电力通信传输网自愈能力评估系统的设计与实现.pdf

Telecom Power Technology 13 Sep.25,2023,Vol.40 No.18 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期设计应用技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.18.005电力通信传输网自愈能力评估系统的设计与实现卢 静（日海恒联通信技术有限公司，河南 郑州 450000）摘要：随着电力通信传输网规模的不断扩大和复杂性的增加，其自愈能力的评估变得至关重要。设计和实现一套电力通信传输网自愈能力评估系统，通过层次分析法、模糊综合评价法以及改进型反向传播（Back Propagation，BP）神经网络算法相结合的综合评估方法，全面评估电力通信传输网的自愈能力，保证系统的功能完备性和稳定性。通过开展相关测试，验证本系统的可靠性，对于电力行业的发展和用户服务提升具有重要意义。关键词：电力通信传输网；自愈能力；评估系统Design and Implementation of the Self-Healing Capability Evaluation System of the Power Communication Transmission NetworkLU Jing(Rihai Henglian Communication Technology Co.,Ltd.,Zhengzhou 450000,China)Abstract:With the increasing scale and complexity of power communication transmission network,the evaluation of its self-healing ability becomes very important.A set of self-healing ability evaluation system of power communication transmission network is designed and implemented.Through the comprehensive evaluation method combining analytic hierarchy process,fuzzy comprehensive evaluation method and improved Back Propagation(BP)neural network algorithm,the self-healing ability of power communication transmission network is comprehensively evaluated to ensure the functional completeness and stability of the system.It is of great significance for the development of power industry and the improvement of user service to verify the reliability of this system by carrying out relevant tests.Keywords:power communication transmission network;self-healing capability;evaluation system0引言随着电力通信传输网的应用范围不断扩大和应用的复杂化，其自愈能力评估成为确保电力系统可靠性和稳定性的关键因素。电力通信传输网的自愈能力评估主要是评估系统面对异常情况和故障时的的自主恢复能力与故障隔离能力。通过全面客观地评估自愈能力，可以帮助电力通信行业找出系统薄弱点，并进行针对性改进，提高系统的故障容忍能力和恢复能力。1电力通信传输网网自愈能力评估方法1.1层次分析法层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种多准则决策方法，用于帮助决策者在复杂的决策问题中进行权重和排序分析。该方法通过构建层次结构，对决策问题进行分解，并基于对准则和方案之间的比较，计算出各个因素的权重，最终得出最佳 选择1。1.2模糊综合评价法模糊综合评价法是一种常用的决策评估方法，适用于综合评估电力通信传输网的自愈能力。其评估流程如图 1 所示。层次总排序及组合一致性检验层次单排序及一致性检验构造判断矩阵建立层次结构计算权重集构建评判矩阵建立因素集和评语集确定综合评价等级图 1模糊综合评价法评估流程通过模糊综合评价法全面评估电力通信传输网的自愈能力，可以更加客观地揭示系统的自愈能力水平。1.3BP 神经网络算法BP 神经网络算法的实现包括初始化网络、前向传播、计算误差以及更新权重和偏差2。1.3.1初始化网络随机初始化神经网络中的权重和偏差，定义网络的层数、每层的神经元个数以及激活函数。设定隐含收稿日期：2023-07-22作者简介：卢 静（1988），女，河南郑州人，本科，主要研究方向为通信传输设计。2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期Sep.25,2023,Vol.40 No.18Telecom Power Technology 14 层和输出层的传输函数均为 Sigmoid 函数，其表示式为1()1 exf x=+（1）1.3.2前向传播输入层中，假设总共有 n 个输入网络节点或者神经元，xi为输入层各网络节点 i（i=1,2,n）的输入信息值，oi为输入层各网络节点 i 的输出信息值。信息通过隐含层逐层传递至输出层，隐含层的输入和输出为1jijij1niho=（2）()2j1jhhf=（3）式中：h1j为隐含层各节点 j（j=1,2,p）的输入值；ij为输入层的第 i 个网络神经元到隐含层的第 j 个网络神经元之间的网络连接权值；j为隐含层第 j 个节点的阈值；p 为隐含层节点总数；h2j为隐含层各节点j 的输出值。每个神经元将接收上一层传递的信号，根据权重和偏差进行加权求和，并经过激活函数进行非线性映射，得到输出结果。