考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法研究

宋靖 徐世澤 李海龍

摘? 要：傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法在使用的過程中，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)流量控制能力較差，導(dǎo)致在多種環(huán)境下通信網(wǎng)絡(luò)最大鏈路利用率較低。因而，設(shè)計(jì)考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法。采用回歸模型分析電力通信網(wǎng)絡(luò)流量。使用層次分析法，評(píng)估電力通信網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。以上述兩部分內(nèi)容作為電力通信網(wǎng)路由規(guī)劃的基礎(chǔ)，并采用粒子群算法完成此路由位置規(guī)劃。至此，考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化設(shè)計(jì)完成。構(gòu)建測試環(huán)節(jié)，與其他兩種電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法相比，此方法的最大鏈路利用率較高。由此可知，此方法的使用效果更佳。

關(guān)鍵詞：流量負(fù)載;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;粒子群算法;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）33-0130-02

Abstract： Traditional power communication network routing optimization methods are used in the process of traffic control capability poor resulting in many environments communication networks maximum link utilization rate is low. Therefore， optimization method of power communication network routing is designed considering combined balance between load and risk. The flow rate of power communication network is analyzed by regression model. Using analytic hierarchy process （AHP） to evaluate power communication network risk. Based on these two parts as the basis of routing planning of power communication network， Particle Swarm Optimization （PSO） algorithm is adopted to complete this routing location planning. At present， considering load and risk combined balance power communication network routing optimization design completed. Compared with other two kinds of power communication networks routing optimization methods， this method has higher maximum link utilization ratio than other two kinds of power communication networks routing optimization methods. Therefore， this method has a better effect than other methods.

Keywords： traffic load; risk assessment; Particle Swarm Optimization; network structure optimization

引言

隨著電力技術(shù)的不斷提升，電力系統(tǒng)正在全球范圍內(nèi)逐步升級(jí)，智能電網(wǎng)成為未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向與趨勢[1-2]。通過系統(tǒng)升級(jí)對(duì)原有電力系統(tǒng)的不足展開優(yōu)化，將電力系統(tǒng)的關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)化為可靠性，安全性以及能源分配靈活性，功耗監(jiān)控自動(dòng)化，電網(wǎng)需求管理智能化。通過此方式，保證在最短的時(shí)間內(nèi)處理電網(wǎng)故障，減少電網(wǎng)損耗，逐步完善電網(wǎng)運(yùn)營和服務(wù)。

通過文獻(xiàn)研究可知，智能電網(wǎng)的運(yùn)行是下一代電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一，且電力系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的依賴性[3]。因而，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全分析與可靠性分析至關(guān)重要。對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究可知，電力網(wǎng)絡(luò)是一種較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，將信息技術(shù)應(yīng)用其中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的問題。智能電網(wǎng)是新技術(shù)與結(jié)構(gòu)的集合體，其可靠性對(duì)于電網(wǎng)的安全性具有影響，提升電力通信專網(wǎng)可靠性刻不容緩。在此次研究中，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和路由優(yōu)化，以此規(guī)避網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)使用這種方法可在故障或是級(jí)聯(lián)故障已經(jīng)發(fā)生后，將電力通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到正常低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，以此達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的目的。

1 考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法設(shè)計(jì)

針對(duì)原有電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法在日常使用中出現(xiàn)的不足，在此次研究中，對(duì)其展開設(shè)計(jì)。具體考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法設(shè)計(jì)過程如下所示。

1.1 電力通信網(wǎng)絡(luò)流量分析

近年來，電力通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類型也在不斷擴(kuò)展，由原始的遠(yuǎn)程語音聯(lián)網(wǎng)、調(diào)度實(shí)時(shí)控制信息傳輸逐步發(fā)展到同時(shí)承載客戶信息與辦公處理的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，電力通信網(wǎng)在協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的工作過程中系統(tǒng)構(gòu)建的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)與電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行方面發(fā)揮了越來越重要的作用。在此次研究中，使用回歸模型對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的流量展開分析，回歸模型是對(duì)統(tǒng)計(jì)關(guān)系進(jìn)行定量描述的一種數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用其對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)流量展開預(yù)測時(shí)，需要獲取相應(yīng)的觀測數(shù)據(jù)與白噪音數(shù)據(jù)。在此次研究中使用自回歸滑動(dòng)平均模型（ARMA）[4]，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)中的每一工作內(nèi)容所需要的流量進(jìn)行計(jì)算，并估算網(wǎng)絡(luò)流量承載極值，將此作為優(yōu)化的基礎(chǔ)。

