁+ψ'[r_w]

然后，将堆q₂中r_x根据其对应的键值ψ'[r_x]更新堆；并更新τ_up[r_x]和τ_down[r_x]：

τ_up[r_x]＝τ(r_w,r_x)+τ_up[r_w]

τ_down[r_x]＝τ(r_x,r_w)+τ_down[r_w]

如果

则跳到步骤(2.6)，直到遍历堆q₂中的路由器，执行步骤(2.12)；

(2.12)以r_vir为目标路由器，根据prev₂重复搜索上一跳路由器，直到prev₂[r_v]＝-1，得到从r_v到r_vir的路由器序列(r_v,…,r_vir)；然后剔除r_vir得到预选路径p；

(2.13)计算r_v到达r_vir的在η次重传情况下的冗余子路径丢包率∈_data和重传超时时间θ_r(p)：

∈_data(p)＝∈_one-way ^η

θ_r(p)＝α·(τ_up[r_vir]+τ_down[r_vir])

其中，∈_one-way表示r_v到达r_vir的冗余子路径的单程丢包率；

(2.14)将r_vir从G中剔除；

(2.15)将(p,∈_data(p),θ_r(p))反馈给RR向量生成模块。

进一步地，所述RR通信对生成模块具体为：

(3.1)以r_k为目标路由器，从RR向量生成模块输出的RR向量的prev₁中，重复搜索上一跳路由器直到prev₁[r_j]＝-1，得到从r_j到r_k路由器序列为主路径p_prim；

(3.2)创建哈希表X＝{}，针对步骤(3.1)得到的p_prim中的每一个路由器r_p，从RR向量生成模块输出的RR向量的X⁰中获取r_p对应的P_rsp(r_p)，将每次获得的P_rsp(r_p)放入X中；

(3.3)输出Υ＝{p_prim,X}。

本发明的有益效果是：本发明充分利用电网的网状网和环网结构，给出弹性路由(RR)生成系统，每个通信对的弹性路由包括相应的主路径及多条冗余子路径，当前路由器中的丢失数据包可直接从弹性路由的上游路由器中进行恢复，最优RR选择会最大化丢失数据包重传的成功率，从而最大化网络可靠性；本发明可广泛应用于基于NDN的电网广域相位测量通信系统中，为路由器生成弹性路由，保障电网安全稳定运行。

附图说明

图1为弹性路由生成系统的架构图；

图2为本发明实施例中电网的通信网络拓扑图。

具体实施方式

本发明一种针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由生成系统，针对电网广域相位测量的业务特点，充分利用电网的网状网和环网结构，给出弹性路由(RR)生成系统，可部署于NDN路由器中，该系统基于NDN所提供的网络拓扑，可计算出RR，使得路由器可依据PP传递数据，如数据包丢失，路由器可通过RSP向其PP上的上游路由器请求重传丢失的数据包，实现数据包的恢复，最大化丢失数据包重传的成功率以及网络可靠性。

假定网络形式化定义为：

G＝(R,L⁰)

R＝{r₁,r₂,…,r_n}

L⁰＝{l₁,l₂,…,l_m}

其中，R是NDN路由器的集合，r_i是R中第i个路由器，i＝1～n；广域相位测量单元PMU连接源路由器，广域相位测量集中器PDC连接目的路由器；L⁰是链路l_z的集合，l_z∈L⁰，z＝1～m，m是当前网络中的链路数量。

图1给出了弹性路由生成系统的架构，主要由RR向量生成模块、RR通信对生成模块和RSP路径生成模块构成；RR向量为一个存储结构，用于存放中间计算结果。弹性路由生成系统的输入包括网络拓扑G、RR配置、当前路由器和目的路由器，输出为RR。其中，RR配置包括最大重传次数η、偏离系数α、单个路由器的最大冗余子路径数量β、端到端的最大容许延迟D；偏离系数α为每个路由器节点上数据包到达时的最大排队时间和最大处理时间之和。弹性路由RR定义为Υ：

Υ＝{p_prim,X}

X＝{r_i→P_rsp(r_i)|r_i∈p_prim}

其中，p_prim为从当前路由器到达目的路由器的主路径，表示为主路径上路由器构成的序列；P_rsp(r_i)为端点始于r_i∈p_prim的RSP集合；X为所有r_i∈p_prim到达对应P_rsp(r_i)的映射，相当于X[r_i]＝P_rsp(r_i),r_i∈p_prim。

一、RR向量生成模块

该模块根据网络拓扑、RR配置和当前路由器，生成当前路由器r_j对应的RR向量。首先，将网络中的路由器都添加到堆q₁中；遍历堆q₁中的路由器，每次取出当前堆q₁中当前最小丢包率L最小的路由器r_u；然后，针对提取的r_u的输出链路l_uv，得到l_uv上与r_u对端的路由器r_v；遍历与r_u对端的路由器r_v，根据prev₁搜索得到所有从r_j到r_u的路径序列，并将r_v作为r_u下一路径节点，得到当前主路径；其中，每个主路径的总延迟τ_prim不能超过端到端的最大容许延迟D，其中prev₁记录每个路由器的前一跳路由器；再针对每个主路径，调用RSP路径生成模块得到以r_v为起点的冗余子路径集合P_rsp；其中，P_rsp中的冗余子路径不超过β个且尽量不交叠；增加冗余子路径后应使r_v的当前最小丢包率变小；最终得到更新后的prev₁和符合要求的路由器与以其为起点的冗余子路径集合的映射X⁰，构成RR向量。具体步骤如下：

(1.1)初始化五个哈希函数L、ψ、φ、T_prim和T，这些哈希函数的键值为对应的路由器，所映射的结果为某一个浮点数值。对于任意r_i∈R，L[r_i]表示路由器r_i的当前最小丢包率，ψ[r_i]为路由器r_i的RR丢包率，φ[r_i]为在考虑多条重传路径情况下主路径中上游路由器到路由器r_i的丢包率最大估计值，T_prim[r_i]表示路由器r_i的主路径延迟，T[r_i]表示路由器r_i的RR延迟；其中T[r_i]涵盖中间每个路由器的重传时间叠加值。

