网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法

1.本发明涉及电力通信网络安全技术领域，特别涉及网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法。


背景技术：

2.现有的网络攻击下电力信息网连锁故障研究，主要有系统脆弱性分析、风险评估、攻防博弈等方法。如基于复杂网络理论，结合复杂网络中的度数和介数等特性，构建节点线路脆弱性指标，辨识电力信息网的脆弱节点和线路并加以保护，防止电力网发生连锁故障。或从攻击者角度考虑影响攻击行为和网络间节点关系因素的网络攻击风险评估方法，评估出电力网的状态脆弱性，寻找攻击路径。或通过构建网络攻击变电站以及攻击预防的博弈演化模型，模拟连续网络攻击下，系统达到平衡时，电力系统受到攻击的脆弱部分，评估电力系统持续遭受网络攻击的网络安全风险，检测出电力系统容易遭受网络攻击的脆弱环节。但这些方案中未考虑信息传输特性如延时、丢包率和带宽等对电力信息网连锁故障的影响，同时均未考虑网络攻击对网络诱导延时以及数据丢包的影响，从而导致电力信息物理网故障加剧传播。
3.综上所述，目前尚无一种在网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网的路由策略，可以有效解决网络攻击加剧网络诱导延时和数据丢包问题，从而提升数据包的传输性能，降低电力信息网连锁故障程度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法，在连锁故障的动态过程中加入了dos攻击，攻击网络的通信信道，导致上行通信信道中的电网状态信息和下行通信信道中的调度信息丢失，模拟了网络攻击下的电网连锁故障演化过程。
5.本发明提供的具有上述网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法，主要思路为：首先在网络攻击下的电力信息网连锁故障模型中，对不同的信息网拓扑结构，结合信息传输特性构建电力信息网连锁故障方案。然后，在开放式最短路径优先(open shortest path first,ospf)路由策略的基础上，将线路脆弱性指标和削减负荷量作为上/下行通道数据包的优先级，同时设置端到端时间阈值并基于主动丢包策略来判定数据包的接收状态，构建基于数据包优先级的改进ospf路由策略，建立电力信息网连锁故障模型。最后，针对ieee-39节点系统分析改进ospf路由策略进行数据包的传输过程、拒绝服务(denial of service,dos)攻击下网络诱导延时和数据丢包对电力网运行状态和拓扑结构的影响，以及dos攻击下考虑信息网的拓扑结构不同时信息网传输特性对电力网性能影响。对不同的信息网拓扑结构，统计连锁故障结束后的发电机出力、负荷和节点数目，并分析网络攻击下考虑信息网传输特性的连锁故障对电力网的影响和信息网拓扑不同时考虑信息网传输特性的连锁故障对电力网影响。
6.本发明提供的具有上述网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法，包括以下操作步骤：
7.s1.通过ieee-39节点系统生成初始物理网络和初始信息网络；
8.s2.电力节点和信息节点按照“度数－度数”的耦合方式进行耦合，并设置电力网负荷损失率阈值；
9.s3.随机断开其中一条电力线路作为电力网初始故障，触发电力网连锁故障；
10.s4.电力网直流潮流计算，判断电力网负荷损失率是否大于设置的阈值；如果是，连锁故障结束，否则，进行步骤五；
11.s5.判断是否存在潮流过载线路，若存在，产生线路过载数据包；否则，连锁故障结束；
12.s6.判断是否对上行通道施加dos攻击；如果是，向上行通道发送大量无用数据包；否则，进行下一步；
13.s7.按照ospf路由策略进行一次数据包传输；
14.s8.计算每个数据包的延时并确定其接收状态，判断是否有数据传输时间小于阈值的线路，切除相应线路并产生线路过载数据包，修改实际电力信息网参数；
15.s9.判断调度中心是否接收线路过载数据包，如果接收到，调度中心依据潮流跟踪算法施加过负荷控制策略，生成调控指令；
