一种电力通信网脆弱性评估及路由优化方法技术

本发明专利技术涉及一种电力通信网脆弱性评估及路由优化方法，属于电力通信技术领域。本发明专利技术对电力通信网的网络拓扑进行建模，将电力通信网定义成为一个有权无向网络；根据影响节点和边脆弱性的拓扑脆弱性因素、业务脆弱性因素以及设备脆弱性因素建立节点和边的脆弱性评估模型，并根据所述脆弱性评估模型对电力通信网的脆弱性进行评估。本发明专利技术将影响节点和边脆弱性的因素总结为拓扑脆弱性，业务脆弱性以及设备脆弱性三种因素，并根据三者关系得到综合脆弱性指标，能够全面表现节点和边的脆弱性大小，提高对电力通信网脆弱性评估的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种电力通信网脆弱性评估及路由优化方法
本专利技术涉及一种电力通信网脆弱性评估及路由优化方法，属于电力通信

技术介绍
电力通信网是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础，是智能电网发展的重要基础设施。电力通信网承载的继电保护、稳定控制、配电自动化等业务电力通信业务，与电力生产密切相关，一旦发生故障将对电网的稳定运行造成威胁，因此开展电力通信网脆弱性相关研究具有重要的意义。与可靠性等指标的定义角度不同，脆弱性是指存在于一个系统内的弱点或缺陷，系统对一个特定的威胁攻击或危险事件的敏感性，或进行攻击的威胁作用的可能性。而在电力通信网中，脆弱性一般定义为移除节点或边之后，网络性能的下降程度。该指标可以指明网络中的薄弱环节，同时为网络管理和优化提供判别依据。通过建立合理的电力通信网脆弱性评估指标体系，实现对网络中节点和边的脆弱性评估，评估后的网络得到其脆弱点：脆弱性较高的某些节点和边，该节点和边上承载的业务故障风险大，因此依据评估结果进行进一步的业务路由调整与优化具有实际意义。目前对电力通信网的脆弱性评估主要基于复杂网络理论来进行的，进一步，主流的研究方法分为三种。第一种是基于经典复杂网络理论的电力通信网结构脆弱性评估方法。该方法突破了网络规模的限制，但只能给出网络拓扑本身的结构脆弱性，也尚未考虑电力通信网不同等级的业务对网络的影响；第二种是复杂网络理论与传统可靠性计算相结合的方法，但仍没有区分承载业务的等级；第三种是业务影响与复杂网络理论相结合的脆弱性评估方法，并没有给出合理的优化方法。在脆弱性优化方面，目前有高度数节点保护策略和低度数节点加边策略来降低网络脆弱性，但这两种策略需要对现有网络的结构进行升级，会带来额外的人工和资本投入；还有基于信息熵的业务路由优化方法，但算法相对简单，未考虑脆弱性的动态更新过程。现有电力通信网中路由配置方法主要有以下四种。技术方案1：专利公开号为CN105306364A的《基于业务重要度的电力通信业务路由分配方法》专利，公开了一种基于业务重要度的电力通信业务路由分配方法。首先，对电力通信路由网络进行网络简化，设置源节点和目标节点，根据不同电路传输路径寻找K条路径，对每条路径设置对应的重要度，其中K≥1；然后根据电力通信路由网络可靠性分析模型得到逻辑映射矩阵G，以及阈值TH，并根据逻辑映射矩阵G和阈值TH，寻找完备集合CS和寻找联系集合TS；最后，利用业务节点风险度代替节点可靠性，同时利用业务路径风险度代替边可靠性，最终计算可靠性数值，从而获取电力通信路由网络最佳路径。该方案基于业务重要度合理规划业务路由，将系统集中风险变为分散风险，对业务过度集中导致的风险防控具有重要意义，但该方法没有考虑节点设备和链路的权重。