(1.2)在初始条件下，L＝[1.0]_1×n，ψ＝[1.0]_1×n，φ＝[0]_1×n，T_prim＝[0]_1×n，T＝[0]_1×n。[]_1×n表示长度为n元素为[]中数字的向量。再令L[r_j]＝0，ψ[r_j]＝1，φ[r_j]＝0，T_prim[r_j]＝0，T[r_j]＝0。

(1.3)初始化哈希函数P_rsp，其键值为某个路由器r_i，所映射的结果为由RSP构成的路径集合，其中每条RSP的起点为r_i，终点为非r_i的某个路由器。

创建哈希函数X⁰表示从当前主路径上路由器r_i到达对应以r_i为起点的冗余子路径的集合P_rsp(r_i)的映射。

(1.4)创建标准的Fibonacci斐波那契堆q₁实现路由器的排序，将集合R中所有路由器都添加到堆q₁中，排序规则是将路由器根据L[r_i]的值从小到大进行排序；同时，创建向量prev₁[r_i]记录r_i的前一跳路由器，初始化为prev₁＝[-1]_1×n。

(1.5)提取当前堆q₁中的第一个路由器r_u；当堆q₁为空时，表示已经遍历了堆q₁中所有路由器，跳转到步骤(1.18)。

(1.6)针对步骤(1.5)提取的r_u的每一条输出链路l_uv，计算出输出链路l_uv上与r_u对端的路由器r_v。执行步骤(1.7)～(1.16)的迭代过程，直到遍历r_u的所有链路l_uv，迭代结束，跳到步骤(1.17)。

(1.7)如果步骤(1.6)计算的r_v不在堆q₁中，则跳转到步骤(1.6)计算下一条链路对应的r_v。

(1.8)计算当前主路径的链路最大延迟

计算方法如下：

其中，τ(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的总延迟，即传输延迟、处理延迟和排队延迟之和；τ_trans(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的传输延迟。

(1.9)计算当前主路径的总延迟τ_prim：

τ_prim＝T_prim[r_u]+τ(r_u,r_v)

其中，T_prim[r_u]表示路由器r_u的主路径延迟。

计算在当前的主路径选择下，最大允许重传延迟τ_retrans ^max：

τ_retrans ^max＝D-T[r_u]-τ_prim

其中，D为端到端的最大容许延迟。

(1.10)如果τ_prim≥D，则跳转至步骤(1.6)计算另一条链路对应的r_v。

(1.11)以r_u为目标路由器，根据prev₁重复搜索上一次搜索结果的上一跳路由器，得到从r_j到r_u的路由器序列X’，具体为：

创建序列X’，根据prev₁得到r_u的上一跳路由器prev₁[r_u]，添加进序列X’＝(prev₁[r_u])中；再从prev₁找到prev₁[r_u]的上一跳路由器prev₁[prev₁[r_u]]，添加进当前序列并放在首位X’＝(prev₁[prev₁[r_u]],prev₁[r_u])；重复根据prev₁查找上一跳路由器添加进当前序列X’并放在首位的操作，直到得到的上一跳路由器prev₁[r_j]为-1，停止循环操作且-1不放进序列X’；将目标路由器r_u添加进当前序列X’并放在末位，X’＝(r_j,…,r_u)。

定义

为序列X’对应的当前主路径中所有链路的集合。

(1.12)令变量P_rsp＝()，用于记录生成的RSP。令i_step＝0用于计步，

为尽可能被排除的链路集合，循环执行如下步骤：

(1.12.1)如果i_step≥β，则终止循环，执行步骤(1.13)。

(1.12.2)调用RSP路径生成模块，将当前的G、r_v、X’、

η、α、

τ_prim、τ_retrans ^max作为参数传递给RSP路径生成模块，获得对应的预选路径p。

(1.12.3)如果步骤(1.12.2)生成的p为空或者属于当前的RSP集合P_rsp，则终止循环，执行步骤(1.13)。

(1.12.4)将步骤(1.12.2)生成的p添加到集合P_rsp中。

(1.12.5)如果i_step＜β-1，则将步骤(1.12.2)生成的p中的所有链路添加到集合

中。

(1.12.6)令i_step＝i_step+1，跳到步骤(1.12.1)进入下一循环。

(1.13)计算：

L’＝φ⁰·ψ[r_u]+L[r_u]

其中，φ⁰是中间变量，∈(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的单条链路丢包率；∈_data(p)是η次重传条件下p的丢包率；L’表示选择r_v作为下一个路径节点情况下的当前最小丢包率，ψ[r_u]为路由器r_u的RR丢包率，L(r_u)为路由器r_u的当前最小丢包率。

(1.14)如果L’≥L[r_v]，则跳到步骤(1.5)提取下一个路由器r_u；否则继续执行步骤(1.15)；其中，L[r_v]为路由器r_v的当前最小丢包率。

(1.15)更新以下参数：

T[r_v]＝T[r_u]+τ(r_u,r_v)+τ(r_u,r_v)·(1+α)+θ_r(p’)·(η-1)+τ_d(p’)

L[r_v]＝L’

φ[r_v]＝φ⁰

ψ[r_v]＝ψ[r_u]·(1-φ[r_u])

T_prim[r_v]＝τ_prim

prev₁[r_v]＝r_u

其中，p’表示集合P_rsp中重传超时时间最小的预选路径，θ_r(p’)表示p’的重传超时时间，τ_d(p’)表示p’的下行总延迟；ψ[r_v]为路由器r_v的RR丢包率；T_prim[r_v]表示路由器r_v的主路径延迟；prev₁[r_v]是r_v的上一跳路由器。