16.s10.判断是否对下行通道施加dos攻击；如果是，向下行通道发送大量无用数据包；否则，进行下一步；
17.s11.按照路由策略传输调控指令；
18.s12.判断是否有调控指令到达相应的电力网节点，如果有，电力网进行调度控制；
19.s13.判断发电机出力是否减为零，负荷是否全部切除或者电力网是否能稳定运行；如果是，连锁故障结束，否则断开电力网中的过载线路，返回步骤五。
20.根据本发明提供的网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法，当电力网发生故障，所述s6步骤中线路过载信息通过上行通道传递给调度中心，调度控制指令通过下行通道传递给电力网，若负荷节点遭受dos攻击将加剧连锁故障，为此需要分析dos攻击特性。
21.dos攻击特性
22.首先，定义矩阵zk∈r
l
×1为需通过上行通道传输的线路过载信息矩阵，即：
[0023][0024]
式中，z
ki
表示在k时刻第i条线路需上传的线路过载信息，i＝1,l,l条线路。
[0025]
定义矩阵为uk∈r
l
×m下行通道需传输的调控指令矩阵，表示k时刻电力网中m台发电机对l条线路的优化调控指令，即：
[0026][0027]
式中，uk(i,j)表示第j台发电机根据电力网中第i条线路的过载量减少的发电机出力数据。
[0028]
假设dos攻击的一个攻击周期为t分为攻击时段和休眠时段(无攻击)，可描述为：
[0029][0030]
式中，y
dos
(t)表示第n个攻击周期，y
dos
(t)＝1表示dos攻击处于攻击时段，y
dos
(t)＝0表示dos攻击处于休眠时段。若y
dos
(t)＝1，电力网上行或下行通信信道遭受dos攻击，运用伯努利分布刻画dos攻击引起的通信信道的数据丢包特性。
[0031]
当攻击者发起连续dos攻击，将会导致数据包连续丢失，为了描述线路过载信息和调控指令的传输情况，首先定义矩阵λ∈r，其元素服从伯努利分布特性，可表示如下：
[0032]
pr(λ(i)＝0)＝ρ,pr(λ(i)＝1)＝1-ρ
[0033]
式中，pr(
·
)表示概率，λ(i)表示矩阵中λ的第i个元素，它代表着第i个潮流信息和调控指令的传输状态，其值为0或1；若λ(i)＝0，则表明潮流信息或者调控指令丢失；若λ(i)＝1，则表明潮流信息或者调控指令成功传输，ρ∈(0,1)表示数据包丢失概率。
[0034]
为表明线路过载信息和调控指令受到dos攻击，采用hadamard积将线路过载信息矩阵和调控指令矩阵以“乘积”的形式表示出来，运算规则如下：m
×
n维矩阵k＝[k
ij
]与m
×
n维矩阵h＝[h
ij
]的hadamard积记作k*h，其元素定义为两个矩阵对应元素的乘积(k*h)
ij
＝k
ijhij
的m
×
n矩阵。
[0035]
那么，受到dos攻击后的线路过载信息矩阵和调度控制矩阵表示为：
[0036]
zk′
＝zk*λ1,λ1∈r
l
×1[0037]
uk′
＝uk*λ2,λ2∈r
l
×m[0038]
式中，λ1和λ2分别为线路过载信息和调控指令的dos攻击矩阵。
[0039]
根据本发明提供的网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法，所述s7中ospf路由策略基于“最短路径传输”原则，通过信息节点的待处理数据包队列长度，确定数据包的下一个传输节点。每一个信息节点可能会有多个邻居节点，邻居节点都有可能被选作下一个源节点，被选作新的源节点的概率是由与目的节点的距离和数据包的队列长度决定的，基于ospf路由策略，计算数据包传输过程中每个邻居节点被选择的概率如下：
[0040]
1)对于一个待传输数据包的信息节点vi，其邻居节点ni的集合为，则定义一个邻居节点j∈ni到目的节点的有效距离hj为：
[0041]hj
＝hddj+(1-hd)cj[0042]
式中，dj为邻居节点vj与目的节点的最短路径长度，cj为邻居节点vj的队列长度，hd为路由策略控制系数。
[0043]
2)根据有效距离hj，计算邻居节点vj被选择的概率即：
[0044][0045]
式中，τ为路由策略选择邻居节点作为下一个目的节点概率的控制系数。
[0046]
