一种电力光传输网优化方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明属于电力
技术领域：
，具体涉及一种电力光传输网优化方法、装置、设备及存储介质。
背景技术：
：电力光传输网是智能电网的信息基础设施，为电网生产、控制、管理和信息业务提供高速率、低时延、高可靠性的传输通道。随着电力系统向能源互联网的转型升级，电力业务的类型、数量急剧增加，对电力光传输网的通信能力以及安全稳定性提出了更高要求。因此，针对业务的通信带宽、传输时延以及通信中断率等通信需求，对电力光传输网的设备及光缆配置进行合理优化，对于电网的高效稳定运行和长远发展具有十分重要的意义。与公共网络相比，电力光传输网具有两大显著特征，需要再优化。第一，为保障业务通信的安全稳定，电力光传输网采用1+1保护机制，即发端在主备两个信道上发同样的信息(并发)，收端在正常情况下选收主用信道上的业务，因为主备信道上的业务一模一样(均为主用业务)，所以在主用信道损坏时，通过切换选收备用信道而使主用业务得以恢复。第二，由于电力生产控制类业务对通信质量有严格要求，尤其是不能忍受通信中断，因此在部署业务后，应尽量避免更换、调试通信设备等操作。换言之，在部署大批量业务前，应当根据每个业务的通信需求，提前完成电力光传输网的优化升级工作。但是，现有的网络优化方法一般面向公共网络设计，以降低网络部署成本、保障业务传输带宽和时延为主要目标，对通信安全稳定能力(通信中断率以及1+1保护能力)考虑较少，并且没有考虑电力光传输网需要“先网络优化后部署业务”这一特殊情况，导致电力光传输网的优化升级工作存在一定的盲目性和滞后性，不能充分满足电力业务的通信需求。技术实现要素：针对上述问题，本发明提供了解决上述问题的一种电力光传输网优化方法。本发明可在正式部署业务前，自动生成业务传输路由预分配方案，在满足业务通信宽带与时延需求的前提下，使各节点及链路的负载率趋于均衡，有力保障网络的1+1保护能力，有效降低网络故障造成业务通信中断的概率。本发明通过下述技术方案实现：一种电力光传输网优化方法，包括：步骤s1，计算电力光传输网的负载情况，将新业务按照传输时延需求排序，依次使用计及业务通信需求和网络负载均衡的路由规划算法，确定每个新业务的1+1传输路由；步骤s2，根据业务的传输路由，筛选出网络中负载率高于阈值的节点和链路；步骤s3，针对负载率高于阈值的节点和链路，确定优先顺序并按照优选顺序对节点和链路进行优化。优选的，本发明的步骤s1具体包括：步骤s11，根据已部署业务的通信需求，计算网络节点和链路的负载情况；其中，节点的负载情况包括节点已用宽带和节点已承载业务数量，链路的负载情况包括链路已承载业务数量；步骤s12，对于将要部署的新业务，按照传输时延需求对其排序；步骤s13，根据业务排序，依次选取一个新业务，并执行如下过程：根据选取的新业务源目节点以及通信需求，使用计及业务通信需求与网络负载均衡的路由规划算法，确定该业务的传输路由，然后更新该业务路由上节点及链路的负载情况。优选的，本发明的步骤s1.3具体包括：(1)按照排序选取一个待确定路由的新业务，记为业务k，该业务k的源节点记为ik，目的节点记为jk；(2)使用最短路径算法，寻找从节点ik到节点jk的最短路由，作为业务k的候选路由；(3)计算业务采用所述候选路由后，相关节点及链路负载率的变化情况；(4)依次判断候所述选路由上各节点和链路的负载率是否满足第一预设条件、第二预设条件和第三预设条件；所述第一预设条件为：或其中，βn为候选路由上节点n的带宽使用率，为候选路由上节点n的带宽使用率阈值且小于等于0.5，ρn为候选路由上节点n的业务承载率，为候选路由上节点n的业务承载率阈值且小于等于0.5；所述第二预设条件为：其中，ρl为候选路由上链路l的业务承载率，为候选路由上链路l的业务承载率阈值且小于等于0.5；所述第三预设条件为：dk≤dk其中，dk为业务k能够忍受的单向传输时延，dk为业务k候选路由上所有链路时延之和；(5)如果所述候选路由同时满足所述第一预设条件、第二预设条件和第三预设条件，则表明该候选路由是可行的，则将该候选路由确定为业务k的第一条路由，并更新该路由沿途节点和链路的资源占用情况，然后从网络中临时移除这条路由上的节点和链路，重新执行步骤(2)-(5)寻找业务k的下一条路由，以满足1+1保护需求；(6)如果所述候选路由不满足所述第三预设条件，则表明该候选路由以及后续候选路由的