(1.16)根据Fibonacci堆的标准键值更新操作，在堆q₁中更新路由器r_v对应的键值L[r_v]，令X⁰[r_v]＝P_rsp，代表起点为r_v所对应的RSP集合为P_rsp。然后跳转至步骤(1.6)计算另一条链路对应的r_v。

(1.17)跳到步骤(1.5)，直到遍历堆q₁中的路由器，循环结束，执行步骤(1.18)。

(1.18)将计算结果(prev₁,X⁰)赋值到系统的RR向量中。

二、RSP路径生成模块

该模块根据G、r_v、X'、

η、α、

τ_prim、τ_retrans ^max，生成从路由器r_v达到X’中所有节点的一个最大非交叠路径，其中

是一个由被排除无效链路构成的集合，

是从网络拓扑G尽可能被排除掉链路构成的集合。首先，在网络中添加一个虚假路由器r_vir，令r_vir双向连接到X'中的每个点r_v,s，连接延迟和丢包率均为0；将当前网络中的路由器都推入堆q₂中；遍历堆q₂中的路由器，每次从当前堆q₂中取出ψ'值最小的路由器r_w；然后，遍历提取的r_w的输出链路l_wx及对端节点r_x；以可靠率对数值应尽可能大为条件，从中选取冗余子路径链路及节点；其中，冗余子路径不能经过主路径中的链路，选取的冗余子路径链路不能使节点的重传延迟超过最大允许重传延迟；选取的冗余子路径链路应使节点的可靠率对数值变大；当某链路被重复考虑作为冗余子路径链路时，通过令该链路的可靠率对数值最小，尽可能避免冗余子路径交叠；令prev₂根据选取冗余子路径链路及节点记录前一跳路由器，再根据prev₂搜索得到从r_v到r_vir的路由器序列，r_v通过r_vir可以到达X'中的任意节点；然后剔除r_vir得到预选路径p；最后将预选路径p及在η次重传情况下的冗余子路径丢包率∈_data和重传超时时间θ_r(p)反馈给RR向量生成模块。生成步骤如下：

(2.1)在G中添加一个虚假路由器r_vir，该虚假路由器双向连接到X'中的每个点r_v,s，连接延迟和丢包率均为0，添加方式如下：

G＝G∪{l＝(r_v,s,r_vir)|r_v,s∈X'}

n’＝|R|+1

其中，r_v,s代表路由器r_vir的第s个RSP路径的对端路由器；n’表示当前网络中路由器的数量，||表示取模，|R|表示路由器个数。

(2.2)创建ψ'和φ'向量，并将其数值初始化为负无穷，ψ'表示在考虑尽可能排除

条件下当前RSP所对应的数据包传输成功率的对数值，其中被排除的链路错误率会增加到∈_expell；φ'表示当前真实情况下的RSP所对应的数据包传输成功率的对数值；创建两个哈希表τ_up和τ_down分别记录各路由器节点上游和下游路径的转发延迟；创建各路由器节点的重传超时时间哈希表θ_retrans，分别如下：

ψ'＝[-∞]_1×n’

φ'＝[-∞]_1×n’

τ_up＝{}

τ_down＝{}

θ_retrans＝[0]_1×n’

(2.3)路由器r_v对应τ_up、τ_down、φ'、ψ'的数值初始化为0，创建prev₂向量记录前一跳路由器。∈_expell是出现在当前网络G中L⁰的最小链路可靠率对数值：

φ'[r_v]＝0

ψ'[r_v]＝0

τ_up[r_v]＝0

τ_down[r_v]＝0

prev₂＝[-1]_1×n’

其中，∈(l_z)表示路径l_z的丢包率，C为大于1的常量；此时，L⁰包括步骤(2.1)新加入的链路l。

(2.4)将q₂初始化为一个标准的Fibonacci堆，堆的键值为ψ'中的数值。然后，将当前网络的路由器集合R中的每个元素推入到堆q₂中；将堆q₂中的路由器根据ψ'值从小到大进行排序。初始时ψ'[r_v]＝0是最小的。

(2.5)如果当前堆中路由器的个数|q₂|≤0，则跳转至步骤(2.12)。

(2.6)从当前堆q₂中取出第一个路由器r_w。对于r_w的每个出口链路l_wx，循环执行步骤(2.7)到(2.11)。

(2.7)获得链路l_wx上r_w的对端节点r_x。如果

或者r_x不在堆q₂中，则跳到步骤(2.6)直接进入下一个循环。

(2.8)首先计算当前RSP的上行延迟τ_up’和下行延迟τ_down’，具体如下：

τ_up’＝τ(r_w,r_x)+τ_up[r_w]

τ_down’＝τ(r_x,r_w)+τ_down[r_w]

其中，τ(r_w,r_x)表示r_w到r_x的总延迟，即传输延迟、处理延迟和排队延迟之和。

然后计算当前的路由器节点重传超时时间θ_retrans’：

θ_retrans’＝θ_retrans[r_w]+(τ_queue(l_wx)+τ_process(l_wx))×α+τ_trans(l_wx)

其中，τ_queue(l_wx)、τ_process(l_wx)分别表示r_w到r_x的排队延迟和处理延迟。

最后计算当前的路由器节点的重传延迟τ_retrans’；如果τ_retrans’＞τ_retrans ^max，则跳转至步骤(2.6)，直到遍历堆q₂中的路由器：

τ_retrans’＝τ^l _max+τ_prim+θ_retrans’×(η-1)+τ_down’

(2.9)计算真实情况下，从r_w到r_x的真实可靠率对数值ψ₁：

ψ₁＝log((1-∈(r_w,r_x))(1-∈(r_x,r_w)))

