CN113868813A - 电力信息系统的性能评估方法、电子设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电力信息系统的性能评估方法、电子设备和存储介质,方法包括:获取电力信息系统的网络拓扑信息;获取通信节点的节点描述信息,节点描述信息中通信参数的大小是基于通信参数的分布模型确定的;对通信节点的节点描述信息与网络拓扑信息进行融合处理,得到电力信息系统的系统模型;在系统模型中,搜索多个通信节点中的源节点至多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据路径上通信节点的通信参数确定路径的通信参数;根据源节点至汇节点之间的路径及路径的通信参数,生成源节点至汇节点之间的性能评估结果。能够更准确、高效的确定电力信息系统的性能。
Description
技术领域
本申请涉及智能电网技术领域,尤其涉及一种电力信息系统的性能评估方法、电子设备和存储介质。
背景技术
随着智能电网战略的推进,现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术大量涌入电力系统建设的浪潮中,数据采集和监控系统(SCADA),能量管理系统(EMS),广域测量系统(WAMS)等电力信息系统的建设也更加完善,使得电力系统得以更可靠、安全、高效、经济的方式运行。电力信息系统肩负着监测和控制电力系统的重任,信息作为电力信息系统分析与决策的基石,其重要程度不言而喻。电力信息系统依托通信网络进行信息传输,而信息传输是一个较为复杂的过程,仅靠简单的运行/失效二态可靠性模型以及拓扑联通性难以对其进行准确描述,因此目前对电力信息系统进行性能评估时的准确性不够高。
发明内容
本申请提供了一种电力信息系统的性能评估方法、电子设备和存储介质,能够更准确、高效的确定电力信息系统的性能。
第一方面,本申请实施例提供了一种电力信息系统的性能评估方法,其特征在于,包括:
获取电力信息系统的网络拓扑信息,所述网络拓扑信息用于指示所述电力信息系统中的多个通信节点之间的物理连接关系;
获取所述通信节点的节点描述信息,所述节点描述信息包括所述通信节点的若干通信参数,所述通信参数的大小是基于所述通信参数的分布模型确定的;
对所述通信节点的节点描述信息与所述网络拓扑信息进行融合处理,得到所述电力信息系统的系统模型;
在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数;
根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果。
第二方面,本申请实施例提供了一种电子设备,包括存储器和处理器;
所述存储器用于存储计算机程序;
所述处理器,用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时,实现前述的电力信息系统的性能评估方法的步骤。
第三方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现上述的方法的步骤。
本申请实施例提供了一种电力信息系统的性能评估方法、电子设备和存储介质,通过获取电力信息系统的网络拓扑信息和系统中通信节点的节点描述信息,进行融合处理得到电力信息系统的系统模型;在系统模型中搜索源节点至汇节点之间的路径,及根据路径上通信节点的通信参数确定路径的通信参数;根据源节点至汇节点之间的路径及路径的通信参数,生成源节点至汇节点之间的性能评估结果,系统模型既可以体现系统的网络拓扑结构,又可以精细刻画电力信息系统的传输特性,如丢包、时延、误码等;以及根据源节点至汇节点之间的路径及路径的通信参数,确定性能评估结果,能够更准确、高效的确定电力信息系统的性能。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请实施例的公开内容。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种电力信息系统的性能评估方法的流程示意图;
图2是一实施方式中性能评估方法的场景示意图;
图3是一实施方式中性能评估方法的流程示意图;
图4是一实施方式中电力信息系统的拓扑示意图;
图5至图7是节点的性能变化时系统通信可用度的示意图;
图8是设备故障率变化时系统通信可用度的示意图;
图9是本申请实施例提供的一种电子设备的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明,不是必须包括所有的内容和操作/步骤,也不是必须按所描述的顺序执行。例如,有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并,因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