传输时延都超过了业务k的时延需求，则中止业务k的路由规划；(7)如果候选路由满足所述第三预设条件，但满足所述第一预设条件或所述第二预设条件，则表明该候选路由不适合作为业务k的传输路由，从网络中临时移除该候选路由中不满足所述第一预设条件或不满足所述第二预设条件的节点和链路，重新执行步骤(2)-(7)，寻找业务k的下一条路由；(8)如果遍历完业务k的所有候选路由，仍未找到同时满足所述第一预设条件、第二预设条件和第三预设条件的路由，则在所有候选路由中，选取正在运行业务数量最少和次最少的两条路由，作为业务k的1+1保护路由；(9)恢复在步骤(7)中临时移除的节点以及链路，结束对业务k的路由规划；(10)按照排序选取下一个待确定路由的业务，记为新的业务k，该业务k的源节点记为ik，目的节点记为jk，执行上述步骤(2)-(9)，重复步骤(10)直到确定所有业务的路由。优选的，本发明的步骤s2具体包括：步骤s21，计算若部署新业务后，网络中节点以及链路的负载率；所述节点的负载率包括节点带宽使用率与节点业务承载率，链路的负载率包括链路业务承载率；步骤s22，根据预先设定的节点以及链路的负载率阈值，筛选出负载率高于阈值的节点和链路。优选的，本发明的s21通过下式计算得到节点的负载率：其中，βn为节点n带宽使用率；bn*为部署所有业务后节点n已用带宽，bn为节点n最大可用带宽；ρn为节点n业务承载率，sn*为部署所有业务后节点n已承载业务数量，sn为节点n最大可承载业务数量；所述步骤s21通过下式计算链路的负载率：其中，ρl为链路l的业务承载率，sl*为部署所有业务后链路l已承载业务数量，sl为链路l最大可承载业务数量。优选的，本发明的s22中的负载率阈值包括：节点宽带使用率阈值、节点业务承载率阈值以及链路业务承载率阈值且节点宽带使用率阈值、节点业务承载率阈值以及链路业务承载率阈值均小于等于0.5；且对于节点而言，如果宽带使用率或业务承载率超出对应阈值，则判定节点负载率高于阈值；对于链路而言，如果业务承载率超出对应阈值，则判定链路负载率高于阈值。优选的，本发明的s3具体包括：步骤s31，根据网络负载率以及运行中业务数量，确定负载率高于阈值的节点和链路的优化顺序；步骤s32，按照优化顺序，根据负载率情况对节点和链路进行优化。第二方面，本发明提出了一种电力光传输网优化装置，包括1+1路由模块、筛选模块和优化模块；其中，所述1+1路由模块计算电力光传输网的负载情况，将新业务按照传输时延需求排序，依次使用计及业务通信需求和网络负载均衡的路由规划算法，确定每个新业务的1+1传输路由；所述筛选模块根据业务的传输路由，筛选出网络中负载率高于阈值的节点和链路；所述优化模块针对负载率高于阈值的节点和链路，确定优选顺序并按照优先顺序对节点和链路进行优化控制。第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。本发明具有如下的优点和有益效果：1、本发明更加适应电力光传输网运行管理的实际需求。本发明在正式部署新业务前，综合考虑业务通信带宽、时延需求以及1+1保护能力，自动生成业务传输路由预分配方案，让业务路由尽量避开高负载节点和链路，使网络负载率整体上趋于均衡，有效降低网络故障造成业务通信中断的概率。2、本发明更加适应电力光传输网建设发展的实际情况。电力光传输网的升级改造需考虑业务安全、建设成本、工程时序等诸多因素，通常需要分为多个阶段完成，不能一蹴而就。本发明能够自动筛选出升级紧迫性最高的节点和链路，并针对性地提供设备光缆改造思路，为规划设计人员制定传输网升级改造方案提供有益参考。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明的方法流程示意图。图2为本发明的路由规划算法流程示意图。图3为本发明的计算机设备结构示意图。图4为本发明的装置结构示意图。图5为本发明的电力光传输网拓扑图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例1本实施例提出了一种计及业务通信质量和容灾保护需求的电力光传输网优化方法，具体如图1所示，本实施例的方法包括：步骤s1，计算电力光传输网的负载情况，将新业务按照传输时延需求排序，依次使用计及业务通信需求和网络负载均衡的路由规划算法，确定每个新业务的1+1传输路由；步骤s2，根据业务的传输路由，筛选出网络中负载率高于阈值的节点和链路；步骤s3，针对负载率高于阈值的节点和链路，确定优先顺序和优化策略。