考虑时延与流量均衡性的广域保护通信迂回通道重构算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统中继电保护领域，是一种考虑时延与流量均衡性的广域保护 通信迂回通道重构算法。
【背景技术】
[0002] 电力系统光纤通信线路运行过程中，工程人员经常需要检修和改造光纤线路，此 时就必须停运待操作的线路。有时光纤线路也会因突发事件而意外中断。在该些情况下， 我们仍期望中断光纤线路上原先承载的电力系统通信业务包括广域保护通信业务能够不 间断运行，实现电力系统持续正常工作。利用剩余健全网络预先构建一条最优迂回通信通 道用于传输需转移的实时业务，可实现电力系统通信业务包括广域保护通信业务持续、高 效运行。
[0003] 现有的一种构建最优迂回通信通道算法是将信道时延和带宽利用率两个参数用 于蚁群算法中选择最优迂回通信通道，但是只考虑了网络正常时各信道的时延，未考虑需 转移的数据流量加入备选信道后对备选信道通信时延造成的影响，其所选最优路径可能在 加入转移数据后变得堵塞（刘宝，尹项根，李振兴，等.基于蚁群算法的广域保护迂回通信 通道重构技术研究[时.中国山东济南；中国电工技术学会电力系统控制与保护专业委员 会，2012. 98-103)。另一种算法基于最短信道长度选择最优迂回通信通道，但是信道长度 只是影响通信时延的一部分因素，仅考虑信道长度不足W完整地反映出信道的时延特性 (鲍晓慧.基于迂回方式的继电保护信道重构技术[J].武汉理工大学学报，2010,23(4); 578-582)。还有观点提出基于安全性选择最优迂回通信通道，然而广域保护对通信时延有 着严格的要求，此方案不能满足广域保护快速性的要求（高会生，王慧芳.基于安全性的继 电保护光纤迂回通道路径选择[J].电力系统保护与控制，2014,42(14) ;25-31)。
【发明内容】
[0004] 本发明W选择出时延最短和流量均衡的迂回通信通道为目标。选取影响发送时延 的信道带宽倒数，影响传输时延的信道长度，影响排队时延的信道利用率=者之和作为权 重指标，用于改进的DiAstra算法中选择最优迂回通信通道。在计算信道利用率时，考虑 转移数据流入备选信道对备选信道内数据排队时延的影响，预算加入转移数据后备选信道 的信道利用率。在选择最优路径时，考虑转移数据流入备选信道后可能使备选信道变得堵 塞，提前筛选并剔除无法容纳转移数据流量和流入转移流量后堵塞的信道。本发明考虑影 响信道时延的因素较为全面，预先估计了转移流量可能对备选信道的影响，使所选最优路 径时延最短，并且可W选择出流入转移数据后仍不堵塞的信道，达到使所选各信道上流量 较为均衡的目的。
[0005] 本发明采取的技术方案为：
[0006] 考虑时延与流量均衡性的广域保护通信迂回通道重构算法，包括W下步骤：
[0007] 步骤一：基于通信网络当前拓扑结构建立两中断节点间的预迂回路径表；
[0008]步骤二：综合影响信道时延的各种因素，选择影响发送时延tf的信道带宽倒数1/B、影响传输时延t,的信道长度山影响排队时延tP的信道利用率U，作为重构最优路径的影 响因子；
[0009]步骤考虑转移数据流入备选信道后，对备选信道内数据排队时延tp造成的影 响，根据排队时延tp与信道利用率U成指数关系，预算包含转移数据流量的备选信道的信 道利用率U;
[0010] 步骤四：对预迂回路径表内所有信道的信道带宽倒数和信道长度做归一化处理， 将归一化处理的带宽倒数、信道长度和预算的信道利用率=者加权得权重指标；
[0011] 步骤五；检查所有备选信道能否容纳转移数据流量Tt，剔除不能容纳转移流量的 备选信道，考虑转移数据流量Tt流入备选信道后，可能使备选信道时延过大，发生堵塞，剔 除加入转移流量后发生堵塞的备选信道，最终形成可用的预迂回路径表；