下面结合附图,对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1,图1是本申请实施例提供的一种电力信息系统的性能评估方法的流程示意图。所述性能评估方法可以应用在电子设备中,用于对电力信息系统的性能进行评估等过程。
在一些实施方式中,电子设备可以为终端设备或服务器,其中终端设备例如包括手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理;服务器可以为独立的服务器或者为服务器集群。
举例而言,请参阅图2,服务器获取终端设备发送的电力信息系统的相关信息,根据所述相关信息对所述电力信息系统的性能进行评估,以及将评估的结果发送给终端设备。当然本申请实施例的性能评估方法也不限于此场景。
目前有通信网络性能,如可靠性的评估方法采用随机流网络(Stochastic-FlowNetwork)模型进行评估,随机流网络是考虑系统内元件具有多种流量约束模态的网络模型。元件的流量约束等效为离散型随机变量并服从已知的分布律,进而划分出多种流量约束模态。随机流网络模型采用对系统元件的多模态划分来表述通信网络中网络阻塞、元件降级等现象。随机流网络的可靠性是以网络传输的关键信息满足终端信息流量需求的概率来评价的。随机流网络应用于评估通信网络可靠性时,以信息流的方式看待通信网络中的数据传输,一定程度上反映了系统性能。然而,该种方法对通信网络的传输特性的挖掘纵深不足,仅以流量大小这一单一指标来衡量网络中的流量,不能很好地囊括电力信息系统中的传输质量问题。
针对随机流网络模型的以上缺点,本申请的发明人提出一种新的电力信息系统的性能评估方法,使得性能评估过程中还可以考虑设备的运行状态特性、丢包、时延、误码等特性中的至少一种。在一些实施方式中,可以根据通信节点的多属性模型,从整体的视角构建电力信息系统的通信传输模型,以更全面的评估电力信息系统的性能。
如图1所示,本申请实施例的性能评估方法包括步骤S110至步骤S130。
S110、获取电力信息系统的网络拓扑信息,所述网络拓扑信息用于指示所述电力信息系统中的多个通信节点之间的物理连接关系。
在一些实施方式中,将电力信息系统中的设备,如合并单元(Merging Unit,MU)、监控中心服务器、断路器、智能操作箱、路由器、交换机等中的一种或多种设备抽象为通信节点,设备间的物理连接关系抽象为边,形成连通图。其中,合并单元负责将采集到的基本电气量加以数字化传输;监控中心服务器是采集网络中信息的终端,信息层面上具有吸收流量的特性;断路器、智能操作箱等设备,是控制网络的信息终端,信息层面上同样具有吸收流量的特性。
示例性的,可以将电力信息系统中的通信链路也抽象为通信节点,可以引入通信链路的传输特性对电力信息系统的性能的影响;在该连通图中,边仅是物理连接关系的抽象映射,其自身不存在任何属性。
在一些实施方式中,采用邻接矩阵对连通图的拓扑连接关系进行描述,当然也不限于此。
示例性的,所述网络拓扑信息包括所述电力信息系统对应的邻接矩阵,所述邻接矩阵中的非零元素用于指示所述非零元素对应的两个通信节点之间存在连接。举例而言,以邻接矩阵M表示电力信息系统的网络拓扑信息,邻接矩阵M可以为0-1矩阵,当邻接矩阵中的元素mij=1时表示通信节点i与通信节点j之间存在连接关系。
S120、获取所述通信节点的节点描述信息,所述节点描述信息包括所述通信节点的若干通信参数,所述通信参数的大小是基于所述通信参数的分布模型确定的。
节点描述信息,可以称为节点模型,节点模型可以用一种或多种通信参数描述,可以理解的,每种通信参数的值会对通过该节点的流量的某种属性的评价指标造成影响。可选的,每种通信参数的状态是随机的,即通信参数在多次抽样时的大小不同。具体的,可以根据预设的通信参数的分布模型确定通信参数的大小。
在一些实施方式中,所述节点描述信息包括多元向量,所述向量中的每个元素用于指示所述通信节点的一种通信参数的大小。
示例性的,所述若干通信参数包括以下至少一种:运行参数,丢包参数,时延参数,误码参数,当然也不限于此。
示例性的,通信节点i可以用一个4元向量表示:
Vi=[Oi,Ci,Di,Ei]
其中,运行参数Oi用于指示通信节点的运行状态,丢包参数Ci用于指示通信节点的丢包率,时延参数Di用于指示通信节点的时延大小,误码参数Ei用于指示通信节点的误码率。
举例而言,Oi=0时,通信节点i为故障状态,Oi=1时,通信节点i为正常运行状态,当通信节点i为正常运行状态时,信息流才可能通过该节点。可选的,当Oi=0时,通信节点i的节点描述信息Vi=0,即任何信息流都不能通过该通信节点i。可以确定,运行参数Oi会影响网络的拓扑结构,丢包参数Ci,时延参数Di,误码参数Ei等则可以用于表征传输质量对流量的影响。
在一些实施方式中,所述获取所述通信节点的节点描述信息,包括以下至少一种:
基于所述通信节点的运行模型、确定所述节点描述信息中运行参数的大小;
基于所述通信节点的丢包模型、确定所述节点描述信息中丢包参数的大小;