考虑以上信息节点的选择概率，ospf路由策略的数据传输过程如下：
[0047]
1)信息节点接收到数据包，判断数据包的目的节点是否在邻居节点中，若在，则完成数据包的传输，否则，进行下一步；
[0048]
2)依据ospf路由策略计算每个邻居节点被选择作为下一个目的节点的概率p
sel
；
[0049]
3)按照概率p
sel
选择下一个邻居节点，将数据包传输至该邻居节点，并将该邻居节点设定为新的源节点；
[0050]
4)重复上述过程，直至目的节点接收到该数据包。
[0051]
在信息网中，通常认为调度中心可以无限制的处理数据包，而其他信息节点在每个时间跳数内只能处理一个数据包，且按照先进先出的原则传输和处理数据包。
[0052]
根据本发提供的网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由处理方法，所述s9中电力网采取基于潮流跟踪算法的过负荷控制策略，消除因电力线路故障造成的部分线路过载。
[0053]
(1)潮流跟踪算法
[0054]
定义p是流经节点的功率，以发电机和负荷为研究对象，将发电机出力以及负荷当作基准值，pa、pb是流入功率，pc、pd是流出功率。根据传统的比例分配原则，流入功率在流出功率中所占的份额分别为p
ac
、p
ad
、p
bc
和p
bd
，如下式所示：
[0055][0056][0057]
发电机g对线路l的占用率即为发电机g的出力分配到线路l上的功率与线路l上的实际潮流的比值，即：
[0058][0059]
式中，p
l,g
为发电机g分配到线路l上的功率，为线路l上的实际潮流。
[0060]
根据上式中占用率的定义求得发电机对l条过载线路的占用率，为：
[0061][0062]
(2)过负荷控制策略
[0063]
假设线路l未过载之前的实际功率为线路l的过载量为则过载量占线路l的实际潮流的比值为那么发电机gi根据过载量对线路l的占用率得到减少的发电机出力为：
[0064][0065]
式中，为发电机gi的实际出力，g-为参加减出力调节的发电机集合。
[0066]
电力网中发电机减少出力，相应的也要削减一定的负荷。定向切负荷需要根据减少的发电机出力，选择对过载线路有占有率的各个负荷，按照对这些负荷有功率分配的发电机提供的功率比例减少负荷，即：
[0067][0068]
式中，为发电机gi对负荷lk的功率供给量，同理。l-为需要切除的负荷的集合。
[0069]
网络攻击和信息网固有的诱导延时和丢包特性使得线路过载信息丢包，电力网受到网络攻击后的发电机和负荷对过载线路占用率分别为or1″
和or2″
，根据过负荷控制策略得到发电机gi减少的出力和负荷lk削减的负荷量分别为：
[0070][0071][0072]
式中，为发电机gi对过载线路l的占用率。
[0073]
(3)网络攻击后考虑信息传输特性的电力网直流潮流计算
[0074]
电力节点根据调度中心下达的调度控制指令进行调度控制，电力网的状态和拓扑结构改变，电力网的节点注入功率矩阵为p
″
，支路潮流矩阵为f
″
，直流潮流求解得到：
[0075]
p
in
″
＝diag(p
″
)+f
″
[0076]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
[0077]
有益效果
[0078]
与现有技术相比，本发明的具有显而易见的突出的实质性特点和显著的优点：
[0079]
1、本发明在连锁故障的动态过程中加入了dos攻击，攻击网络的通信信道，导致上行通信信道中的电网状态信息和下行通信信道中的调度信息丢失，模拟了网络攻击下的电网连锁故障演化过程；
[0080]
2、本发明可通过改进的ospf路由策略，结合了线路脆弱值和负荷削减值数据包的优先级，可以保证重要线路的过载信息和调控信息优先到达目的节点，缓解网络攻击下考虑网络诱导延时和丢包特性的连锁故障中导致的电力网负荷损失、节点损失以及发电机减少出力严重程度；
[0081]
3、本发明基于潮流跟踪算法的过负荷控制策略，根据发电机和负荷节点对线路的占用率减少各台发电机对过载线路的出力，同时减少与发电机出力等量的负荷可以有效消除线路过载，改善电力网的失稳状态，缓解线路过载风险，抑制连锁故障的快速传播，降低连锁故障的严重程度。
