电力通信网络管理优化模型研究.pdf

电网 素 ，建立了模糊最小生成树模型，具有简单 、实用 、实时性强等特点 ，在电力通信 网络建设 中有很强的适用性 。 关键词： 通信网络 ；图论 ；模糊集合 ；最小生成树 ；K r u s k a l 算法 中图分 类号 ：T M7 3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 9 9 4 9 2( 2 0 1 1 )1 2 0 0 5 2 0 5 Re s e a r c h o n Op t i mi z a t i o n M o d e l o f El e c t r i c Po we r Co mmu n i c a t i o n s Ne t wor k M a na g e m e nt W ANG S ha o f e n g ( G u a n g d o n g P o w e r Gr i d Co r p ，S h e n z h e n P o we r S u p p l y B u r e a u，S h e n z h e n 5 1 8 0 01 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e Gr a p h a n d Fu z z y s e t s t h e o r y， a n o p t i mi z a t i o n mo d e l o n t h e g o a l o f mi n i mi z i n g t h e f u z z y l o g i c a l d i s t a n c e i s e s t a b l i s h e d f o r t h e EC C c o mmun i c a t i o n s u b n e t wo r k d i v i s i o n T h e n e t wo r k c o n n e c t i v i t y， r a d i a l r u n a n d o t h e r c o n s t r a i n t s a r e c o n s i d e r e d d u r i n g mo d e l i n g a n d a p p r o x i ma t e o p t i ma l s o l ut i o n s a r e a c h i e v e d T he f u z z y mi n i mu m s p a n n i n g t r e e mo d e l wh i c h i s s i mp l e， p r a c t i c a l ， s t r o n g r e a l t i me a n d s t r o n g l y a p p l i c a b l e i n t h e c o n s t r uc t i o n o f c o mmu n i c a t i o n n e t wo r k i s p r o p o s e d t o r e s e a r c h f uz z y b o u n d ar i e s i n n e t wo r k c o n s t ru c t i o n Ke y wo r d s ： c o mmu n i c a t i o n n e t w o r k；g r a p h t h e o ry ；f u z z y s e t ；mi n i mu m s p a n n i n g t r e e； Kms k a l a l g o r i t h m 1引言 传输 网络 E C C的优化 主要 目的是 为 了避 免 E C C风暴 的产生以及提升 E C C网络的响应速度 。 E C C风暴是指 E C C网络中节点太多或者线路质量 问题 ，使 E C C网络中存在大量的广播和重传信息 或者频繁的重路 由，导致部分或全部网元脱管 的 情况 。避免 E C C风暴需要合理规划 网关 ，控制 同 一 个 E C C网络中的节点个数 ，以及保证线路传输 质量。 E C C网络管理优化 问题可以转化为图论 问题 求得优化解 。此类问题 国内很少有人研究 ，国 外则一般将其与模糊理论结合起来 ，研究的过程 及其成果主要有 ：模糊图的定义 、模糊 图一般问 题的优化方法 、模糊图流 的定 义 2 1等 。本文从 基于模糊逻辑距离的最短路径规划角度 ，对传输 网络的 E C C路 由进行合理的规划 ，优化子 网划分 收稿 13期 ：2 0 1 1 - 1 0 1 7 方 式 以及 子 网 主备 网关 配 置 实 施 后 可 达 到提 高 网络性能和保证 网络安全的 目的。 2问题描述 E C C路 由规划是指一个 网关网元所辖的网元 数应该在一个 比较合理 的范围内。网络通过 E C C ( 或 扩 展 E C C)互 相 连 接 时 ， 网络 中 网元 越 多 ， E C C路 由越复杂 ，如果 E C C路由规划不合理 ，当 网络出现异常时 。就会 出现 E C C通信困难 。E C C 通道 的建立是采用发端站并发 收端站选择建立 路由的方式 。其选择原则是根据最短路径建立路 由。需要注意 的是 ，这里的最短路径不是指地理 上的实际距离 ，而是指路 由表中的逻辑距离 ，即 间隔站点 的数量 。E C C路由的建立 、更新和维护 都是通过定期广播 的方式来实现 的 ，网络越 大 ， 则数据量越大 ，实现方式和路 由器 的 O S P F协议 相似 ，每个路由数据项只有三个数据 ：目的网元、 电力电 转发 网元和逻辑距离。 E C C路 由规划分 网络分析和网络配置两个步 骤 。 ( 1 )网络分析 根据组网拓扑 图。合理划分子网 确定 网关 之后确定 每个 网关 的子 网及其 子网号( 扩展 I D 号) 。划分子网和确定网关往往是相伴 的，网关确 定之后 ，子 网在拓扑上也就确定 了。一般这一步 可以分为两步 ：网关点的选取 和子 网的划分 。网 关应当选取网络的 “ 关键点” ，如中心节点 、交叉 点 、镶嵌点等 ；存在主干网和分支 网的 ，一般分 支网接入到主干的 N E，该 N E存在于主干 网中 这种 N E设为网关 ：网关点应是子 网之间唯一连 接 的点 。