本实施例的步骤s1还包括以下子步骤：步骤s11，根据已部署业务的通信需求，计算网络节点和链路的负载情况；其中，节点的负载情况包括节点已用宽带和节点已承载业务数量，链路的负载情况包括链路已承载业务数量；步骤s12，对于将要部署的新业务，按照传输时延需求对其排序；步骤s13，根据业务排序，依次选取一个新业务，并执行如下过程：根据选取的新业务源目节点以及通信需求，使用计及业务通信需求与网络负载均衡的路由规划算法，确定该业务的传输路由，然后更新该业务路由上节点及链路的负载情况。按照排序选取一个待确定路由的业务(记为k)。该业务的源节点记为ik，目的节点记为jk。为了规划该业务的传输路由，具体如图2所示，本实施例采用的路由规划算法包括以下过程：(1)使用已有的最短路径算法(一般采用dijkstra算法)，寻找从节点ik到节点jk的最短路由(即时延最低的路由)，作为候选路由。(2)计算业务k采用上述候选路由后，相关节点及链路负载率的变化情况。对于候选路由上的节点n，其带宽使用率(βn)和业务承载率(ρn)的计算公式分别为：其中，bk为业务k的通信带宽需求，bn*为部署业务k前节点n已用带宽，bn为节点n最大可用带宽，sn*为节点n已承载业务数量，sn为节点n最大可承载业务数量。对于业务k的候选路由上的链路l，其业务承载率(ρl)的计算公式为:其中，sl*为链路l已承载业务数量，sl为链路l最大可承载业务数量。(3)依次考察候选路由上各节点的负载率是否满足下述条件(以节点n为例)：或其中，βn为节点n的带宽使用率，为节点n的带宽使用率阈值，ρn为节点n的业务承载率，为节点n的业务承载率阈值。与的设置目的是使节点负载维持在较低状态，从而保障网络的1+1保护能力。与的取值可以根据具体情况来确定，但必须满足下述要求：这样一来，当其他节点失效时，节点n依然有足够的通信带宽以及业务承载能力来保障本节点相关业务的1+1保护需求。(4)依次考察候选路由上各链路的资源占有率是否满足下述条件(以链路l为例)：其中，ρl为链路l的业务承载率，为链路l的业务承载率阈值。的设置目的是使链路负载维持在较低状态，从而保障网络的1+1保护能力。其取值可以根据具体情况来确定，但必须满足下述要求：这样一来，当其他链路失效时，链路l依然有足够的通信带宽以及业务承载能力来保障本节点相关业务的1+1保护需求。(5)业务k候选路由上所有链路时延之和记为dk，考察dk是否满足下述条件：dk≤dk其中，dk为业务k能够忍受的单向传输时延。(6)若候选路由同时满足(3)、(4)、(5)的判定条件，则表明该候选路由是可行的。将这条路由确定为业务k的第一条路由，更新沿途节点和链路的资源占用情况，如步骤s1.3中所述。然后，从网络临时移除这条路由上的节点和链路，重新执行(1)-(6)寻找业务k的第二条路由，以满足1+1保护需求。(7)若候选路由不满足(5)的判定条件，则表明这条路由以及后续候选路由的传输时延都超过了业务k的时延需求(因为根据(1)，这条候选路由是业务k的最短距离路由)。在这种情况下，必须对网络进行整体性的改造，例如新建通信站点或光缆等，才能满足业务时延需求。如何确定整体改造方案不在本申请的考虑范围内。因此，中止业务k的路由规划。(8)若候选路由满足(5)的判定条件，但仅满足(3)或(4)之一的判定条件，则表明该候选路由的资源占用过高，暂不适合作为业务k的传输路由。(9)从网络中临时移除上述候选路由中资源占用过高的节点以及链路(即不满足(3)的节点或不满足(4)的链路)，然后重新执行(1)-(9)，寻找下一条候选路由。(10)若已遍历业务k的所有候选路由，仍未找到同时满足(3)、(4)、(5)的路由，则在所有候选路由中，选取正在运行业务数量最少和次最少的两条路由，作为业务k的1+1保护路由。这样选择的目的是尽量降低对正在运行的业务的影响。记录下这两条路由的相关信息，为后续网络优化升级提供参考。(11)恢复在(9)中临时移除的节点以及链路，结束对业务k的路由规划。确定业务k的1+1保护路由后，更新路由上节点与链路的属性。其中，节点属性包括节点已用带宽和节点已承载业务数量，链路属性包括链路已承载业务数量。最后，按照排序选取下一个待确定路由的业务，执行上述(1)—(11)的路由规划算法，直到确定所有业务的路由。本实施例的步骤s2还包括以下子步骤：步骤s21，计算若部署新业务后，网络中节点以及链路的负载率。