附图说明
[0082]
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明。
[0083]
图1为星型电力信息网拓扑图。
[0084]
图2为网状电力信息网拓扑图。
[0085]
图3为无标度结构的电力信息网拓扑图。
[0086]
图4为小世界结构的电力信息网拓扑图。
[0087]
图5为网络攻击下考虑信息网传输特性的电力信息网连锁故障研究方案图。
[0088]
图6为考虑数据包优先级的路由策略。
[0089]
图7为网络攻击下考虑信息网传输特性的电力信息网连锁故障流程图。
[0090]
图8为电力信息节点一一对应图。
[0091]
图9-16为上行通道数据包传输过程图。
[0092]
图17-18为电力网连锁故障拓扑变化过程图。
[0093]
图19为dos攻击下考虑传输特性的剩余发电机出力率累积分布函数图。
[0094]
图20为dos攻击下考虑传输特性的剩余负荷率累积分布函数图。
[0095]
图21为dos攻击下考虑传输特性的剩余节点累积分布函数图。
[0096]
图22-23为小世界和无标度结构信息网节点度大小分布图。
[0097]
图24为电力信息网连锁故障结束后剩余发电机出力率累积分布函数图。
[0098]
图25电力信息网连锁故障结束后剩余负荷率累积分布函数图。
[0099]
图26电力信息网连锁故障结束后剩余总节点累积分布函数图。
具体实施方式
[0100]
本部分将结合附图详细描述本发明的具体实施例，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0101]
如图1-2所示，信息网可被描述为一个由节点和边构成的连通图，有星型和网状两种典型结构，其中星型信息网符合无标度网络结构特征，网状信息网符合小世界网络结构特征。根据图2的信息网结构，分别生成无标度结构和小世界结构的电力信息网拓扑。
[0102]
如图3所示，无标度网络因具有的不断增长和优先连接特性，使整个网络出现少量高度数节点，数目较多的低度数节点现象，这些高度数节点就是无标度网络中的关键节点，导致网络面对蓄意攻击时具有脆弱性，面对随机攻击时具有较强的鲁棒性。
[0103]
如图4所示，小世界网络具有的“高聚类，短路径”小世界特性使得网络中节点的联系紧密，网络中的各类信息能够迅速蔓延至整个网络。小世界网络具有较大的聚类系数和较小的特征路径长度，聚类系数表示网络中各个节点之间联系的紧密程度，特征路径长度表示网络的平均最短路径长度。其中，最短路径长度表示任意节点对(vi,vj)之间的距离d
(i,j)
，为节点vi与节点vj之间最短路径经过的边的数目。
[0104]
如图5所示，一种考虑信息网传输特性的电力信息网连锁故障具体研究方案，针对电力信息网中存在的网络诱导延时、数据丢包问题，首先考虑信息网的诱导延时和丢包特性，采用改进的ospf路由策略进行数据包的传递以提升数据包传输性能，在上行和下行通道中分别将线路脆弱性指标和削减负荷量作为数据包的优先级以保障重要的数据包及时到达目的节点，并设置端到端时间阈值η
max
来判定数据包的接收状态；建立网络攻击下考虑
信息网传输特性的电力信息网连锁故障模型，进一步针对信息网的拓扑结构不同导致的数据包传递时间和路由路径的差异问题，基于复杂网络中的小世界和无标度网络结构对信息网拓扑结构建模；最后，在网络攻击下，考虑不同拓扑结构的信息网的网络诱导延时和数据丢包特性，采用改进的ospf路由策略，研究连锁故障对电力网性能的影响。
[0105]
如图6所示，一种考虑数据包优先级的改进ospf路由策略传输过程，主要步骤为：
[0106]
在初始阶段，信息节点生成上行通道最大优先队列和下行通道最大优先队列用于缓存上行通道和下行通道数据包。
[0107]
在传输阶段，每个电力信息节点从邻近电力节点接收上行和下行数据包，根据上行数据包优先级指标计算上行数据包优先级并使用上行通道最大优先队列缓存，根据下行数据包优先级指标计算下行数据包优先级并使用下行通道最大优先队列缓存。最大优先队列根据数据包优先值按照最大优先原则和先进先出原则对数据包进行排列存储，最大优先级的数据包排在队列首端。
[0108]