技术方案2：专利公开号为CN104468355A的《一种基于电力通信交互影响的电力系统脆弱性的检测方法》专利，公开了一种基于电力通信交互影响的电力系统脆弱性的检测方法，该检测方法包括以下步骤：步骤10)：建立电力-通信复合系统关联矩阵；步骤20)：测算电力系统脆弱性，得到电力网络节点脆弱性指标和电力网络支路脆弱性指标；步骤30)：测算通信业务脆弱性，包括通信网络节点脆弱性指标和通信网络支路脆弱性指标；步骤40)：计算电力通信信息交互通道脆弱性；步骤50)：将步骤20)、步骤30)和步骤40)得到的脆弱性指标代入电力-通信复合系统关联矩阵，得到电力-通信复合系统脆弱性矩阵，并针对复合系统脆弱性数值进行从大到小的排序。该检测方法可以结合通信系统对电力系统的影响因素，更准确的检测电力系统的脆弱性，但是该方法在通信网络的脆弱性评估并不是很全面。技术方案3：专利公开号为CN101667972的《电力通信网络业务路由方法及设备》专利，公开了一种电力通信网络业务路由方法及装置，所述方法包括：A.根据网络优化目标生成目标优化函数；B.确定业务的起始节点，并将其作为当前节点；C.利用蚁群算法计算与当前节点相连的各条链路的转移概率，所述转移概率是根据当前各条链路上的信息素计算得到的；D.依据所述转移概率选择下一跳节点；E.判断选择的下一跳节点是否为所述业务的目的节点；如果是，则将选择的下一跳节点作为当前节点，并根据所述目标优化函数确定当前各条链路上的信息素，然后重复执行步骤C至步骤E；否则，根据业务的起始节点、以及选择的所有下一跳节点生成对应所述业务的路由，该方案可以保证电力通信网络中多业务路由的性能最优，但是未考虑电力通信网业务的时延特征，对于业务风险的考虑也不够完备。技术方案4：专利公开号为CN103873363A的《一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法》，公开了一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法。该方法包括：依据实际工程，建立合理有效的电力光纤通信网业务传输模型；将业务按照重要度进行排序，并通过改进Bhandari算法，配置两条完全不相交的路由。新算法根据实际情况处理双边网络图，且允许设定每条光缆的最大承载业务量。该方案能够满足所有应当配置两条完全分离路径的电力业务的需求，保证在断缆等故障情况下业务仍然安全可靠；但是忽略了电力通信业务的时延特征，对于业务风险的考虑也不够完备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电力通信网脆弱性评估方法，以解决目前对电力通信脆弱性评估不够准确的问题；同时，本专利技术还提供了一种电力通信网路由优化方法，解决目前电力通信网脆弱性不均衡的问题。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种电力通信网脆弱性评估方法，该评估方法包括以下步骤：1)对电力通信网的网络拓扑进行建模，将电力通信网定义成为一个有权无向网络G＝(V,E)，其中V＝{v1,v2,…,vN}表示网络的节点集，E＝{eij}表示网络的边集；2)根据影响节点和边脆弱性的拓扑脆弱性因素，业务脆弱性因素以及设备脆弱性因素建立节点和边的脆弱性评估模型，并根据所述脆弱性评估模型对电力通信网的脆弱性进行评估，NV(vi)＝(B(vi)+NI(vi))×NP(vi)EV(eij)＝(B(eij)+EI(eij))×EP(eij)其中，NV(vi)为节点的综合脆弱性，EV(eij)为边的综合脆弱性；B(vi)为节点的拓扑脆弱性，B(eij)为边的拓扑脆弱性；NP(vi)为节点的业务脆弱性，EP(eij)为边的业务脆弱性；NI(vi)为节点的设备脆弱性，EI(eij)为边的设备脆弱性。进一步地，所述的节点的拓扑脆弱性B(vi)为经过该节点的最短路径在网络中所有最短路径中所占的比例；边的拓扑脆弱性B(eij)为经过该链路的最短路径在网络中所有最短路径中所占的比例。