节点负载率包括节点带宽使用率与节点业务承载率，链路负载率包括链路业务承载率。节点n的带宽使用率(βn)与节点业务承载率(ρn)的计算公式分别如下：其中，bn*为部署所有业务后节点n已用带宽，bn为节点n最大可用带宽，sn*为部署所有业务后节点n已承载业务数量，sn为节点n最大可承载业务数量。链路l的业务承载率(ρl)的计算公式如下：其中，sl*为部署所有业务后链路l已承载业务数量，sl为链路l最大可承载业务数量。s22：根据预先设定的节点以及链路的负载率阈值，筛选出负载率过高的节点和链路。负载率阈值包括：节点带宽使用率阈值、节点业务承载率阈值以及链路业务承载率阈值。对于节点而言，带宽使用率或业务承载率超出对应阈值，即被判定为负载率过高的节点。对于链路而言，业务承载率超出对应阈值，即被判定为负载率过高的链路。负载率阈值可以按需设定，但为了保障电力光传输网的1+1保护能力，应满足下述条件：其中，为节点n的带宽使用率阈值，为节点n的业务承载率阈值，为链路l的业务承载率阈值。本实施例的步骤s3还包括以下子步骤：步骤s31，根据网络负载率以及运行中业务数量，确定节点和链路的优化顺序。对于负载率过高的节点，节点上正在运行的业务数量越多，越应当优先安排优化升级。这是因为节点上正在运行的业务越多，则这个节点一旦出现故障，就越会造成广泛的负面影响。类似地，对于负载率过高的链路，链路上正在运行的业务数量越多，越应当优先安排优化升级。这是因为链路上正在运行的业务越多，则这条链路一旦出现故障，就越会造成广泛的负面影响。步骤s32，按照优化顺序，根据负载率情况对节点和链路进行优化。若节点的带宽使用率过高，可以通过更换高性能传输设备、更换光接口板等方式提升节点通信带宽。若节点的业务承载率过高，可以通过新增传输设备的方式，降低单个设备的业务承载数量。若链路业务承载率过高，可以敷设新光缆或将原光缆更换为纤芯数量更多的光缆，降低单根光纤的业务承载数量，使链路能够承载更多业务。在此基础上，本实施例可自动筛选出升级紧迫性最高的节点和链路，并针对性地提供设备光缆改造思路，为规划设计人员制定网络设施升级改造方案提供有益参考。本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。具体如图3所示，计算机设备包括处理器、存储器和系统总线；存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中存储器包括只读存储器(rom)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(ram)，ram通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。计算机设备一般包括一个存储设备。存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型sd卡)，cd-rom，数字通用光盘(dvd)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口(局域网lan接口)与网络终端相连接。局域网(lan)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。wifi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行电力光传输网优化方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。实施例2本实施例提出了一种电力光传输网优化装置，具体如图4所示，本实施例的装置包括1+1路由模块、筛选模块和优化模块；本实施例的1+1路由模块计算电力光传输网的负载情况，将新业务按照传输时延需求排序，依次使用计及业务通信需求和网络负载均衡的路由规划算法，确定每个新业务的1+1传输路由；本实施例采用的路由规划算法与上述实施例1的路由规划算法相同，此处不再赘述。本实施例的筛选模块根据业务的传输路由，筛选出网络中负载率高于阈值的节点和链路；本实施例的筛选过程与上述实施例1相同，此处不再赘述。本实施例的优化模块针对负载率高于阈值的节点和链路，确定优选顺序并按照优先顺序对节点和链路进行优化控制，本实施例的优化控制与上述实施例1相同，此处不再赘述。实施例3本实施例采用上述实施例提出的方法对某一电力光传输网进行优化。