在处理阶段，每个信息节点从上行通道最大优先队列和下行通道最大优先队列取出两个队列首端数据包，根据ospf路由策略计算数据包下一跳节点并传输，假设在每个时间跳数内每个电力信息节点只能处理一个上行数据包和一个下行数据包。
[0109]
运用考虑数据包优先级的改进ospf路由策略，在每个时间跳数内，信息节点优先将关键线路的线路脆弱性数据包和失负荷量多的调控指令进行传递，从而使得这些优先级高的数据包能够及时上传和下发。
[0110]
如图7所示，一种网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由策略，主要包括以下步骤：
[0111]
步骤一，给定由ieee-39节点系统生成初始物理网络和初始信息网络；
[0112]
步骤二，基于复杂网络理论，将电力节点和信息节点按照“度数－度数”的耦合方式进行耦合，并设置电力网负荷损失率阈值η
max
；
[0113]
步骤三，随机断开一条电力线路作为电力网初始故障，触发电力网连锁故障；
[0114]
步骤四，电力网直流潮流计算。判断电力网负荷损失率是否大于设置的阈值η
max
；如果是，连锁故障结束，否则，进行步骤五；
[0115]
步骤五，判断是否存在潮流过载线路，若存在，产生线路过载数据包；否则，连锁故障结束；
[0116]
步骤六，判断是否对上行通道施加dos攻击；如果是，向上行通道发送大量无用数据包；否则，进行下一步；
[0117]
步骤七，按照改进的ospf路由策略进行一次数据包传输；
[0118]
步骤八，计算每个数据包的延时并确定其接收状态，判断是否有数据传输时间小于阈值的线路，切除相应线路并产生线路过载数据包，修改实际电力信息网参数；
[0119]
步骤九，判断调度中心是否接收线路过载数据包，如果接收到，调度中心依据潮流跟踪算法施加过负荷控制策略，生成调控指令；
[0120]
步骤十，判断是否对下行通道施加dos攻击；如果是，向下行通道发送大量无用数据包；否则，进行下一步；
[0121]
步骤十一，按照改进的路由策略传输调控指令；
[0122]
步骤十二，判断是否有调控指令到达相应的电力网节点，如果有，电力网进行调度
控制；
[0123]
步骤十三，判断发电机出力是否减为零，负荷是否全部切除或者电力网是否能稳定运行；如果是，连锁故障结束，否则断开电力网中的过载线路，返回步骤五。
[0124]
在本实施例中，在所述步骤六和步骤十中，当电力网发生故障，线路过载信息通过上行通道传递给调度中心，调度控制指令通过下行通道传递给电力网，若遭受dos攻击将加剧连锁故障，为此需要分析dos攻击特性。
[0125]
(1)dos攻击特性
[0126]
首先，定义矩阵zk∈r
l
×1为需通过上行通道传输的线路过载信息矩阵，即：
[0127][0128]
式中，z
ki
表示在k时刻第i条线路需上传的线路过载信息，i＝1,l,l条线路。
[0129]
定义矩阵uk∈r
l
×m为下行通道需传输的调控指令矩阵，表示k时刻电力网中m台发电机对l条线路的优化调控指令，即：
[0130][0131]
式中，uk(i,j)表示第j台发电机根据电力网中第i条线路的过载量减少的发电机出力数据。
[0132]
假设dos攻击的一个攻击周期为t分为攻击时段和休眠时段(无攻击)，可描述为：
[0133][0134]
式中，y
dos
(t)表示第n个攻击周期，y
dos
(t)＝1表示dos攻击处于攻击时段，y
dos
(t)＝0表示dos攻击处于休眠时段。若y
dos
(t)＝1，电力网上行或下行通信信道遭受dos攻击，运用伯努利分布刻画dos攻击引起的通信信道的数据丢包特性。
[0135]
当攻击者发起连续dos攻击，将会导致数据包连续丢失，为了描述线路过载信息和调控指令的传输情况，首先定义矩阵λ∈r，其元素服从伯努利分布特性，可表示如下：
[0136]
pr(λ(i)＝0)＝ρ,pr(λ(i)＝1)＝1-ρ
[0137]
式中，pr(
·
)表示概率，λ(i)表示矩阵λ中的第i个元素，它代表着第i个潮流信息和调控指令的传输状态，其值为0或1；若λ(i)＝0，则表明潮流信息或者调控指令丢失；若λ(i)＝1，则表明潮流信息或者调控指令成功传输，ρ∈(0,1)表示数据包丢失概率。