1.2 電力通信網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

電力通信網(wǎng)絡(luò)是一種具有典型的電力信息物理融合特征的信息網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)采用信息流與能量流完成信息系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的交互行為。電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)電力空間的運(yùn)行狀態(tài)由物理電網(wǎng)的能量流分布體現(xiàn)的，通過流量分析結(jié)果可知，電力通信系統(tǒng)的狀態(tài)具有不穩(wěn)定性。因而，在此次設(shè)計(jì)中，使用網(wǎng)絡(luò)鏈路風(fēng)險(xiǎn)值，完成對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)安全的評(píng)估?？紤]到網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)和鏈路的風(fēng)險(xiǎn)值對(duì)電力通信專網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)值評(píng)估的影響，將流量分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)負(fù)荷壓力值，繼而完成分析過程。基于電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，采用分層分析法[5]對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)展開評(píng)估。在分析的過程中注重計(jì)算的精準(zhǔn)性，并將計(jì)算結(jié)果與流量分析結(jié)果相結(jié)合。

1.3 電力通信網(wǎng)路由規(guī)劃

在此部分中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的路由展開規(guī)劃。根據(jù)電力通信網(wǎng)絡(luò)的特征，選取粒子群算法[6]作為通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。在規(guī)劃的規(guī)程中，將路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為粒子群中的粒子，并使用此算法獲取路由位置最優(yōu)解。設(shè)定在通信網(wǎng)絡(luò)中，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)可表示為ai，其網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為vi，每一個(gè)路由都具有最佳位置，采用abest表示。相對(duì)的，在網(wǎng)絡(luò)中此路由經(jīng)歷過的最佳位置可表示為agbest，則通過公式可將此路由的最佳位置表示為：

vi=rvi+？墜rand（）（abest-ai）+？墜2rand（）（agbest-ai）（1）

在式（1）中，r為網(wǎng)絡(luò)傳輸速度系數(shù)，？墜為迭代計(jì)算系數(shù)。通過此公式可得到網(wǎng)絡(luò)路由放置的最佳位置，將電力通信網(wǎng)絡(luò)流量分析結(jié)果與電力通信網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與此計(jì)算部分相結(jié)合，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)的位置控制。至此，考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法設(shè)計(jì)完成。

2 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了考慮負(fù)載與風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)合均衡的電力通信網(wǎng)路由優(yōu)化方法的基本性能。為保證此方法的使用效果，設(shè)定實(shí)驗(yàn)分析環(huán)節(jié)，對(duì)文中設(shè)計(jì)方法的使用效果展開檢驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)

在此次實(shí)驗(yàn)中，選用其他兩種傳統(tǒng)優(yōu)化方法與文中設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法展開測試。此次實(shí)驗(yàn)對(duì)象選定為某地區(qū)電力通信核心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銩。通過對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銩的結(jié)構(gòu)展開研究可知，此網(wǎng)絡(luò)中具有40個(gè)節(jié)點(diǎn)以及81條邊組成，使用靜態(tài)分析法對(duì)此網(wǎng)絡(luò)展開研究，得到此網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度為1.405，屬于典型的小世界網(wǎng)絡(luò)。

在此次實(shí)驗(yàn)過程中，使用文中設(shè)計(jì)方法與其他兩種方法對(duì)此電力通信核心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞穆酚山Y(jié)構(gòu)展開優(yōu)化，并對(duì)比此優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)最大鏈路利用率。為提升此實(shí)驗(yàn)的可靠性，將其實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)定為全業(yè)務(wù)矩陣模式與實(shí)際業(yè)務(wù)矩陣模式，并在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)模式下展開10次實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，文中設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法使用效果最佳。在實(shí)驗(yàn)過程中使用文中設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，在兩種不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的最大鏈路利用率均高于其他兩種傳統(tǒng)方法。傳統(tǒng)方法1與傳統(tǒng)方法2的使用效果較差，使用其方法后的最大鏈路利用率較低且不穩(wěn)定，在不同的網(wǎng)絡(luò)模式中，其鏈路利用率容易受到環(huán)境的影響。根據(jù)研究結(jié)果可知，使用傳統(tǒng)方法對(duì)于智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性具有相應(yīng)的不良影響。由此可知，文中設(shè)計(jì)方法的使用效果較佳，其對(duì)路由的優(yōu)化能力較強(qiáng)。

3 結(jié)束語

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，電力通信網(wǎng)絡(luò)也發(fā)生著翻天覆地的變化。電力通信網(wǎng)絡(luò)作為電網(wǎng)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的強(qiáng)力支撐，其可靠性是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。作為電力系統(tǒng)的附屬網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有屬性和傳輸需求的差異。在電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)的今天，其業(yè)務(wù)覆蓋面也逐步擴(kuò)大，電力通信網(wǎng)絡(luò)中的性能優(yōu)化需求越來越迫切，傳統(tǒng)方式的優(yōu)化能力無法滿足網(wǎng)絡(luò)的需求，因而，在此研究中設(shè)定適用于現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)的路由優(yōu)化算法，提升電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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