本实施例考虑如图5所示的电力光传输网拓扑图，其中有若干已部署的业务、5个网络节点、8条光缆链路，并有2个待部署的新业务。待部署业务的情况如表1所示。表1业务参数带宽需求时延需求源节点目标节点业务110mbps≤80ms节点a节点b业务220mbps≤100ms节点a节点b1、根据已部署业务的通信需求，计算网络负载情况。由于网络负载的计算较简单且不是本发明的重点内容，故此处略去计算过程，直接给出计算结果，如表2和表3所示。表2节点参数表3链路参数2、对于将要部署的新业务，按照传输时延需求对其排序。根据表1可知，排序结果为：业务1，业务2。3、由于业务1排序较前，因此优先为其安排路由。(1)寻找从业务源节点到业务目标节点的最短路由，作为候选路由。不难看出，第一条候选路由是链路1—节点1—链路2。(2)计算业务采用上述候选路由后，相关节点及链路负载率的变化情况。对于节点1，其带宽使用率(βn＝1)和业务承载率(ρn＝1)分别为：其中，bk＝1为业务1的通信带宽需求，为部署业务1前节点1已用带宽，bn＝1为节点1最大可用带宽，为节点1已承载业务数量，sn＝1为节点n最大可承载业务数量。对于链路1，其业务承载率(ρl＝1)的计算公式为：其中，为链路1已承载业务数量，sl＝1为链路1最大可承载业务数量。同理可得链路2的业务承载率为ρl＝2＝50％(3)考察节点1的负载率：其中，βn＝1为节点1的带宽使用率，为节点1的带宽使用率阈值，ρn＝1为节点1的业务承载率，为节点1的业务承载率阈值。(4)分别考察链路1和链路2的负载率：其中，ρl＝1为链路l的业务承载率，为链路l的业务承载率阈值。其中，ρl＝2为链路l的业务承载率，为链路l的业务承载率阈值。(5)考察候选路由(链路1—节点1—链路2)的时延：dk＝1＝30ms<dk＝1＝80ms其中，dk＝1为候选路由的时延，dk＝1为业务1能够忍受的单向传输时延。(6)不难看出，候选路由同时满足(3)、(4)、(5)的判定条件，表明可以将这条路由确定为业务1的第一条路由。按照(2)的计算结果，更新这条路由上节点和链路的负载率情况。然后，从网络临时移除这条路由上的节点和链路，即网络中只剩下节点2至节点5以及链路3至链路8。接下来，在更新后的重新执行(1)-(6)寻找业务1的第二条路由，以满足1+1保护需求。由于寻找第二条路由的过程与上文相似，故此处直接给出结论：业务的第二条路由为链路3—节点2—链路4—节点3—链路5。接下来，按照业务排序，选取业务2执行s1-3的路由规划算法。与业务1类似，可得出业务2的两条路由分别是：路由1：链路6—节点4—链路7—节点5—链路8，路由2：链路1—节点1—链路2。4、考察若部署业务1和业务2，网络中各节点以及链路的负载率情况。节点负载率包括节点带宽使用率与节点业务承载率，链路负载率包括链路业务承载率。计算结果如表4和表5所示。表4节点负载率(若部署业务1和业务2)表5链路负载率(若部署业务1和业务2)已承载业务数量业务承载率业务承载率阈值链路1660％50％链路2660％50％链路3550％50％链路4550％50％链路5550％50％链路6550％50％链路7550％50％链路8550％50％5、筛选出负载率高于负载率阈值的节点和链路，包括：节点1(带宽使用率过高)、节点4(带宽使用率过高)、节点5(带宽使用率过高)、链路1(业务承载率过高)、链路2(业务承载率过高)。6、确定节点和链路的优化顺序。对于负载率过高的节点，节点上正在运行的业务数量越多(即部署业务1和业务2前已承载的业务)，越应当优先安排优化升级。根据这一思路，可知节点的优化顺序为：节点4(3个正在运行业务)、节点5(3个正在运行业务)、节点1(2个正在运行业务)。对于负载率过高的链路，链路上正在运行的业务数量越多(即部署业务1和业务2前已承载的业务)，越应当优先安排优化升级。根据这一思路，可知节点的优化顺序为：链路1(4个正在运行业务)、链路2(4个正在运行业务)。7、确定节点和链路的升级改造方向(优化电力光传输网的节点和链路)。节点4、节点5、节点1的带宽使用率过高，应当在部署新业务前，通过更换高性能传输设备、更换光接口板等方式，提升节点通信带宽。链路1、链路2的业务承载率过高，应当在部署新业务前，敷设新光缆或将原光缆更换为纤芯数量更多的光缆，降低单根光纤的业务承载数量，使链路能够承载更多业务。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12