基于所述通信节点的时延模型、确定所述节点描述信息中时延参数的大小;
基于所述通信节点的误码模型、确定所述节点描述信息中误码参数的大小。
示例性的,通信节点的运行模型可以包括但不限于以下模型:马尔科夫模型(如二态马尔科夫模型、多态马尔科夫模型、隐马尔科夫模型、半马尔科夫模型、隐式半马尔科夫模型等)、指数模型、恒定故障率模型、威布尔分布模型、正态分布模型和对数正态分布模型。优选的,运行模型为马尔科夫模型或正态分布模型,可以较好的模拟实际情况。
示例性的,通信节点的丢包模型可以包括但不限于以下模型:Gilbert Elliot丢包模型、伯努利模型、多态马尔科夫模型。优选的,丢包模型为Gilbert Elliot丢包模型或伯努利模型,可以较好的模拟实际情况。
示例性的,通信节点的时延模型可以包括但不限于以下模型:常量模型、正态分布模型、均匀分布模型、M/M/1排队模型、M/D/1排队模型、分组时延分布模型、泊松分布模型、指数分布模型、帕累托分布模型。优选的,时延模型为均匀分布模型或正态分布模型,可以较好的模拟实际情况。
示例性的,通信节点的误码模型可以包括但不限于以下模型:泊松分布模型、二项分布模型、负二项分布模型、对数正态分布模型。优选的,误码模型为二项分布模型或正态分布模型,可以较好的模拟实际情况。
示例性的,对于运行参数(或可称为运行状态)和丢包参数的抽样,可以根据元件的稳态概率对区间[0,1]进行划分,然后生成一个[0,1]之间服从均匀分布的随机数rand,根据rand所落于[0,1]之间的子区间确定运行参数和丢包参数。时延参数和误码参数的抽样则可采用逆变换抽样法使均匀分布的随机变量映射为满足正态分布或泊松分布的随机变量。
S130、对所述通信节点的节点描述信息与所述网络拓扑信息进行融合处理,得到所述电力信息系统的系统模型。
融合网络拓扑信息和通信节点的节点描述信息的系统模型可以完整体现电力信息系统的网络拓扑和网络拓扑中各节点的网络性能。
在一些实施方式中,所述对所述通信节点的节点描述信息与所述网络拓扑信息进行融合处理,得到所述电力信息系统的系统模型,包括:将所述邻接矩阵中的非零元素替换为目标通信节点对应的多元向量,得到所述电力信息系统的传输矩阵。
其中,所述目标通信节点为所述非零元素对应的两个通信节点中发送数据的通信节点。通过定义传输矩阵表征电力信息系统的系统模型,电力信息系统的网络拓扑结构及节点的属性均涵盖在该传输矩阵中。
如前所述,邻接矩阵中的元素mij不为零时表示通信节点i与通信节点j之间存在连接关系。非零元素mij对应的两个通信节点中发送数据的通信节点可以为通信节点i。
示例性的,以通信节点i的多元向量Vi替换邻接矩阵M的第i行中不为零的元素,即可得到传输矩阵T,传输矩阵T中的元素Tij表征信息流向从通信节点i到通信节点j的过程中,信息流受到通信节点i的影响。网络拓扑结构及通信节点的特性均已涵盖至传输矩阵T中,得到电力信息系统的系统模型。
S140、在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数。
在一些实施方式中,根据用户的操作确定所述多个通信节点中的若干通信节点为源节点,即输出信息流的通信节点,以及根据用户的操作确定所述多个通信节点中的若干通信节点为汇节点,即汇聚信息流的通信节点。在另一些实施方式中,可以基于预设的源汇确定规则,在所述多个通信节点中确定源节点和汇节点,例如确定其中一个合并单元为通信节点,确定一个监控中心服务器为汇节点,当然也不限于此。
根据源节点与汇节点之间的各路径的通信参数可以确定源节点与汇节点之间的性能,如可靠性。在一些实施方式中,源节点与汇节点之间的可靠性可以描述为:源节点与汇节点之间是否存在一条路径,使得汇节点接收到的流量的各项属性皆在系统可接受的阈值范围内。汇节点接收到的流量的属性可以用源节点与汇节点之间的各路径的通信参数指示,可以理解的,汇节点接收到的流量的属性由信息流在路径上各通信节点中传输时的通信参数确定,根据累计路径上通信节点的通信参数,可以确定所述路径的通信参数。
示例性的,某路径包括通信节点1、通信节点2、通信节点3,该路径的运行参数可以根据三个通信节点各自的运行参数相乘得到,该路径的丢包参数可以根据三个通信节点各自的丢包率相乘得到,该路径的时延参数可以根据三个通信节点各自的时延参数相加得到,该路径的误码参数可以根据三个通信节点各自的误码率相加得到,当然也不限于此。
S150、根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果。
在一些实施方式中,所述根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果,包括:根据所述源节点至所述汇节点之间的路径的通信参数和所述通信参数对应的路径参数阈值,确定所述路径是否满足预设条件。
示例性的,若所述路径的丢包参数Ccum、时延参数Dcum、误码参数Ecum均小于对应的路径参数阈值,如丢包阈值C0、时延阈值D0、误码阈值E0,可以确定所述汇节点能够接收到满足多属性指标要求的流量。