(2.10)计算尽可能排除

时，从r_w到r_x的转换可靠率对数值

其中，如果

则

否则

(2.11)如果

则：

prev₂[r_x]＝r_w

ψ'[r_x]＝ψ₁+ψ'[r_w]

然后，将堆q₂中r_x根据其对应的键值ψ'[r_x]更新堆。并更新τ_up[r_x]和τ_down[r_x]：

τ_up[r_x]＝τ(r_w,r_x)+τ_up[r_w]

τ_down[r_x]＝τ(r_x,r_w)+τ_down[r_w]

其中，τ(r_w,r_x)表示从r_w到r_x的总延迟。下一次执行步骤(2.6)时提取的r_w是这里的r_x。

如果

则跳到步骤(2.6)，直到遍历堆q₂中的路由器，执行步骤(2.12)；

(2.12)从prev₂中提取出从r_v到达r_vir节点的路径，得到由路由器序列构成的预选路径p，具体为：

创建序列p，以r_vir为目标节点，根据prev₂得到r_vir的上一跳路由器prev₂[r_vir]，添加进序列p＝(prev₂[r_vir])中；再从prev₂找到prev₂[r_vir]的上一跳路由器prev₂[prev₂[r_vir]]，添加进当前序列并放在首位p＝(prev₂[prev₂[r_vir]],prev₂[r_vir])；重复根据prev₂查找上一跳路由器添加进当前序列p并放在首位的操作，直到得到的上一跳路由器为prev₁[r_v]为-1，停止循环操作，得到p＝(r_v,…,r_vir)。

然后将r_vir从p中清除掉。

(2.13)计算：

∈_data(p)＝∈_one-way ^η

θ_r(p)＝α·(τ_up[r_vir]+τ_down[r_vir])

其中，∈_one-way表示r_v到达r_vir的RSP的单程丢包率，∈_data(p)表示r_v到达r_vir的在η次重传情况下的RSP丢包率，θ_r(p)表示r_v到r_vir的重传超时时间。

(2.14)将r_vir从G中去除掉。

(2.15)将所计算出的p_rsp＝(p,∈_data(p),θ_r(p))返回给调用者RR向量生成模块。

三、RR通信对生成模块

该模块根据RR向量、RR配置、当前路由器、目的路由器生成弹性路由RR。首先根据RR向量生成模块输出的prev₁搜索得到从r_j到r_k的主路径，并从映射X⁰获取主路径路由器及以其为起点的冗余子路径集合的映射，得到系统的输出Y。步骤如下：

(3.1)从RR向量的prev₁中提取出源路由器r_j到目的路由器r_k之间的主路径p_prim，提取方法为：

创建序列p_prim，以r_k为目标路由器，根据prev₁得到r_k的上一跳路由器prev₁[r_k]，添加进序列p_prim＝(prev₁[r_k])中；再从prev₁找到prev₁[r_k]的上一跳路由器prev₁[prev₁[r_k]]，添加进当前序列并放在首位p_prim＝(prev₁[prev₁[r_k]],prev₁[r_k])；重复根据prev₁查找上一跳路由器添加进当前序列p_prim并放在首位的操作，直到得到的上一跳路由器prev₁[r_j]为-1，停止循环操作且-1不放进序列p_prim；将目标路由器r_k添加进当前序列p_prim并放在末位，p_prim＝(r_j,…,r_k)。

(3.2)根据本模块的输入RR向量(prev₁,X⁰)，以及步骤(3.1)计算出的p_prim，计算本模块的执行结果Y，即所求r_j到达r_k的RR路径，计算方法如下：

首先创建一个空的哈希表记作X＝{}；针对p_prim中的每一个路由器r_p，从X⁰中获取r_p对应的P_rsp(r_p)，X＝X∪{r_p→P_rsp(r_p)|r_p∈p_prim}；最后得到Υ＝(p_prim,X)。

(3.3)将Υ反馈给调用者。

本发明一种实施例的具体实施方案如下：

假设某电网的通信网络拓扑采用标准IEEE 14bus(母线)构建，图2给出了该网络的拓扑结构，假定某个PMU连接到r₁上，PDC连接到r₈上，该拓扑结构定义为G＝(R,L⁰)，n＝14，m＝19。在NDN路由器运行时，将路由器所提供的网络拓扑结构输入到弹性路由生成系统中，假定该拓扑中任意一条链路的延迟和丢包率分别为171μs和2％；RR配置参数如下：η＝3、α＝3、β＝5，D＝50ms；当前路由器为r₁；目的路由器为r₈，则RR的生成过程如下：

首先，“RR向量生成模块”根据上述的RR配置、当前路由器、目的路由器、G生成对应的RR向量，步骤如下：

一、RR向量生成模块

(1.1)初始化五个哈希函数L＝{}、ψ＝{}、φ＝{}、T＝{}和T_prim＝{}；L＝[1.0]_1×n，ψ＝[1.0]_1×n，φ＝[0]_1×n，T_prim＝[0]_1×n，T＝[0]_1×n，然后令L(r₁)＝0，ψ(r₁)＝1，φ(r₁)＝0，T_prim(r₁)＝0，T(r₁)＝0。创建哈希函数X⁰＝{}。

(1.2)创建标准的Fibonacci堆记作q₁，将R中所有路由器添加到q₁中，q₁按照每个路由器所对应的L数值对路由器进行排序，则q₁＝(r₁,r₂,r₃,r₄,r₅,r₆,r₇,r₈,r₉,r₁₀,r₁₁,r₁₂,r₁₃,r₁₄)。同时创建prev₁＝[-1]_1×n。

(1.3)从q₁中提取对应∈中最小丢包率的路由器记作r_u，r_u＝r₁，由于r_u不为空，则继续执行。

(1.4)对于r_u的每一条链路l_uv，如(r₁,r₅)，计算出其对端路由器r₅，由于r₅在q中，则计算出τ^l _max＝(τ(r₁,r₅)-τ_trans(r₁,r₅))×α+τ(r₁,r₅)＝(171-167)×3+171＝179μs；计算出最大允许重传延迟τ_retrans ^max＝D-T[r₁]-τ_prim＝49829μs，其中τ_prim＝171μs。由于τ_prim≥D不成立，则继续执行。