[0012] 步骤六：把可用的预迂回路径表下路径总权重最小作为改进DiAstra算法寻优 目标。将权重指标作为改进DiAstra算法选择最优路径的条件，运用改进的DiAstra算 法选择出最优迂回通信通道。
[0013]步骤一中，W中断信道一端为起点，另一端为终点，根据通信网络当前拓扑结构罗 列由起点到终点的所有迂回路径。
[0014]步骤二中，发送时延tf=1/B，1为数据帖长度，B为信道带宽；传输时延t,=d/v，d为信道长度，V为电磁波在信道上的传播速度；排队时延tp=au(a〉l)，u为信道利用率。
[0015]步骤S中，信道利用率U=Tm"/B，Tm。,为加入转移数据后备选信道最大流量，B为 相应备选信道的带宽。
[0016]步骤四中，归一化处理信道带宽倒数
为第i条信道带 宽倒数归一化处理后的值，为通信网中信道带宽倒数最大值，（1/B)mi。为通信网中 信道带宽倒数最小值。归一化处理信道长度
<为第i条信道长度归一化 处理后的值，屯"为通信网中信道长度最大值，dmi。为通信网中信道长度最小值。选择最优 路径的权重指标巫=巧/公巧*4.|+似;V,.，巫i为通信网络中i信道的权重值，《 1为归 一化的信道带宽倒数1/耸的系数，为归一化的信道长度却的系数，为信道利用率yi 的系数。《1，和《巧相对值，在不同的目标下，《 1，和《 3的相对大小会发生变化。
[0017] 步骤五中，判断Tit+Tw〉Bi是否成么是则剔除第i条信道，否则即第i条 信道可容纳转移流量，保留该信道为可用备选信道。Tit为流入第i条信道的转移流 量，Ti。为第i条信道原有的最大数据流量，Bi为第i条信道的带宽。然后，计算权重 0,.=巧巧八,，用于判断可能堵塞的信道。因为信道利用率y是反映转移数 据使备选信道时延增大的主要因素，所W推荐取《1= 1，《 2= 1，《 3= 5。筛选出权重值 最大的〇,该值对应的信道是流入转移数据后可能堵塞的信道，在预迂回路径表中剔除包 含堵塞信道的路径，最终形成可用的预迂回路径表。
[0018]步骤六中，将权重指标〇作为改进DiAstra算法选择最优路径的条件。此时，重 新计算0,.=巧/《+巧*式-fw, ，因为信道长度d和信道利用率y是反映信道整体时延 的主要因素，所W此时推荐取"1=1，《2=2,《3=2。执行改进Dijkstra算法时，选择 出与源点S相邻且权重值最小的点i;Wi为中间点计算& (i)+q(i,j)，& (i)为节点i与 源点s间信道上的权值，q(i，如为i到j信道上的权重值。比较〇 (i)+q(i，如与〇 (j)， 若〇 (i)+q(i，_]'）小于〇 (j)，则更新〇Ci)为〇 (i)+q(i，_]'），否则不更新；将此时B集合中 与起点间权重值最小的点j加入A集合中，若有多个点与起点权值相同且均为最小，则可W 任意选择一点加入A集合中；重复W上两点，直到检测到终点e包含入A集合。
[0019] 本发明是一种考虑时延与流量均衡性的广域保护通信迂回通道重构算法，优点在 于：
[0020] 1)、本发明在考虑迂回通道时延时，综合了影响发送时延的信道带宽倒数、影响传 输时延的信道长度、影响排队时延的信道利用率=个参数，并将该=个参数之和作为广域 保护通信迂回通道重构的权重指标。考虑时延的影响因素较为全面，使所选最优迂回通道 时延最小。
[0021] 2)、本发明在计算影响备选信道排队时延的信道利用率时，预先考虑中断信道上 需转移的数据流量流入备选信道后，对备选信道内数据排队时延的影响。利用加入转移 数据后备选信道的总数据流量预算备选信道的信道利用率，并将其用于迂回通道重构算法 中，使得所选最优迂回通道上各个信道的信道利用率受到限制，避免了个别信道上排队时 延骤增的情况，实现了最优迂回通道的流量均衡。
[0022] 3)、本发明在选择迂回