确定所述路径满足预设条件,为有效路径;若所述路径的丢包参数Ccum、时延参数Dcum、误码参数Ecum中的任一项超过了对应的路径参数阈值,如丢包阈值C0、时延阈值D0、误码阈值E0,确定所述路径不满足预设条件,为无效路径。
示例性的,当所述系统模型中,所述源节点至所述汇节点之间,有预设数目或预设比例的路径满足预设条件时,确定所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信有效。举例而言,若所述源节点至所述汇节点之间有路径为有效路径时,确定所述源节点至所述汇节点之间的通信有效。可以理解的,所述源节点至所述汇节点之间的可靠性可以定义为所述源节点至所述汇节点之间,是否有预设数目或预设比例的路径满足预设条件。
在一些实施方式中,所述源节点至所述汇节点之间的可靠性可以定义为汇节点接收到满足多属性指标要求的流量的概率,即电力信息系统的可用度,具体可以根据所述源节点至所述汇节点之间的通信有效的概率确定。
示例性的,当源节点发往汇节点的流量经过网络传输后,其各项属性的评价指标,如丢包、时延、误码均不低于汇节点所要求的最低值的概率达到概率阈值,如99%,则认为当前网络状态下,源节点与汇节点之间传输是可靠的。
示例性的,所述根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果,还包括:根据多个所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信是否有效,确定所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信可用度;其中多个所述系统模型中不同的系统模型,至少有一种所述通信参数的大小不同。
示例性的,在每次基于所述通信参数的分布模型确定每个所述通信节点的通信参数的大小,即对通信节点的通信参数进行抽样之后,确定该通信参数大小的系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信是否有效;例如经过Ysim次抽样后,其中有Yij次抽样的系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信状态不是通信有效,即有Yij次抽样的系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信是失效或失败的,则所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信可用度Aij可以表示为:
在一些实施方式中,可以通过基于传输矩阵的有效路径搜索算法,确定特定大小通信参数的系统模型中,所关注的源节点与汇节点之间是否存在一条有效的传输路径,使得汇节点接收到的流量的各项属性皆在系统可接受的阈值范围内。
在一些实施方式中,当有多个源节点和/或多个汇节点时,所述系统模型的性能包括每个源节点与相应的汇节点之间的通信可靠性,如通信可用度的集合。
在一些实施方式中,所述在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,包括:基于深度优先遍历(Depth FirstSearch)规则,在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,可以快速、准确的确定系统模型中的源节点至汇节点之间的路径。当然确定路径的方式也不限于此。
在一些实施方式中,可以通过对所述电力信息系统的传输矩阵进行搜索,确定源节点至汇节点之间的路径,以及累计路径上通信节点的通信参数得到所述路径的通信参数。
示例性的,所述电力信息系统的传输矩阵为Tn×n,n表示电力信息系统中通信节点的数量。举例而言,源节点的标识为srcNode,源节点可以作为初始搜索节点,汇节点的标识为sinkNode。
示例性的,建立栈STACK,用于存放通信节点的标识。栈又名堆栈,是一种运算受限的线性表,限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。一端称为栈顶,另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈,是把新元素放到栈顶元素的上面,使之成为新的栈顶元素;从一个栈删除元素又称作出栈或退栈,它是把栈顶元素删除掉,使其相邻的元素成为新的栈顶元素,该新的栈顶元素可以称为删除掉的栈顶元素的父栈顶元素。
示例性的,定义所述栈空间中栈顶的标识对应的通信节点为栈顶节点。
所述在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数,包括以下步骤S141至步骤S145。
S141、将所述源节点的标识入栈至预设的栈空间。