(1.5)将prev₁向量转换为r₁到达r₁的向量X’＝(r₁)，因为prev₁[r₁]＝-1。计算出

(1.6)令变量P_rsp＝()，i_step＝0，此时将G、r_v、X’、

η、α、

τ_prim、τ_retrans ^max传递给RSP路径生成模块，获得预选路径p＝(r₂,r₅,r₁)，由于p非空且不属于P_rsp，则将p_rsp＝{(p＝(r₂,r₅,r₁),∈_data(p)＝0.0000621,τ_down[r_vir]＝342us,θ_r(p)＝716us)}，由于i_step＝0＜β-1＝4，因此将p中的所有链路即{(r₂,r₅),(r₅,r₁)}添加到

则

之后i_step＝i_step+1＝1。继续重复该步骤，直到i_step≥β时终止，这样得到P_rsp＝{(r₂,r₅,r₁),(r₂,r₄,r₅,r₁),(r₂,r₃,r₄,r₉,r₁₄,r₁₃,r₆,r₅,r₁)}。

(1.7)计算

L’＝φ⁰·ψ(r₁)+L(r₁)＝(1.173292e-13)·1+0＝1.173292e-13。

(1.8)因为L’＜L(r₂)＝1.0，则计算

T(r₂)＝T(r₁)+τ(r₁,r₂)+τ(r₁,r₂)·(1+α)+θ_r(p’)·(η-1)+τ_d(p’)＝7617μs，L(r₁)＝1.173292e-13，φ(r₂)＝1.173292e-13，ψ(r₂)＝ψ(r₁)·(1-φ(r₁))＝1，T_prim[r₂]＝171μs，prev₁[r₂]＝r₁。

(1.9)在q₁中更新r₂对应的键值，将X⁰[r₂]＝P_rsp。

(1.10)对于r₁的每一条链路，比照上述步骤(1.4)～(1.9)执行，计算出相关的运算结果，直到遍历r_u的所有输出链路l_uv。

(1.11)跳转至步骤(1.3)执行，计算出相关的运算结果，直到遍历堆q₁中的路由器。

(1.12)最后计算出prev₁＝[-1,r₁,r₄,r₅,r₁,r₅,r₄,r₇,r₄,r₁₁,r₁,r₆,r₆,r₆,r₁₃]，X⁰＝{r₂→(r₂,r₅,r₁),r₃→(r₃,r₂,r₁),r₄→(r₄,r₂,r₁),r₅→(r₅,r₂,r₁),r₆→(r₆,r₁₁,r₁₀,r₉,r₄,r₅),r₇→(r₇,r₉,r₄),r₉→(r₉,r₇,r₄),r₁₀→(r₁₀,r₉,r₄,r₅),r₁₁→(r₁₁,r₁₀,r₉,r₄,r₅),r₁₂→(r₁₂,r₁₃,r₆),r₁₃→(r₁₃,r₁₂,r₆),r₁₄→(r₁₄,r₉,r₄,r₅)}，并将(prev₁,X⁰)赋值到本系统的RR向量中。

二、RSP路径生成模块

在上述RR向量生成模块的步骤(1.6)中，以该步骤的第一次执行为例，RSP路径生成模块的输入参数分别为：G、r_v＝r₂、X’＝(1)、

η＝3、α＝3、

τ_prim＝171μs、τ_retrans ^max＝49829μs，执行步骤如下：

(2.1)由于r_v,s是X’中每一点，因而r_vir连接到的是{r₁}(如图2所示)，相关的连接延迟和丢包率均为0，添加方式如下：G＝G∪{l＝(r_v,s,r_vir)|x_s∈X'}；同时计算n’＝|R|+1＝15。

(2.2)创建ψ’＝[-∞]_1×n’，φ’＝[-∞]_1×n’，τ_up＝{}，τ_down＝{}。

(2.3)因为r_v＝r₂，所以φ’(r₂)＝0，ψ’(r₂)＝0，τ_up[r₂]＝0，τ_down[r₂]＝0，prev₂＝[-1]_1×n’，∈_expell＝-1.118815，其中C＝3。

(2.4)q₂初始化为一个标准的Fibonacci堆，堆的键值为ψ’中的数值。然后，将R中的每个元素推入到q₂中，此时|q₂|＝15。

(2.5)由于此时|q₂|＝15＞0，继续执行。

(2.6)从q₂中拉出来一个元素记作r_w。例如在第一次循环时，r_w＝r₂，对于r_w的每个出口链路l_wx，循环执行步骤(2.7)到(2.11)直到|q|≤0为止。

(2.7)获得l_wx上r_w的对端节点r_x，例如在第一次循环时，r_x＝r₃，此时由于

并且r₂包括在q₂中，则继续执行。

(2.8)计算τ_up’、τ_down’、θ_retrans’、τ_retrans’，例如在一次循环时，计算τ_up’＝171μs，τ_down’＝171μs，θ_retrans’＝358μs，τ_retrans’＝1237μs。由于τ_retrans’≤τ_retrans ^max，则继续执行。

(2.9)计算ψ₁，例如在第一次循环时，计算ψ₁＝log((1-∈(r₂,r₃))(1-∈(r₂,r₃)))＝-0.0404054。

(2.10)计算

例如在第一次循环时，由于

则

计算

(2.11)计算prev₂[r_x]、φ’[r_x]、ψ’[r_x]、τ_up[r_x]、τ_down[r_x]数值，因为

则prev₂[r₃]＝r₂，φ’[r₃]＝-0.0404054，ψ’[r₃]＝ψ₁+ψ[r₂]＝-0.0404054，将q₂中根据r₃对应的键值更新堆。τ_up[r₃]＝τ(r₂,r₃)+τ_up[r₂]＝171μs，τ_down[r₃]＝τ(r₃,r₂)+τ_down[r₂]＝171μs。