[0138]
为表明线路过载信息和调控指令受到dos攻击，采用hadamard积将线路过载信息矩阵和调控指令矩阵以“乘积”的形式表示出来，运算规则如下：m
×
n维矩阵k＝[k
ij
]与m
×
n维矩阵h＝[h
ij
]的hadamard积记作k*h，其元素定义为两个矩阵对应元素的乘积(k*h)
ij
＝k
ijhij
的m
×
n矩阵。
[0139]
那么，受到dos攻击后的线路过载信息矩阵和调度控制矩阵表示为：
[0140]
zk′
＝zk*λ1,λ1∈r
l
×1[0141]
uk′
＝uk*λ2,λ2∈r
l
×m[0142]
式中，λ1和λ2分别为线路过载信息和调控指令的dos攻击矩阵。
[0143]
在本实施例中，在所述步骤七中，ospf路由策略基于“最短路径传输”原则，考虑信息节点的待处理数据包队列长度，确定数据包的下一个传输节点。每一个信息节点可能会有多个邻居节点，邻居节点都有可能被选作下一个源节点，被选作新的源节点的概率是由与目的节点的距离和数据包的队列长度决定的，基于ospf路由策略，计算数据包传输过程中每个邻居节点被选择的概率如下：
[0144]
1)对于一个待传输数据包的信息节点vi，其邻居节点的集合为ni，则定义一个邻居节点j∈ni到目的节点的有效距离hj为：
[0145]hj
＝hddj+(1-hd)cj[0146]
式中，dj为邻居节点vj与目的节点的最短路径长度，cj为邻居节点vj的队列长度，hd为路由策略控制系数。
[0147]
2)根据有效距离hj，计算邻居节点vj被选择的概率即：
[0148][0149]
式中，τ为路由策略选择邻居节点作为下一个目的节点概率的控制系数。
[0150]
考虑以上信息节点的选择概率，ospf路由策略的数据传输过程如下：
[0151]
1)信息节点接收到数据包，判断数据包的目的节点是否在邻居节点中，若在，则完成数据包的传输，否则，进行下一步；
[0152]
2)依据ospf路由策略计算每个邻居节点被选择作为下一个目的节点的概率p
sel
；
[0153]
3)按照概率p
sel
选择下一个邻居节点，将数据包传输至该邻居节点，并将该邻居节点设定为新的源节点；
[0154]
4)重复上述过程，直至目的节点接收到该数据包。
[0155]
在信息网中，通常认为调度中心可以无限制的处理数据包，而其他信息节点在每个时间跳数内只能处理一个数据包，且按照先进先出的原则传输和处理数据包。
[0156]
在本实施例中，在所述步骤九中，电力网主要采取基于潮流跟踪算法的过负荷控制策略，以达到消除因电力线路故障造成的部分线路过载。
[0157]
(2)潮流跟踪算法
[0158]
定义p是流经节点的功率，以发电机和负荷为研究对象，将发电机出力以及负荷当作基准值，pa、pb是流入功率，pc、pd是流出功率。根据传统的比例分配原则，流入功率在流出功率中所占的份额分别为p
ac
、p
ad
、p
bc
和p
bd
，如下式所示：
[0159][0160][0161]
发电机g对线路l的占用率即为发电机g的出力分配到线路l上的功率与线路l上的实际潮流的比值，即：
[0162][0163]
式中，p
l,g
为发电机g分配到线路l上的功率，为线路l上的实际潮流。
[0164]
根据上式中占用率的定义求得发电机对l条过载线路的占用率，为：
[0165][0166]
(3)过负荷控制策略
[0167]
假设线路l未过载之前的实际功率为线路l的过载量为则过载量占线路l的实际潮流的比值为那么发电机gi根据过载量对线路l的占用率得到减少的发电机出力为：
[0168][0169]
式中，为发电机gi的实际出力，g-为参加减出力调节的发电机集合。
[0170]
电力网中发电机减少出力，相应的也要削减一定的负荷。定向切负荷需要根据减少的发电机出力，选择对过载线路有占有率的各个负荷，按照对这些负荷有功率分配的发电机提供的功率比例减少负荷，即：
[0171][0172]
式中，为发电机gi对负荷lk的功率供给量，同理。l-为需要切除的负荷的集合。
[0173]
网络攻击和信息网固有的诱导延时和丢包特性使得线路过载信息丢包，电力网受到网络攻击后的发电机和负荷对过载线路占用率分别为or1″
和or2″