举例而言,标记源节点的标识srcNode,并将其入栈,这时的栈顶节点为源节点。还可以将源节点加入路径,作为路径的起始节点。
S142、重复执行:在所述传输矩阵中搜索栈顶节点所在行的第一个非零元素,将所述非零元素所在列的通信节点的标识入栈至所述栈空间,以及将所述所在列的通信节点加入所述路径,和累计所述通信节点的通信参数;直至所述汇节点的标识入栈或所述栈顶节点所在行的非零元素均已被搜索时,执行步骤S143。
示例性的,在传输矩阵Tn×n中找到栈顶节点所在行的第一个非零元素,将该元素所在列的通信节点加入源节点出发的路径,以及将表征该元素所在列的通信节点的标识imdNode入栈,该元素所在列的通信节点称为新的栈顶元素。然后在所述传输矩阵中搜索栈顶元素imdNode对应的栈顶节点所在行的第一个非零元素,即重复执行步骤S142。
传输矩阵中的非零元素可以用于指示信息流从所在行对应的通信节点向所在列对应的通信节点传输过程中,所在行对应的通信节点的若干通信参数。示例性的,在将通信节点加入路径时,将所述通信节点的通信参数累计到所述路径的通信参数中,例如累乘所述路径上通信节点的丢包参数得到所述路径的丢包参数,累加所述路径上通信节点的时延参数得到所述路径的时延参数,累加所述路径上通信节点的误码参数得到所述路径的误码参数。
S143、当所述汇节点的标识入栈时,输出所述源节点至所述汇节点之间的路径,及所述路径上累计的通信参数;当所述栈顶节点所在行的非零元素均已被搜索,将所述栈顶节点的标识出栈,得到所述栈顶节点的父栈顶节点。
示例性的,当所述汇节点的标识入栈,表示所述路径搜索到了汇节点,累计的通信节点的通信参数即源节点经所述路径到所述汇节点的通信参数。可以输出所述路径及所述路径上累计的通信参数至路径集合path中。
示例性的,当所述栈顶节点所在行的非零元素均已被搜索且未搜索到所述汇节点,表示所述路径不能到达所述汇节点,则将所述栈顶节点的标识出栈,回溯到当前栈顶元素imdNode的父栈顶元素imdFNode,得到当前栈顶节点的上一个栈顶节点,可称为即父栈顶节点,以在执行步骤S144时沿新的路径搜索,搜索到的通信节点可以加入父栈顶节点所在的路径。
S144、在所述传输矩阵中搜索所述父栈顶节点所在行中处于所述栈顶节点所在列之后的非零元素,将所述非零元素所在列的通信节点的标识入栈至所述栈空间,以及将所述所在列的通信节点加入所述路径,和累计所述通信节点的通信参数;当所述栈顶节点所在列之后没有非零元素,将所述父栈顶节点的标识出栈。
示例性的,搜索当前栈顶元素,即父栈顶元素imdFNode所在行的,处于上一个栈顶元素imdNode的下一非零元素,将该非零元素所在列的通信节点加入父栈顶元素imdFNode对应的父栈顶节点所在的路径中,以及将该非零元素所在列的通信节点的标识入栈,以及返回执行步骤S143以搜索所述路径上该通信节点的下一个通信节点。
示例性的,当所述栈顶节点所在列之后没有非零元素,且未搜索到所述汇节点,表示所述路径不能到达所述汇节点,则将所述栈顶节点的标识出栈,以及返回执行步骤S144以沿新的路径搜索。
示例性的,重复执行以上步骤S143至步骤S144,直至源节点的标识出栈时,执行步骤S145。
S145、当源节点的标识出栈时,得到所述源节点至所述汇节点之间的每个路径,及每个所述路径上累计的通信参数。
当源节点的标识出栈时,路径集合path中存储所述源节点与所述汇节点之间所有路径,及每个路径的上累计的通信参数,即每个路径的传输参数。根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果。
在一些实施方式中,所述在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数之前,还包括:若所述传输矩阵中,有多元向量中的元素指示的通信参数的大小超过对应的节点参数阈值,将所述多元向量替换为零。
示例性的,可以遍历传输矩阵,将时延或误码超过节点对应的节点参数阈值的通信节点剔除,即将传输矩阵中的与所述通信节点对应的多元向量置零。可以降低运算量,提高性能评估的效率。
在一些实施方式中,请参阅图3,获取电力信息系统的网络拓扑信息,获取仿真次数阈值Ysim,以及获取电力信息系统中各通信节点的运行模型、丢包模型、时延模型、误码模型;之后基于各通信节点的运行模型、丢包模型、时延模型、误码模型,抽样确定所述通信节点的相应通信参数的大小得到节点描述信息,对所述网络拓扑信息和其中各通信节点的节点描述信息进行融合处理,得到通信参数大小确定的传输矩阵T;基于所述传输矩阵搜索源节点与汇节点之间的路径,根据路径上累计的通信参数确定源节点与汇节点之间是否有足够的有效路径,如果有则确定当前抽样得到的传输矩阵能够使汇节点接收到满足多属性指标要求的流量,累加成功事件的次数;如果仿真的次数没有达到Ysim,则进行新一次的抽样和仿真,当仿真的次数达到Ysim,根据成功事件的次数与Ysim确定所述源节点与所述汇节点之间的通信可用度。