(2.12)从prev₂中提取出r₂到达r_vir节点的路径p＝(r₂,r₅,r₁)。

(2.13)计算∈_one-way＝0.077632，∈_data(p)＝0.0004679，θ_r(p)＝α·(τ_up[r_vir]+τ_down[r_vir])＝716μs。

(2.14)将r_vir从G中去除掉。

(2.15)计算出的结果p_rsp＝(p＝(r₂,r₅,r₁),∈_data(p)＝0.0000621,τ_down[r_vir]＝342μs,θ_r(p)＝716μs)返回给调用者。

三、RR通信对生成模块

假定RR向量、RR配置与上述的RR向量生成模块输入相同，源路由器为r_j＝r₁，目的路由器r_k＝r₈，则RR生成步骤如下：

(3.1)从prev₃中提取出r₁到r₈之间的路径，p_prim＝(r₁,r₅,r₄,r₇,r₈)。

(3.2)计算得出r₁到r₈的RR路径Υ：

Υ＝(p_prim＝(r₁,r₅,r₄,r₇,r₈),X＝{{r₅→{(r₅,r₂,r₁),(r₅,r₄,r₂,r₁),(r₅,r₆,r₁₁,r₁₀,r₉,r₄,r₃,r₂,r₁)},{r₄→{(r₄,r₂,r₁),(r₄,r₃,r₂,r₅),(r₄,r₉,r₁₄,r₁₃,r₆,r₅),(r₄,r₇,r₉,r₁₀,r₁₁,r₆,r₅)}},{r₇→{(r₇,r₉,r₄),(r₇,r₉,r₁₀,r₁₁,r₆,r₅)}}})。

(3.3)此时Υ的最大数据交付延迟为τ[r_k]＝18937μs，满足最大延迟D＝50ms的需求，将Υ反馈给调用者。

Claims (8)

1.一种针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于，包括弹性路由向量生成模块、RR通信对生成模块和RSP路径生成模块；弹性路由生成系统的输入包括网络拓扑、RR配置、当前路由器r_j和目的路由器r_k，输出为由r_j到r_k的弹性路由Υ，包括从r_j到r_k的主路径p_prim和以主路径路由器为起点的冗余子路径集合与对应起点的映射X；所述RR配置包括最大重传次数η、偏离系数α、单个路由器的最大冗余子路径数量β、端到端的最大容许延迟D；所述偏离系数α为每个路由器节点上数据包到达时的最大排队时间和最大处理时间之和；所述网络拓扑G包括路由器集合R和链路集合L⁰；

所述弹性路由向量生成模块根据输入的网络拓扑、RR配置和当前路由器，得到中间计算结果并和网络拓扑、最大重传次数、偏离系数一起发送给RR通信对生成模块获得冗余子路径的预选路径p，最后生成当前路由器对应的RR向量，包括记录前一跳路由器的序列prev₁和符合要求的路由器与以其为起点的冗余子路径集合的映射X⁰；所述中间计算结果包括候选冗余子路径起点r_v、路径序列X’、路径序列链路集合

历史生成的冗余子路径链路集合

当前主路径链路最大延迟

当前主路径总延迟τ_prim和当前主路径最大允许重传延迟τ_retrans ^max；

所述RSP路径生成模块根据弹性路由向量生成模块提供的网络拓扑、最大重传次数、偏离系数和中间计算结果，生成源路由器节点达到目的路由器节点集合中所有节点的一个最大非交叠路径，作为预选路径p；

所述RR通信对生成模块根据输入的RR配置、当前路由器、目的路由器和弹性路由向量生成模块生成的RR向量，输出Υ，生成弹性路由，包括以下步骤：

(3.1)以r_k为目标路由器，从弹性路由向量生成模块输出的RR向量的prev₁中，重复搜索上一跳路由器直到prev₁[r_j]＝-1，得到从r_j到r_k路由器序列为主路径p_prim；

(3.2)创建哈希表X＝{}，针对步骤(3.1)得到的p_prim中的每一个路由器r_p，从弹性路由向量生成模块输出的RR向量的X⁰中获取r_p对应的P_rsp(r_p)，将每次获得的P_rsp(r_p)放入X中；

(3.3)输出Υ＝{p_prim,X}。

2.如权利要求1所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于，所述弹性路由向量生成模块具体为：

(a1)将网络中的路由器都添加到堆q₁中；遍历堆q₁中的路由器，每次取出当前堆q₁中当前最小丢包率L最小的路由器r_u；

(a2)针对步骤(a1)提取的r_u的输出链路l_uv，得到l_uv上与r_u对端的路由器r_v；遍历与r_u对端的路由器r_v，根据prev₁搜索得到所有从r_j到r_u的路径序列，并将r_v作为r_u下一路径节点，得到当前主路径；其中，每个主路径的总延迟τ_prim不能超过端到端的最大容许延迟D，其中prev₁记录每个路由器的前一跳路由器；

(a3)针对每个主路径，调用RSP路径生成模块得到以r_v为起点的冗余子路径集合P_rsp；其中，P_rsp中的冗余子路径不超过β个且尽量不交叠；增加冗余子路径后应使r_v的当前最小丢包率变小；

(a4)最终得到更新后的prev₁和符合要求的路由器与以其为起点的冗余子路径集合的映射X⁰，构成RR向量。

3.如权利要求2所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于，所述RSP路径生成模块具体为：

(b1)在网络中添加一个虚假路由器r_vir，令r_vir双向连接到X'中的每个点r_v,s，连接延迟和丢包率均为0；将当前网络中的路由器都推入堆q₂中；遍历堆q₂中的路由器，每次从当前堆q₂中取出ψ'值最小的路由器r_w；

