一种基于调度数据网络拓扑结构的可靠度评估方法

1.本发明涉及一种基于调度数据网络拓扑结构的可靠度评估方法。


背景技术：

2.电力调度数据网是为电力调度生产服务的专用数据网络，由位于各级主调中心、各直调发电厂和变电站中的路由器设备通过链路连接构成，承载着电力调度多种通信业务，调度数据网的稳定意义重大，调度数据缺失和不稳定，最终可能造成一定规模的电网影响，造成无法估量的损失。因此调度数据网设计网络时，为保证数据传输的可靠度，网络结构的稳定，调度数据网络拓扑结构特殊，具有较高的冗余度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于调度数据网络拓扑结构的可靠度评估方法，能够结合调度数据网络特殊的拓扑结构，分层次完成网络调度数据网络的可靠度评估与分析，这对调度数据网络可靠性分析研究具有重要的理论和实际的应用价值。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于调度数据网络拓扑结构的可靠度评估方法，包括如下步骤：
5.步骤1、抽象调度数据网络，建立可靠度模型；
6.步骤2、结合拓扑结构，确认最小路集；
7.步骤3、计算连通接入网全端可靠度；
8.步骤4、计算主调中心和汇聚节点的可靠度；
9.步骤5、计算调度数据网络的综合可靠度。
10.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够结合调度数据网络特殊的拓扑结构，分层次完成网络调度数据网络的可靠度评估与分析，这对调度数据网络可靠性分析研究具有重要的理论和实际的应用价值。
附图说明
11.图1为本发明方法流程图。
12.图2为本发明一实例的调度数据网网络结构图。
13.图3为本发明一实例的图化间示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
15.本发明一种基于调度数据网络拓扑结构的可靠度评估方法，具体包括抽象调度数据网络，建立可靠度模型，进一步通过分析调度数据网络的拓扑结构，确定核心层主调由器到汇聚路由器的的传输路径集，针对调度数据网络的特殊结构，使用链简化法和图变化法计算各个接入网的全端可靠度，结合路径集计算主调中心(即主调节点)和各个汇聚路由器
(即接入节点)的两端可靠度。最后计算调度数据网络的综合可靠度。如图1所示，本发明方法具体步骤如下：
16.步骤1、抽象调度数据网络，建立可靠度模型。
17.步骤2、结合拓扑结构，确认最小路集。
18.步骤3、计算接入网全端可靠度。
19.步骤4、计算主调中心和汇聚节点的可靠度。
20.步骤5、计算调度数据网络的综合可靠度。
21.具体案例：
22.步骤1、在节点完全可靠的情况下，将调度数据网络抽象为节点和边的拓扑结构图，并建立可靠度模型。
23.将调度数据网络抽象为由设备为节点和链路为边构成的图g＝(n，e),其中n为节点集，共有中n个节点的集合，e为链路集，共有m条链路。假定节点是完全可靠的，第j条链路的可靠度为该链路保持正常连通的概率pj∈[0，1],其中mtbf为平均无故障工作时间。文中所述的可靠度评估，具体是指基于调度数据中心的调度任务的可靠度评估模型，是在多冗余结构下，至少有一条路径正常工作的概率，属于连通可靠度。并结合调度数据网对同等级地调拓扑结构的相似性，进一步计算整个调度数据网络的可靠度。
[0024]
步骤2、抽象调度网络拓扑结构的基础上，通过分析调度数据网络的冗余结构，确定调度数据网络能连通接入网的最小路集。
[0025]
根据调度数据网络的拓扑结构，确定调度数据网络到接入网的传输路径集。在调度数据网络主调中心和地方调度网通信时，为保障通信的稳定性和可靠性，通常由多条可选链路，既有较高的冗余度。根据不同自动化系统业务特点，并考虑便于网络拓展的原则，调度数据网络采用分层结构来组网，以省调主调中心，备调中心为核心节点组成核心层，各级地级市的汇聚节点组成汇聚层、由各地网、厂站接入节点组成接入层。
[0026]
设骨干网络中与省调局域网直连的节点(以下简称主调节点)为c，目标接入网络集为t。与接入层的设备就近接入的两个汇聚层节点称为接入节点，负责各地调、变电站和各直调电厂的业务数据接入。主调节点到接入节点为连通接入网ti。目标接入网络集为各地市级接入网t＝{t1，t2，...tb}，共b个地方接入网。对于接入网ti，省调节点到ti的路径集为o(ti)＝{r1，r2，...，rq}，rq为某条由边组成的，源节点为主调节点，目标节点为接入节点的路径。
[0027]
本发明中以主调节点为源节点，接入接点为目标节点，分析两源两端可靠度，由于调度数据网络的冗余结构，在调度数据网络中，与下层路由器存在5条连接线路，其中任意一条连通，即为连通。如附图2：骨干网核心层由四个省调节点组曾，省调a和备a与各市级节点连接。再接入网中，共有两个汇聚节点负责接受骨干网数据，结合冗余结构，共有最小路径如下。
[0028]