在一些实施方式中,以基于IEEE14节点系统所构建的广域通信网络模型为例,请参阅图4,将IEEE14节点系统中同属一个变电站的节点(即通信节点)合并以后可以得到一个10节点系统。忽略各个变电站内局域网的通信情况,仅关注子站数据的上传过程,可以将变点站抽象为信源节点(即源节点)和中间节点,其所映射的物理对象为子站服务器和路由器。信宿节点(即汇节点)则映射主站服务器。假设通信链路与输电线路并行架设,则可形成如图4所示的IEEE14节点广域通信网络拓扑模型。
由于现行电力信息系统多采用光纤作为通信链路,而光纤具有极高的传输可靠性,实际运行中光纤的丢包率、时延、误码率都极低,本算例仅考虑光纤的运行状态。信息设备的可靠性参数如下:采集节点服务器的失效率为λ=1.801×10-5/h;路由节点的失效率为λru=1.202×10-5/h;中心服务器的失效率为λct=7.982×10-6/h;光纤的失效率为0.003year-1,上述设备的修复时间都为24小时。节点的丢包参数如表1所示:
表1节点的丢包参数
节点的时延参数如表2所示:
表2节点的时延参数
节点的误码参数如表3所示:
表3节点的误码参数
仿真次数阈值为1000000次时,对测试系统进行仿真计算,得到结果如表4所示:
表4测试系统的可用度
从表4中可以看出,节点3、5、7与汇节点间的通信可用度较低,而丢包、时延、误码的不可用度较高,这是因为节点3、5、7与汇节点形成的源-汇组合拥有所有源-汇组合中最大的最小跳数(源节点与汇节点间最短路径所经过的路由器的个数)。最小跳数的增加意味着源-汇节点间最短路径上的路由器的增加,同时也会增加了源-汇节点间传输的不可靠性。同理,节点10与汇节点之间的最小跳数为所有源-汇组合中最小,故节点10与汇节点之间通信可用度最高且丢包、时延、误码的不可用度最低。不难看出,源-汇之间的通信可用度与源-汇之间的最小跳数呈正相关关系,而源-汇之间的丢包、时延、误码的不可用度与源-汇之间的最小跳数呈负相关关系。在电力信息系统的规划时应尽量减少各子站与主站之间的最小跳数。
表5为将节点20的传输性能提升30%以后的结果,可以理解的,可以将节点20的丢包参数,时延参数,误码参数相应降低以提升节点20的传输性能。从表中数据不难得出节点20的传输性能得到提升以后,所有源-汇节点间的通信情况都得到了优化。这是因为节点20为主站(Main station)路由器,负责汇集所有来自子站服务器的信息以及转发来自主站服务器的信息,是该系统中的一个枢纽节点。由此可以看出枢纽节点的性能对系统性能有着极为重大的影响且决定着系统性能的上限,因此在系统建设中应保证枢纽节点由高性能设备承担。
表5性能提升后测试系统的可用度
图5、图6和图7分别是以5%的步长将节点性能从原性能的130%劣化至原性能的70%后系统通信可用度、节点2与节点21之间通信可用度以及节点3与节点21之间通信可用度的变化趋势。传输性能的提升对系统通信可用度有着稍微积极的影响,但系统对传输性能的下降非常敏感。对比图6和图7可知系统可用度的快速下降的主要原因是最小跳数最大的源-汇组合之间的通信可用度快速下降。这是为信息传输成功与否与其通过的每一个节点相关,而系统的整体劣化意味着各个节点的劣化,信息传输经过节点时可能产生更多的丢包、时延和误码,而系统可容忍阈值仍维持在低水平。源-汇间的最小跳数越大,其正常通信状态的各项传输指标越接近系统阈值。当系统劣化后,超过系统阈值的传输频繁出现,最终导致通信可用度大幅度下降。
图8为设备故障率从原始故障率的10%上升至原始故障率10倍的过程中系统通信可用度的变化。与系统传输性能的变化相比,系统通信可用度对设备故障率的变化并不敏感,限制系统通信性能的主要约束为传输特性约束。
本申请实施例提供的性能评估方法,通过获取电力信息系统的网络拓扑信息和系统中通信节点的节点描述信息,进行融合处理得到电力信息系统的系统模型;在系统模型中搜索源节点至汇节点之间的路径,及根据路径上通信节点的通信参数确定路径的通信参数;根据源节点至汇节点之间的路径及路径的通信参数,生成源节点至汇节点之间的性能评估结果,系统模型既可以体现系统的网络拓扑结构,又可以精细刻画电力信息系统的传输特性,如丢包、时延、误码等;以及根据源节点至汇节点之间的路径及路径的通信参数,确定性能评估结果,能够更准确、高效的确定电力信息系统的性能。
示例性的,本申请实施例的性能评估方法不再以流量大小作为单一指标来衡量网络中的流量,能更好地囊括电力信息系统中的传输质量问题。
示例性的,通信节点的节点描述信息由多属性组成,在考虑信息系统的拓扑连通性基础上更好地囊括信息传输质量问题。
示例性的,可以根据性能评估结果确定信息系统通信过程中丢包、时延、误码等传输特性对系统性能的影响,能够从整体的视角构建起信息系统的通信传输模型。
示例性的,源节点与汇节点的可靠性可以描述为:汇节点接收到的流量的各项属性皆在系统可接受的阈值范围内的概率。
示例性的,可靠性定义为源节点与汇节点之间可靠性的集合,可以应用于多个源节点和多个汇节点的系统。