进一步地，所述节点的业务脆弱性NP(vi)和边的业务脆弱性EP(eij)分别为:其中k为业务类型，Q为业务的种类，k的取值为从1到Q；nk(vi)为节点vi上业务类型为k的业务数量；nk(eij)为边eij承载的业务类型为k的业务数量；Ck为业务类型为k的业务重要度。进一步地，所述节点的设备脆弱性NI(vi)采用节点重要度来表示，所述边的设备脆弱性EI(eij)采用链路重要度来表示。进一步地，所述步骤1)中建立的有权无向网络中每条边的权重由该条链路上的传输时延决定，时延包括设备时延和传输时延。本专利技术还提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力通信网脆弱性评估方法，其特征在于，该评估方法包括以下步骤：1)对电力通信网的网络拓扑进行建模，将电力通信网定义成为一个有权无向网络G＝(V,E)，其中V＝{v

【技术特征摘要】
1.一种电力通信网脆弱性评估方法，其特征在于，该评估方法包括以下步骤：1)对电力通信网的网络拓扑进行建模，将电力通信网定义成为一个有权无向网络G＝(V,E)，其中V＝{v1,v2,…,vN}表示网络的节点集，E＝{eij}表示网络的边集；2)根据影响节点和边脆弱性的拓扑脆弱性因素，业务脆弱性因素以及设备脆弱性因素建立节点和边的脆弱性评估模型，并根据所述脆弱性评估模型对电力通信网的脆弱性进行评估，NV(vi)＝(B(vi)+NI(vi))×NP(vi)EV(eij)＝(B(eij)+EI(eij))×EP(eij)其中，NV(vi)为节点的综合脆弱性，EV(eij)为边的综合脆弱性；B(vi)为节点的拓扑脆弱性，B(eij)为边的拓扑脆弱性；NP(vi)为节点的业务脆弱性，EP(eij)为边的业务脆弱性；NI(vi)为节点的设备脆弱性，EI(eij)为边的设备脆弱性。2.根据权利要求1所述的电力通信网脆弱性评估方法，其特征在于，所述的节点的拓扑脆弱性B(vi)为经过该节点的最短路径在网络中所有最短路径中所占的比例；边的拓扑脆弱性B(eij)为经过该链路的最短路径在网络中所有最短路径中所占的比例。3.根据权利要求1所述的电力通信网脆弱性评估方法，其特征在于，所述节点的业务脆弱性NP(vi)和边的业务脆弱性EP(eij)分别为:其中k为业务类型，Q为业务的种类，k的取值为从1到Q；nk(vi)为节点vi上业务类型为k的业务数量；nk(eij)为边eij承载的业务类型为k的业务数量；Ck为业务类型为k的业务重要度。4.根据权利要求1所述的电力通信网脆弱性评估方法，其特征在于，所述节点的设备脆弱性NI(vi)采用节点重要度来表示，所述边的设备脆弱性EI(eij)采用链路重要度来表示。5.根据权利要求1所述的电力通信网脆弱性评估方法，其特征在于，所述步骤1)中建立的有权无向网络中每条边的权重由该条链路上的传输时延决定，时延包括设备时延和传输时延。6.一种电力通信网路由优化方法，其特征在于，该优化方法包括以下步骤：1)对电力通信网的网络拓扑进行建模，将电力通信网定义成为一个有权无向网络G＝(V,E)，其中V＝{v1,v2,…,vN}表示网络的节点集，E＝{eij}表示网络的边集；2)根据影响节点和边脆弱性的拓扑脆弱性因素，业务脆弱性因素以及设备脆弱性因素建立节点和边的脆弱性评估模型，NV(vi)＝(B(vi)+NI(vi))×NP(vi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文革，戚晓勇，王正，邵奇，郝洋，李路远，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司信息通信公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41