(b2)遍历步骤(b1)提取的r_w的输出链路l_wx及对端节点r_x；以可靠率对数值应尽可能大为条件，从中选取冗余子路径链路及节点；其中，冗余子路径不能经过主路径中的链路，选取的冗余子路径链路不能使节点的重传延迟超过最大允许重传延迟；选取的冗余子路径链路应使节点的可靠率对数值变大；当某链路被重复考虑作为冗余子路径链路时，通过令该链路的可靠率对数值最小，尽可能避免冗余子路径交叠；

(b3)prev₂根据步骤(b2)选取冗余子路径链路及节点记录前一跳路由器，根据prev₂搜索得到从r_v到r_vir的路由器序列，r_v通过r_vir可以到达X'中的任意节点；然后剔除r_vir得到预选路径p；

(b4)最后将预选路径p及在η次重传情况下的冗余子路径丢包率∈_data和重传超时时间θ_r(p)反馈给弹性路由向量生成模块。

4.如权利要求3所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于，所述RR通信对生成模块具体为：根据弹性路由向量生成模块输出的prev₁搜索得到从r_j到r_k的主路径，并从映射X⁰获取主路径路由器及以其为起点的冗余子路径集合的映射，得到系统的输出Y。

5.如权利要求4所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于，所述弹性路由向量生成模块具体通过以下步骤实现：

(1.1)创建哈希函数：L[r_i]为r_i的当前最小丢包率，ψ[r_i]为r_i的RR丢包率，φ[r_i]为考虑多条重传路径时主路径中r_i的上游路由器到r_i的丢包率最大估计值，T_prim[r_i]为r_i的主路径延迟，T[r_i]表示r_i的RR延迟；P_rsp(r_i)为以r_i为起点的冗余子路径的集合，X⁰为当前主路径上r_i与P_rsp(r_i)的映射；prev₁[r_i]记录r_i的前一跳路由器；其中r_i是R中第i个路由器，i＝1～n，n为路由器数量；

(1.2)初始化：L＝[1.0]_1×n，ψ＝[1.0]_1×n，φ＝[0]_1×n，T_prim＝[0]_1×n，T＝[0]_1×n；prev₁＝[-1]_1×n；其中，令L[r_j]＝0，ψ[r_j]＝1，φ[r_j]＝0，T_prim[r_j]＝0，T[r_j]＝0；

(1.3)将r_i∈R都添加到堆q₁中；

(1.4)取出当前堆q₁中L最小的路由器r_u；

(1.5)针对步骤(1.4)提取的r_u的输出链路l_uv，得到l_uv上与r_u对端的路由器r_v；

(1.6)如果步骤(1.5)得到的r_v不在当前堆q₁中，则跳转到步骤(1.5)计算下一输出链路对应的r_v，直到遍历r_u的所有输出链路l_uv，跳到步骤(1.17)；

(1.7)计算当前主路径的链路最大延迟

总延迟τ_prim、最大允许重传延迟τ_retrans ^max；

(1.8)如果τ_prim≥D，则跳转至步骤(1.5)计算另一条l_uv对应的r_v，直到遍历r_u的所有输出链路，跳到步骤(1.17)；

(1.9)以r_u为目标路由器，根据prev₁重复搜索上一跳路由器，得到从r_j到r_u的路径序列X’；定义

为X’中所有链路的集合；

(1.10)令i_step＝0用于计步，初始化集合

循环执行如下子步骤：

(1.10.1)如果i_step≥β，则终止循环，执行步骤(1.11)；

(1.10.2)调用RSP路径生成模块，将当前的G、r_v、X’、

η、α、

τ_prim、τ_retrans ^max作为参数传递给RSP路径生成模块，获得RSP路径生成模块反馈的预选路径p；

(1.10.3)如果步骤(1.10.2)得到的p为空或者属于当前的冗余子路径集合P_rsp，则终止循环，执行步骤(1.11)；

(1.10.4)将步骤(1.10.2)得到的p添加到P_rsp中；

(1.10.5)如果i_step＜β-1，则将步骤(1.10.2)得到的p中的所有链路添加到集合

中；

(1.10.6)令i_step＝i_step+1，跳到步骤(1.10.1)进入下一循环；

(1.11)计算r_v作为X’的下一个路径节点时的当前最小丢包率L’：

(1.12)如果L’＜L[r_v]，则更新T[r_v]、L[r_v]、φ[r_v]、ψ[r_v]、T_prim[r_v]、T_prim[r_v]，并记r_u为r_v的上一跳路由器；如果L’≥L[r_v]，则跳到步骤(1.4)，直到遍历堆q₁中的路由器，执行步骤(1.18)；

(1.13)令X⁰[r_v]＝P_rsp；然后跳转至步骤(1.5)计算另一条输出链路对应的r_v，直到遍历r_u的所有输出链路l_uv；

(1.17)跳到步骤(1.4)，直到遍历堆q₁中的路由器，执行步骤(1.18)；

(1.18)将计算结果(prev₁,X⁰)存放在RR向量中。

6.如权利要求5所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于，所述RSP路径生成模块具体通过以下步骤实现：

(2.1)在网络中添加一个虚假路由器r_vir，令r_vir双向连接到X'中的每个点r_v,s，连接延迟和丢包率均为0，当前网络中路由器的数量n’＝n+1；

(2.2)创建哈希函数：ψ'表示在考虑尽可能排除

条件下当前冗余子路径的数据包传输成功率对数值，φ'表示当前真实情况下的冗余子路径的数据包传输成功率对数值；τ_up和τ_down分别记录各路由器节点上游和下游路径的转发延迟；θ_retrans记录各路由器节点的重传超时时间；prev₂记录前一跳路由器；