示例性的,通信节点的状态从简单的多状态拓展至由状态空间可能为连续空间的多属性状态构成的复合状态,更具普适性。
示例性的,通信节点的节点描述信息包括多个随机的属性状态,而且某些属性状态的状态空间为连续空间,导致在实际计算无法对其所有状态进行一一遍历。在一些实施方式中采用蒙特卡罗方法进行可用度的计算,以提高评估的准确性。
请参阅图9,图9是本申请实施例提供的电子设备700的示意性框图。可选的,电子设备700可适用于前述的性能评估方法。
在一些实施方式中,电子设备700可以为终端设备或服务器,其中终端设备例如包括手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理;服务器可以为独立的服务器或者为服务器集群。
该电子设备700包括一个或多个处理器701,一个或多个处理器701单独地或共同地工作,用于执行前述的性能评估方法的步骤。
示例性的,电子设备700还包括存储器702。
示例性的,处理器701和存储器702通过总线703连接,该总线703比如为I2C(Inter-integrated Circuit)总线。
具体地,处理器701可以是微控制单元(Micro-controller Unit,MCU)、中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)或数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等。
具体地,存储器702可以是Flash芯片、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)磁盘、光盘、U盘或移动硬盘等。
其中,所述处理器701用于运行存储在存储器702中的计算机程序,并在执行所述计算机程序时实现前述的性能评估方法的步骤。
示例性的,所述处理器701用于运行存储在存储器702中的计算机程序,并在执行所述计算机程序时实现如下步骤:
获取电力信息系统的网络拓扑信息,所述网络拓扑信息用于指示所述电力信息系统中的多个通信节点之间的物理连接关系;
获取所述通信节点的节点描述信息,所述节点描述信息包括所述通信节点的若干通信参数,所述通信参数的大小是基于所述通信参数的分布模型确定的;
对所述通信节点的节点描述信息与所述网络拓扑信息进行融合处理,得到所述电力信息系统的系统模型;
在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数;
根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果。
本申请实施例提供的电子设备的具体原理和实现方式均与前述实施例的性能评估方法类似,此处不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序中包括程序指令,所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现上述实施例提供的性能评估方法的步骤。
其中,所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的电子设备的内部存储单元,例如所述电子设备的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述电子设备的外部存储设备,例如所述电子设备上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart MediaCard,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。
应当理解,在此本申请中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。
还应当理解,在本申请和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电力信息系统的性能评估方法,其特征在于,包括:
获取电力信息系统的网络拓扑信息,所述网络拓扑信息用于指示所述电力信息系统中的多个通信节点之间的物理连接关系;
获取所述通信节点的节点描述信息,所述节点描述信息包括所述通信节点的若干通信参数,所述通信参数的大小是基于所述通信参数的分布模型确定的;
对所述通信节点的节点描述信息与所述网络拓扑信息进行融合处理,得到所述电力信息系统的系统模型;
在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数;
根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果。
2.根据权利要求1所述的性能评估方法,其特征在于,所述根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果,包括:
根据所述源节点至所述汇节点之间的路径的通信参数和所述通信参数对应的路径参数阈值,确定所述路径是否满足预设条件;
当所述系统模型中,所述源节点至所述汇节点之间,有预设数目或预设比例的路径满足预设条件时,确定所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信有效。
3.根据权利要求2所述的性能评估方法,其特征在于,所述根据所述源节点至所述汇节点之间的路径及所述路径的通信参数,生成所述源节点至所述汇节点之间的性能评估结果,还包括:
根据多个所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信是否有效,确定所述系统模型中所述源节点至所述汇节点之间的通信可用度;
多个所述系统模型中不同的系统模型,至少有一种所述通信参数的大小不同。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的性能评估方法,其特征在于,所述若干通信参数包括以下至少一种:运行参数,丢包参数,时延参数,误码参数;
所述获取所述通信节点的节点描述信息,包括以下至少一种:
基于所述通信节点的运行模型、确定所述节点描述信息中运行参数的大小;
基于所述通信节点的丢包模型、确定所述节点描述信息中丢包参数的大小;
基于所述通信节点的时延模型、确定所述节点描述信息中时延参数的大小;
基于所述通信节点的误码模型、确定所述节点描述信息中误码参数的大小。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的性能评估方法,其特征在于,所述网络拓扑信息包括所述电力信息系统对应的邻接矩阵,所述邻接矩阵中的非零元素用于指示所述非零元素对应的两个通信节点之间存在连接;所述节点描述信息包括多元向量,所述向量中的每个元素用于指示所述通信节点的一种通信参数的大小;
所述对所述通信节点的节点描述信息与所述网络拓扑信息进行融合处理,得到所述电力信息系统的系统模型,包括:
将所述邻接矩阵中的非零元素替换为目标通信节点对应的多元向量,得到所述电力信息系统的传输矩阵;
其中,所述目标通信节点为所述非零元素对应的两个通信节点中发送数据的通信节点。
6.根据权利要求5所述的性能评估方法,其特征在于,所述在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数之前,还包括:
若所述传输矩阵中,有多元向量中的元素指示的通信参数的大小超过对应的节点参数阈值,将所述多元向量替换为零。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的性能评估方法,其特征在于,所述在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,包括:
基于深度优先遍历规则,在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径。
8.根据权利要求5所述的性能评估方法,其特征在于,所述在所述系统模型中,搜索所述多个通信节点中的源节点至所述多个通信节点中的汇节点之间的路径,及根据所述路径上通信节点的通信参数确定所述路径的通信参数,包括:
将所述源节点的标识入栈至预设的栈空间;
重复执行:在所述传输矩阵中搜索栈顶节点所在行的第一个非零元素,将所述非零元素所在列的通信节点的标识入栈至所述栈空间,以及将所述所在列的通信节点加入所述路径,和累计所述通信节点的通信参数;其中,所述栈顶节点为所述栈空间中栈顶的标识对应的通信节点;直至
当所述汇节点的标识入栈时,输出所述源节点至所述汇节点之间的路径,及所述路径上累计的通信参数;当所述栈顶节点所在行的非零元素均已被搜索,将所述栈顶节点的标识出栈,得到所述栈顶节点的父栈顶节点;以及
在所述传输矩阵中搜索所述父栈顶节点所在行中处于所述栈顶节点所在列之后的非零元素,将所述非零元素所在列的通信节点的标识入栈至所述栈空间,以及将所述所在列的通信节点加入所述路径,和累计所述通信节点的通信参数;当所述栈顶节点所在列之后没有非零元素,将所述父栈顶节点的标识出栈;
当源节点的标识出栈时,得到所述源节点至所述汇节点之间的每个路径,及每个所述路径上累计的通信参数。
9.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器;
所述存储器用于存储计算机程序;
所述处理器,用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时,实现如权利要求1-8中任一项所述的电力信息系统的性能评估方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现如权利要求1-8中任一项所述的电力信息系统的性能评估方法的步骤。
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