，根据过负荷控制策略得到发电机gi减少的出力和负荷lk削减的负荷量分别为：
[0174][0175][0176]
式中，为发电机gi对过载线路l的占用率。
[0177]
(4)网络攻击后考虑信息传输特性的电力网直流潮流计算
[0178]
电力节点根据调度中心下达的调度控制指令进行调度控制，电力网的状态和拓扑结构改变，电力网的节点注入功率矩阵为p
″
，支路潮流矩阵为f
″
，直流潮流求解得到：
[0179]
p
in
″
＝diag(p
″
)+f
″
[0180]
如图9-16所示，上行通道数据包传输过程，主要包括：线路l
2-30
作为初始故障线
路，发生断线故障后，线路l
3-18
、l
4-5
、l
8-9
、l
9-39
、l
11-12
、l
14-15
和l
17-27
发生过载，信息节点5、9、12、15、18、27、39为线路过载数据包的源节点，节点16为目的节点，以过载线路的脆弱值评判故障数据包的优先级，通过改进的ospf路由策略进行数据包传输。在图9中，7个线路过载数据包开始第一跳传输，线路l
14-15
的过载信息由节点15传至调度中心，调度中心接收到线路过载信息后开始进行调度，线路l
3-18
、l
17-27
的过载信息分别通过节点18、27传至节点17，根据数据包最大优先级传输的原则，线路l
3-18
的优先级大于线路l
17-27
的优先级，根据数据包队列先进先出的原则，线路l
3-18
的过载数据包得到优先处理，并优先传递到调度中心，如图10所示。图11中线路l
4-5
的数据包传递至节点14后，选择节点13作为下一个目的节点，但是在数据包传输的下一跳根据最短路径原则返回节点14后重新选择节点15，继续下一步传递。同理，图12－图15为各条线路过载信息传输的过程，每条线路过载信息传递至节点16后就结束整个传输过程。图16中线路l
8-9
的数据包传递时间大于上行通道中数据包传输阈值，发生数据包传输延时，认为该数据包发生丢包，故线路l
8-9
过载信息无法传输到调度中心。调度中心下达调控指令，下行通道中数据包传递优先级为削减负荷量的值，削减的负荷量越大，数据包优先级越高，与节点12相比，节点4削减的负荷更多，传递到节点4的数据包优先级更高，因此，当节点4和节点12都位于节点14时，节点14优先传输节点4的负荷削减量。
[0181]
如图24-25所示，与信息网结构为小世界网络的电力信息网相比，信息网为无标度结构的电力信息网遭受dos攻击后，连锁故障导致电网的负荷损失较小，拓扑结构完整性较好。无标度网络的高度数节点数量较少，网络中有相当多数量的节点与高度数节点相连，这些高度数节点在网络结构中占有重要地位。将高度数节点作为电力信息网的调度中心，无标度网络结构的特性使得大多数节点与调度中心直接相连，与各节点度分布均匀的小世界网络的信息网相比，无标度网络的数据包传输路径更短，造成的数据延迟更少，故更多的数据包被接收到，连锁故障的规模更小，对电网的破坏也相对较小。
[0182]
综上所述，上述实施例网络攻击下考虑信息传输特性的电力信息网路由策略，提供一种将线路脆弱值和负荷削减值作为数据包的优先级的改进路由策略，保证重要线路的过载信息和调控信息优先到达目的节点，实现的主要步骤包括：(1)在网络攻击下的电力信息网连锁故障模型下，对不同的信息网拓扑结构，结合信息传输特性构建电力信息网连锁故障方案；(2)在开放式最短路径优先ospf路由策略的基础上，将线路脆弱性指标和削减负荷量作为上/下行通道数据包的优先级，同时设置端到端时间阈值并基于主动丢包策略来判定数据包的接收状态，构建基于数据包优先级的改进ospf路由策略，建立电力信息网连锁故障模型；(3)针对ieee-39节点系统分析改进ospf路由策略进行数据包的传输过程、dos攻击下网络诱导延时和数据丢包对电力网运行状态和拓扑结构的影响以及dos攻击下考虑信息网的拓扑结构不同时信息网传输特性对电力网性能影响，对不同的信息网拓扑结构，统计连锁故障结束后的发电机出力、负荷和节点数目。该策略的主要功能在于结合信息传输特性，提升数据传输性能，降低网络攻击下连锁故障对电力网的影响。
[0183]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。