(2.3)初始化：ψ'＝[-∞]_1×n’，φ'＝[-∞]_1×n’，τ_up＝{}，τ_down＝{}，θ_retrans＝[0]_1×n’，prev₂＝[-1]_1×n’；其中，令φ'[r_v]＝0，ψ'[r_v]＝0，τ_up[r_v]＝0，τ_down[r_v]＝0；

(2.4)将当前网络中的路由器都推入堆q₂中；如果当前堆q₂中路由器的个数|q₂|≤0，则跳转至步骤(2.10)；

(2.5)从当前堆q₂中取出ψ'值最小的路由器r_w；

(2.6)获得r_w的出口链路l_wx上的对端节点r_x；如果l_wx∈

或者r_x不属于当前堆q₂，则跳到步骤(2.5)直接进入下一个循环；

(2.7)计算当前冗余子路径的上行延迟τ_up’、下行延迟τ_down’、当前路由器节点重传超时时间θ_retrans’和重传延迟τ_retrans’；如果τ_retrans’＞τ_retrans ^max，则跳转至步骤(2.5)，直到遍历堆q₂中的路由器；

(2.8)计算真实情况下从r_w到r_x的真实可靠率对数值ψ₁，和尽可能排除

时从r_w到r_x的转换可靠率对数值

(2.9)如果

则更新φ'[r_x]、ψ'[r_x]、τ_up[r_x]、τ_down[r_x]，并记r_w为r_x的上一跳路由器；如果

则跳到步骤(2.5)，直到遍历堆q₂中的路由器，执行步骤(2.10)；

(2.10)以r_vir为目标路由器，根据prev₂重复搜索上一跳路由器，得到从r_v到r_vir的路由器序列(r_v,…,r_vir)；然后剔除r_vir得到预选路径p；

(2.11)计算r_v到达r_vir的在η次重传情况下的冗余子路径丢包率∈_data和重传超时时间θ_r(p)；然后将r_vir从G中剔除；最后将(p,∈_data(p),θ_r(p))反馈给弹性路由向量生成模块。

7.如权利要求6所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于：

步骤(1.3)中，堆q₁为斐波那契堆，用于根据L[r_i]的值将路由器从小到大排序；且排序与L[r_i]的值同步更新；

步骤(1.7)中：

当前主路径的链路最大延迟

当前主路径的总延迟τ_prim：

τ_prim＝T_prim[r_u]+τ(r_u,r_v)

当前的主路径选择下，最大允许重传延迟τ_retrans ^max：

τ_retrans ^max＝D-T[r_u]-τ_prim

其中，τ(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的总延迟，总延迟为传输延迟、处理延迟和排队延迟之和；τ_trans(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的传输延迟；

步骤(1.9)中，prev₁[r_j]＝-1；

步骤(1.11)中，r_v作为X’的下一个路径节点时的当前最小丢包率L’：

L’＝φ⁰·ψ[r_u]+L[r_u]

其中，∈(r_u,r_v)表示从r_u到r_v的丢包率，∈_data(p)是预选路径p的丢包率；

步骤(1.12)更新参数如下：

T[r_v]＝T[r_u]+τ(r_u,r_v)+τ(r_u,r_v)·(1+α)+θ_r(p’)·(η-1)+τ_d(p’)

L[r_v]＝L’

φ[r_v]＝φ⁰

ψ[r_v]＝ψ[r_u]·(1-φ[r_u])

T_prim[r_v]＝τ_prim

prev₁[r_v]＝r_u

其中，p’表示集合P_rsp中重传超时时间最小的预选路径，θ_r(p’)表示p’的重传超时时间，τ_d(p’)表示p’的下行总延迟。

8.如权利要求7所述针对电网广域相位测量系统可靠通信的弹性路由RR生成系统，其特征在于：

步骤(2.4)中，堆q₂为斐波那契堆，用于根据ψ'[r_i]的值将路由器从小到大排序；且排序与ψ'[r_i]的值同步更新；

步骤(2.8)中：

当前冗余子路径的上行延迟τ_up’和下行延迟τ_down’：

τ_up’＝τ(r_w,r_x)+τ_up[r_w]

τ_down’＝τ(r_x,r_w)+τ_down[r_w]

当前的路由器节点重传超时时间θ_retrans’：

θ_retrans’＝θ_retrans[r_w]+(τ_queue(l_wx)+τ_process(l_wx))×α+τ_trans(l_wx)

当前的路由器节点的重传延迟τ_retrans’：

τ_retrans’＝τ^l _max+τ_prim+θ_retrans’×(η-1)+τ_down’

其中，τ_queue(l_wx)、τ_pro_cess(l_wx)分别表示r_w到r_x的排队延迟和处理延迟；

步骤(2.9)中，真实可靠率对数值ψ₁和转换可靠率对数值

ψ₁＝log((1-∈(r_w,r_x))(1-∈(r_x,r_w)))

其中，如果

则

否则

∈_expell为当前网络中的最小链路可靠率对数值：

其中，L⁰包括步骤(2.1)新加入的链路l＝(r_v,s,r_vir)，l_z是L⁰中第z个链路；∈(l_z)表示路径l_z的丢包率，C为大于1的常量；

步骤(2.11)更新参数如下：

prev₂[r_x]＝r_w

ψ'[r_x]＝ψ₁+ψ'[r_w]

τ_up[r_x]＝τ(r_w,r_x)+τ_up[r_w]

τ_down[r_x]＝τ(r_x,r_w)+τ_down[r_w]

步骤(2.12)中prev₂[r_v]＝-1；

步骤(2.13)中，冗余子路径丢包率∈_data和重传超时时间θ_r(p)：

∈_data(p)＝∈_one-way ^η

θ_r(p)＝α·(τ_up[r_vir]+τ_down[r_vir])

其中，∈_one-way表示r_v到达r_vir的冗余子路径的单程丢包率。

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