一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，包括：输入实际网络拓扑、交换节点和光缆链路的相关参数；直接确定各业务的第一路由和第二路由；采用基于优先权的编码方式，进行染色体的编码；随机生成初始种群，设置最大遗传代数；根据最大遗传代数，对种群进行多轮选择、交叉和变异操作；遗传算法迭代结束后，选择当前种群中最优个体的染色体，经过解码得到各业务的第三路由。本发明专利技术能够满足继电保护业务路由规划的“双保护三路由”要求，并在满足继电保护业务时延约束的前提下，降低所有业务的总传输时延。本发明专利技术能够有效地均衡光缆链路的负载，提高继电保护业务传输的可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法


[0001]本专利技术属于电力系统通信
，尤其涉及一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术和通信技术的发展，传统电网在向着具有更高可靠性、可持续性和灵活性的智能电网演进。电力通信网是智能电网的重要组成部分，承载着电网生产经营的多种业务。其中，继电保护业务是电力业务中最重要的业务，用于保障电力站点之间电力能源的正常传输。在电网的高质量发展过程中，需要保证继电保护业务数据传输的可靠性。但随着电力通信网业务种类和数量的增多，有必要建立专门传输继电保护业务数据的继电保护专网。
[0003]该网络一般包含多个交换节点和多条光缆链路。继电保护专网的交换节点与电力网的电力站点基本重合，光缆链路与电力线基本重合，以便能够使用直达光缆传输继电保护业务数据。并且，如果两个交换节点之间存在光缆链路，则一定存在两条光缆链路。在继电保护专网中，每个交换节点配置两套保护设备，分别称为保护一和保护二。每套保护设备有两个端口，分别为A口和B口。因此，继电保护业务的源节点和目的节点均存在四个端口，故存在4条通信通道。对于这4条通信通道，需要配置3条独立的通信路由，分别称为第一路由、第二路由和第三路由。这样的配置要求称为“双保护三路由”。继电保护专网的架构图如图1所示。假设某业务的源节点和目的节点分别为v
i
和v
j
，其“双保护三路由”配置要求的示意图如图2所示。
[0004]中国专利文献CN107689917A公开了“一种基于非一致性业务均衡的电力通信网路由分配方法”，该方法利用全网平均风险度、风险均衡度和业务路由分离约束建立全网能量函数，以该函数为目标，采用KSP算法获取备选路由，从中选取全网能量值最小两条路由作为业务的主路由和备用路由。中国专利文献CN108809828B公开了“一种负载流量和业务风险联合均衡的电力通信网路由方法”，该方法引入均衡因子构建了综合考虑负载与风险的链路代价函数，采用Dijkstra算法获取满足链路不相交性的工作路由和备份路由。中国专利文献CN111210361B公开了“基于可靠性预测和粒子群优化的电力通信网路由规划方法”，该方法基于递归神经网络预测节点和链路的可靠性，进一步使用粒子群优化算法得到业务路由方案。
[0005]但以上方法均未考虑业务传输时延和继电保护业务的“双保护三路由”的路由规划要求。因此亟需一种满足“双保护三路由”要求的继电保护专网路由规划方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法。
[0007]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，包括：
[0009]步骤1：输入实际网络拓扑、交换节点和光缆链路的相关参数；
[0010]步骤2：直接确定各继电保护业务的第一路由和第二路由；
[0011]步骤3：采用基于优先权的编码方式，进行染色体的编码；
[0012]步骤4：随机生成大小为Q的初始种群作为亲本种群，设置最大遗传代数；
[0013]步骤5：计算亲本种群中个体的适应度F；
[0014]步骤6：对亲本种群进行二元锦标赛选择操作，得到种群大小为Q/2的新种群；
[0015]步骤7：对新种群中的染色体进行交叉操作，将种群大小扩大到Q；
[0016]步骤8：根据变异概率对新种群中的染色体进行变异操作；
[0017]步骤9：将亲本种群中适应度F最小的个体替换新种群的第一个个体，从而保留最优个体，得到种群大小为Q的后代种群；
[0018]步骤10：判断后代种群中种群代数是否达到最大遗传代数，未达到，将后代种群作为亲本种群，转向步骤6，否则，迭代结束，选择当前后代种群中最优个体的染色体，经过解码得到各继电保护业务的第三路由。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤1中，在实际网络拓扑中，将交换节点间两条光缆链路等效为一条光缆链路，得到等效网络拓扑G＝(V,E)，其中，V＝{v
i
,i∈Λ}为交换节点集合，Λ＝{1,2,...,N}，N为节点数量，E＝{e
ij
|i＜j,v
i
与v
j
之间存在等效链路}为等效链路集合，K＝|E|为等效链路数；
[0020]交换节点和光缆链路的相关参数包括：交换节点v
i
的数据处理转发时延t
v
(v
i
)，光缆链路e
ij
的长度l(e
ij
)、带宽容量f(e
ij
)和承载业务数量b(e
ij
)；
[0021]继电保护业务数量与等效链路数相等，所有继电保护业务组成业务集合S＝{s
k