输出层的输入和输出表示为1tjt2jt1qtoh=（4）()2t1tof o=（5）式中：o1t为输出层各节点 t（t=1,2,q）的输入值；q 为输出层的节点总数；jt为隐含层第 j 个网络神经元到输出层第 t 个网络神经元的网络连接参数值；t为输出层第 t 个节点的阈值；o2t为输出层各节点 t 的输出值。1.3.3计算误差对比网络输出结果和实际期望输出，得到输出误差。误差函数的定义为()2t2t112ptEeo=（6）式中：et为 BP 神经网络输出层网络神经元 t 的理想期望输出值。1.3.4更新权重和偏差通过误差 BP 算法，将误差逐层传递回隐藏层和输入层，更新权重和偏差。根据计算得到的梯度信息，选择不同的学习率来控制权重和偏差的更新步长，不断减小误差。1.4BP 神经网络算法的改进传统的 BP 神经网络算法在权重和偏置的更新中使用梯度下降法，容易陷入局部最优解。为解决该问题，可引入动量项。具体来说，在每次权重和偏置的更新中，引入一个动量参数（通常用 表示）来控制上一次更新的影响程度。更新公式为()()()1w tw tE w t=（7）()()()1w tw tw t+=+（8）式中：w(t)表示本次更新的权重和偏置的变化值；表示动量参数；表示学习率；()()()1w tw tE w t=表示当前梯度。2自愈能力评估系统的设计与实现2.1系统功能结构自愈能力评估系统需要实现自愈能力指标管理、自愈能力指标数据管理、自愈能力评估以及自愈能力评估报告管理等功能。2.1.1自愈能力指标管理该功能涉及对自愈能力指标的管理和维护。系统将提供一个可配置的指标库，用于定义和管理评估自愈能力的指标。决策者可以根据实际需求添加、编辑或删除指标，并对指标进行分类和属性设置。2.1.2自愈能力指标数据管理该功能用于收集、存储及管理与自愈能力评估相关的指标数据。系统会提供一个数据采集接口，用于从各个数据源获取指标数据，并将其存储在数据库中。决策者可以通过系统管理工具查看、导入、导出或清理指标数据。2.1.3自愈能力评估该功能用于根据预定义的指标和权重评估系统的自愈能力，并得出评估结果。在评估过程中，系统会根据指标数据计算和分析各项指标的得分，并综合得出系统的自愈能力得分。同时，决策者可以根据需要进行灵活的配置和调整，以满足不同场景的自愈能力评估需求。2.1.4自愈能力评估报告管理该功能用于生成、查看及管理自愈能力评估报告。系统将提供报告生成模板和样式，以便自动生成基于评估结果的报告。决策者可以根据需要定制报告的内容和格式，并在需要时进行查看、导出或共享等操作3。2.2系统架构电力通信传输网自愈能力评估系统在整个系统框架上分为4个层次,从下到上依次为数据层、中间层、业务层以及表示层。系统架构如图 2 所示。2.2.1数据层数据层用于存储和管理自愈能力评估所需的各种数据，包括传感器数据、设备状态数据、业务数据等。2.2.2中间层中间层是连接数据层和业务层的桥梁，承担着 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期 15 Telecom Power TechnologySep.25,2023,Vol.40 No.18 卢 静：电力通信传输网自愈能力 评估系统的设计与实现数据转换、处理和集成等功能。在中间层可以进行数据清洗、数据分析、数据关联等处理操作，以提供高质量的数据供业务层使用。普通业务应用服务器本地数据库空间数据库中间层数据层业务层表示层Flash PlayerGIS API For FlexFlex FrameWork应用服务器普通业务普通业务图 2系统架构2.2.3业务层业务层是自愈能力评估系统的核心层，负责具体的评估算法和业务逻辑的实现。在该层中，根据预定义的自愈能力指标和权重进行评估计算，并生成相应的评估结果。2.2.4表示层表示层是系统与用户之间的接口，通常采用图形化界面（Graphics User Interface，GUI）或 Web 界面的形式展示自愈能力评估的结果和信息。3自愈能力评估系统测试3.1功能测试测试自愈能力评估系统的各项功能，包括数据输入与处理、评估算法执行以及结果显示等4-5。功能测试结果如表 1 所示。3.2压力测试通过模拟大规模数据和用户并发访问情况，测试自愈能力评估系统的性能，评估其对大规模数据处理和高并发访问的适应能力。压力测试结果如表 2 所示。表 1功能测试结果测试功能项测试用例测试结果自愈指标管理1.查询相关指标项；2.创建新指标；3.修改己有指标；4.删除已有指标1.查找操作正常；2.创建操作正常；3.修改操作正常；4.删除操作正常自愈指标数据管理 1.上传指标数据值；2.查询指标数据值；3.修改已有指标数据值 1.上传操作正常；2.查询操作正常；3.修改操作正常自愈评估输入给定的网络拓扑，输出网络的自愈能力评估值，并计算相应的自愈能力等级自愈评估功能正常表 2压力测试结果测试用例测试结果模拟系统网址的用户访问量为 10 000 次/s 或更大系统平均中断 1 2 次/min上传指标数据时指定数据量为 10 000 Byte 或更大系统可正常接收和响应频繁操作系统内相关功能，查看计算机内存变化计算机内存变化稳定，无内存泄露3.3测试结果基于测试结果和用户评价，对自愈能力评估系统的功能完整性进行评估。系统在自动故障检测和故障诊断方面表现较好，能够准确检测和诊断故障。然而，在自动恢复方面仍有改进的空间，需要进一步优化恢复策略和算法，以提高系统的自愈能力。4结论文章结合层次分析法、模糊综合评价法以及改进的 BP 神经网络算法，设计并实现了一个电力通信传输网自愈能力评估系统。通过系统测试，验证该系统的功能完整性和性能稳定性。通过该综合评估系统，电力公司和运维团队能更好地了解、评估及提升电力通信传输网的自愈能力，提高电力供应的稳定性和可靠性。未来可以进一步完善和扩展该系统，以适应电力通信传输网不断发展的需求，为电力通信行业的发展和应对突发事件提供技术支持和决策依据。参考文献：1 蓝天宝，张志海，蔡晓兰，等.基于不良数据挖掘的电力通信传输网实时态势感知与评估 J.电子设计工程，2020，28（4）：163-166.2 孙琦，邹愚，吴雪梅.电力通信传输网链路优化研究 J.数字技术与应用，2016（12）：27.3 张一铭，成雪敏.基于 otn 技术的电力通信传输网络优化策略探讨 J.信息记录材料，2021，22（11）：61-62.4 景永生.电力通信传输网络常见故障分析与处理 J.中国新通信，2020，22（4）：15.5 王晓晴.电力通信传输网风险评估方法的研究与应用 J.通讯世界，2018（9）：2-3.