线路r1＝e1，r2＝e9，r3＝e
11e12
，r4＝e5e
10e12
，r5＝e6e
10e12
，r6＝e7e
10e12
，r7＝e1e3，r8＝e5e2e3，r9＝e6e2e3，r
10
＝e7e2e3,r
11
＝e
11e10
e2e3,r
12
＝e
13
，r
13
＝e1e2e
10e12
，。其中虚线为部分二度节点省略的链路。
[0029]
步骤3、针对调度数据网络的特殊结构，结合链简化法和图变化法(图3为本发明一
实例的图化简示例)，计算接入网ti的可靠度；
[0030]
对于每一个地方调度数据网络ti，根据地调接入网的拓扑结构特点，计算全端可靠度r(ti)。接入层的设备通过环型连接方式接入到就近的两个汇聚层节点，环型网采用多个简单环网与汇聚节点相连，其中简单环网为包含多个二度节点的链结构，文中采用链简化法简化网络。进一步地，使用图变化法，简化网络中度数为1和并联链路，使用新边替换删除的节点和边。当图中没有二度节点，一度节点和并联链路时，图中节点和边的数量减少，图简化过程结束。最后计算全端可靠度。
[0031]
图变化中网络简化的约束条件时保持网络的连通可靠度不变，因此每变化后得到网络可靠度的缩减因子λ，是缩减前后网络连通可靠度的比例系数，全端可靠度
[0032]
r＝λ*rs[0033]
其中r为原网络的连通可靠度，rs为缩减后的连通可靠度。
[0034]
图简化过程如下：
[0035]
step1、使用链简化法缩减图中所有的二度节点。根据链简化法，使用新边e来替代在一条链路上的所有二度节点和连接的边，c为链路上边的数量，简化后，新边的可靠度为
[0036][0037]
且缩减因子为
[0038][0039]
step 2、缩减图中所有得一度节点，一度节点的简化，直接去掉对应节点的边和节点，缩减因子即为原边的概率。
[0040]
step 3、缩减简化图中的并联链路，使用一条新的链路替换所有并联链路，特别地汇聚节点无法缩减。多链路并联简化公式
[0041][0042]
step 4、如果图中没有二度节点，一度节点和并联链路，图变化过程结束，计算该图的全端可靠度rs，若图中只留下汇聚节点，则可以使用并联公式计算可靠度，否则使用枚举法计算，进一步，结合缩减因子，得到原图的全端可靠度r，即为接入网全端可靠度r(ti)。否则回到第一步。
[0043]
以某地区的接入网为例，假设所有边的可靠度都为0.9，计算福州某地区接入网的全端可靠度，网络拓扑见附图。
[0044]
step 1、根据某地区接入网的拓扑结构，图中有10个二度节点和二个一度节点，对二度节点进行简化，缩减分别得到新边e1，e2，e3，对于e1，采用链路简化法，c＝4，缩减后新边的概率约为0.692，缩减因子约为为0.948。同理计算e2和e3的可靠度概率，分别为0.692和0.643，得到缩减因子为0.948和0.919。
[0045]
step 2、对两个一度节点进行缩减，缩减链路概率为0.9，计算得到最后的缩减因子0.81。
[0046]
step 3、对并联链路e1，e2，e3进行缩减，得到可靠度0.996。
[0047]
step4、接入网图无法进一步缩减度后，根据公式和缩减因子计算全可靠度，得到全可靠度约为0.669。
[0048]
步骤4、结合步骤2中的最小路集，使用不交积和算法计算省调中心到的接入网ti的可靠度
[0049]
根据最小路基o(ti)，计算主调中心到接入网ti的汇聚节点的两端可靠度。在接入网中，存在地调汇聚节点和区级汇聚节点负责处理来自骨干网络的数据。即为以省调节点为源节点，到接入网络汇聚节点的连通概率。
[0050]
不交积和法是运用不交积和定理计算网络可靠度的一种算法。将网络可靠度表示为全部最小路集的并，然后将这个并化为不相交项的和，进而计算相应的可靠度。对于最小路集o(ti)，有q个最小路集。那么不交积和算法的理论公式表示为：
[0051][0052]
其中为前链路q-1条链路不保持连通，而第q条链路连通的概率。
[0053]
步骤5、计算调度数据网络综合可靠度。
[0054]
对于某地区接入网，根据接入网全端可靠度r(ti)，主调中心到接入网的两端可靠度的p(ti)。计算接入网综合可靠度ri，即省调中心，能够与接入网ti中所有节点保持连通的概率。采用以下计算对于调度数据中心与接入网ti之间，至少有一条路径正常工作的概率。
[0055]ri
＝r(ti)*p(ti)
[0056]
由于调度数据网络中骨干网络采用多层次的冗余结构，而接入网络结构相较简单，因此，结合调度数据网中各级地调网络拓扑结构的相似性，本发明中提出了调度数据网综合可靠度r
l
。综合可靠度计算公式如下，
[0057][0058]
其中b为市级地区个数，wi为各级权重，对于业务数据流量大，供电影响较大的市级，权重值越大。调度数据网络的综合网络连通度进行评估。
[0059]
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。