,k∈Π}，其中Π＝{1,2,...,K}，继电保护业务的时延要求和带宽需求分别为τ和ω。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤2中，继电保护业务的源节点和目的节点之间存在两条直达的光缆链路，这两条直达的光缆链路分别作为该继电保护业务的第一路由和第二路由。
[0023]根据本专利技术优选的，步骤3中，在基于优先权的编码方式中，一个染色体对应一个路由方案；一个染色体编码段对应一个继电保护业务的第三路由，染色体编码段中基因位置表示交换节点，基因值对应交换节点的优先权大小，所有继电保护业务的第三路由对应的染色体编码段组成一个染色体。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤5中，个体的适应度函数F的计算步骤如下：
[0025]步骤501：计算单个业务s
k
的传输时延；
[0026]计算业务路由的中间交换节点转发处理时延t1(k)，如式(I)所示：
[0027][0028]计算光缆链路传输时延t2(k)，如式(II)所示：
[0029][0030]式(I)、式(II)中，为该业务路由的中间交换节点集合，E
k
为该业务路由的光缆链路集合，c为光速，r为光缆纤芯的折射率；t
v
(v
i
)表示节点v
i
的数据处理转发时延；
[0031]计算业务s
k
的传输时延t(k)，如式(III)所示：
[0032]t(k)＝t1(k)+t2(k)
ꢀꢀ
(III)
[0033]步骤502：对所有业务的传输时延求和，得到所有业务的总传输时延T；
[0034]步骤503：计算等效链路承载业务数的方差B，如式(IV)所示：
[0035][0036]式(IV)中，为等效链路承载业务数的均值；
[0037]步骤504：对T和B进行归一化，得到和如式(V)、式(VI)所示：
[0038][0039][0040]式(V)、式(VI)中，T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，其特征在于，包括：步骤1：输入实际网络拓扑、交换节点和光缆链路的相关参数；步骤2：直接确定各继电保护业务的第一路由和第二路由；步骤3：采用基于优先权的编码方式，进行染色体的编码；步骤4：随机生成大小为Q的初始种群作为亲本种群，设置最大遗传代数；步骤5：计算亲本种群中个体的适应度F；步骤6：对亲本种群进行二元锦标赛选择操作，得到种群大小为Q/2的新种群；步骤7：对新种群中的染色体进行交叉操作，将种群大小扩大到Q；步骤8：根据变异概率对新种群中的染色体进行变异操作；步骤9：将亲本种群中适应度F最小的个体替换新种群的第一个个体，从而保留最优个体，得到种群大小为Q的后代种群；步骤10：判断后代种群中种群代数是否达到最大遗传代数，未达到，将后代种群作为亲本种群，转向步骤6，否则，迭代结束，选择当前后代种群中最优个体的染色体，经过解码得到各继电保护业务的第三路由。2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，其特征在于，步骤1中，在实际网络拓扑中，将交换节点间两条光缆链路等效为一条光缆链路，得到等效网络拓扑G＝(V,E)，其中，V＝{v
i
,i∈Λ}为交换节点集合，Λ＝{1,2,...,N}，N为节点数量，E＝{e
ij
|i＜j,v
i
与v
j
之间存在等效链路}为等效链路集合，K＝|E|为等效链路数；交换节点和光缆链路的相关参数包括：交换节点v
i
的数据处理转发时延t
v
(v
i
)，光缆链路e
ij
的长度l(e
ij
)、带宽容量f(e
ij
)和承载业务数量b(e
ij
)；继电保护业务数量与等效链路数相等，所有继电保护业务组成业务集合S＝{s
k
,k∈Π}，其中Π＝{1,2,...,K}，继电保护业务的时延要求和带宽需求分别为τ和ω。3.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，其特征在于，步骤2中，继电保护业务的源节点和目的节点之间存在两条直达的光缆链路，这两条直达的光缆链路分别作为该继电保护业务的第一路由和第二路由。4.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，其特征在于，步骤3中，在基于优先权的编码方式中，一个染色体对应一个路由方案；一个染色体编码段对应一个继电保护业务的第三路由，染色体编码段中基因位置表示交换节点，基因值对应交换节点的优先权大小，所有继电保护业务的第三路由对应的染色体编码段组成一个染色体。5.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的继电保护专网路由规划方法，其特征在于，步骤5中，个体的适应度函数F的计算步骤如下：步骤501：计算单个业务s
k
的传输时延；计算业务路由的中间交换节点转发处理时延t1(k)，如式(I)所示：计算光缆链路传输时延t2(k)，如式(II)所示：
式(I)、式(II)中，为该业务路由的中间交换节点集合，E
k
为该业务路由的光缆链路集合，c为光速，r为光缆纤芯的折射率；t
v
(v
i
)表示节点v
i
的数据处理转发时延；计算业...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丕明，刘晓龙，张文胜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：