即去掉所有网关 ，各个子 网相互不能互 通。子网号从 1 2 5 5 ，最多可以有 2 5 5个 ，其 中 必须包含一个网关子网 ；与网关相邻 的子 网不是 网关 的附属子网就应该是网关子 网 ；网关除 了应 该是 网络拓扑上 的关键点 。还应该是对于全网相 对重要而 E C C通信繁忙的 N E，否则没有必要。 ( 2 )网络配置 确定 出网关和子网后 ，就可 以开始逐项配置。 对于非 网关 N E，只需要根据 网络分析划分的子网 来建立子 网号 ，对于网关 N E需要 以下设置 ：1 ) 设置本 N E为 网关模式 ，通常应设为支持 E C C网 关协议模式 ；2 )为本 N E设置特殊的网关子网号 ， 建议保持缺省设置 2 5 5 ；3 )添加网关的附属子网。 根据 网络分析确定 E C C组网优化 目标 ：优化 子网划定方式 ，合理配置主备 网关 最大化 E C C 组 网能力。约束条件如下。 1 )E C C组 网能力 限制 ：E C C的组 网能 力是 指在 网络 中需要通过 E C C ( 或扩展 E C C)互相连 接 的网元的最大个数。它实际上指 的是 网管计算 机通过一个网关 网元所能管辖 的最大 网元数 。建 议每一 网关 网元所带的网元数不超过 6 4个 ，但子 网数 以 1 2 8个为上限。一个 网管可 以对多个 E C C 子 网同时进行管理 ，同一网管可以管理不超过 1 6 个 的网关网元 。当 E C C网络过大 ，超 出 E C C组 网能力的情况时 ，需要将一个大的 E C C网络划分 为多个小 的 E C C子 网 。划分 E C C子 网需要根据 情况采取多个 网关 ( 可用 HU B) ，或者将远端 网 元 以远程网管组 网的方案接人 2 )该方案需要增加网关网元的数量，每个子 网通过 网关 网元与网管实现通信 ；网关通过 D C N 数据通信 网直接和中心网管通信。 3 )每个子 网尽量配置主备 网关，网关网元的 选择要方便数据 的传输( 可考 虑选交叉节 点) 。 3模 型建立 本节讨论如何根据最短路径优化算法建立子 网划分模型。对于此类网络规划问题 ，通常采用 星型、环型或总线型网络拓扑结构 ，能够较好地 解决 网络建设过程 中的连接和通信问题 。但仅仅 是基于 网络拓扑结构的网络构架 ，往往达不到逻 辑距离最小的要求 。因此 ，在 网络拓扑结构的优 化中引入 图论 的方法 ，以获得实际应用 中较理想 的子网划分方案 f 1 。 对于逻辑距离 的设定 ，通常都是采用精确数 学的方法去解决 口 。 然而 ，在实际情况中，还需 考虑实际距离 、架设费用 、数据量 、线损等 因素， 无法用精确数字表达 ，所 以，模型引入模糊距离 作为逻辑距离的度量 。模糊距离完全由隶属 函数 所刻 画。在实际应用 中，它 的确定方法主要有模 糊统计法 、德尔菲法 、对 比排序法 、综合加权法 等等 ， 当然也可以直接使用常见规则的隶属度函 数 ，但必须知道变量的测度和意义 。按 照表 1所 列出的各种 比较关 系，根据语义规则 ，可 以得到 一 个不同程度对应模糊隶属度 的集合。 表 1 模糊 隶属度语义规则 程度 模糊隶属度 完全是 可认为是 差不多是 非常接近 十分接近 相当接近 很接近 比较接近 大致接近 通过 以上讨论 ，可将 E C C网管优化问题转化 为以 E C C子 网划分最合理为优化 目标 求解最优 子 网的问题 。在逻辑距离 函数未知的情况下 可 先考虑其他 因素 ( 地理 、环境)的影响 ，设计 网 络的初始布局 ，即将这些顶点用边联结起来 用 9 J 石 O O 0 0 ( 电 网 两顶点间的逻辑距离作为边 的权 ，使总的权值最 小 。可用 图论 中求无 向连通图 G = V，E，W的 最小生成树法求解 。最小生成树法将通信 网络 看作无 向连通 图，求该图的最小生成树 ，常用经 典算法有 p r i m算法 、K r u s k a l 算法 I 5 _ 。初始 网络 拓扑结 构如 图 1所示 。 图 1 初始 网络拓扑结构 下面将介绍以 K r u s k a l 算法解决上述问题 的思 路 ：每次添加权尽量小的边 ，使新的图无 圈，直 到生成 1 棵树为止 ，便得最小生成树 ，算法流程 如 图 2所示 。 图 2 K r u s k a l 算法流程图 算法 步骤 如下 ： ( 1 )将 赋权图 G中的边按 权的非减次序排列 ； ( 2 )按 ( 1 )排列的次序检 查 G中的每一条边 ，如果这条边与已得到的边不 产生圈，就取这一条边为解的一部分 ； ( 3 )若 已 取到 n l条边 ，算法终止 ，此时 以 V为顶点集 ， 以取到 的 一 1 条 边为边集 的图即为最小生成树 。 K r u s k a l 算法流程如表 2所示。 表 2 K r u s k a l 求 解 最小 生成 树 算 法 步 骤 步骤 S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 算法 初始化 赋权的连 通图 G= V ， E ， W ， 其中 m 为 边数， n 为 节点 数 对 E 中 各边的 权值排 序， 设W ， w i = W ( ) 初始化： W O ，r 一空 集， k 一1 ，t O 若t = n 一 1 则转 S 6 ，否 则转 S 4 若T U e k 有环， N k + l ， 转S 4 ， 否则 转S 5 r - r u( ) ， W W + W k ， t f + 1 ，k k + l ， 转S 3 输出r 及w ， 其中r为最小树， W 为 的权，算法结束 按照 K r u s k a l 法的规则建立通信网络的图论模 型 即以 7个相邻 的路 由节点 为图的顶点( 如图 1 ) ，两顶点之 间的网络线路为图的边 ，其定义如 下 ： G = V，E ，V= R1 ，R 2 ，R 3 ，R 4 ，R 5 ， R 6 ，R 7 ，E = ( R 1 ，R 2 ) ， ( Rl ，R 3 ) ， ( R 1 ， R 4 )， ( Rl ， R 5 ) ， ( R1 ， R 6 ) ， ( Rl ， R 7 ) ， ( R 2 ，R 3 ) ， ( R 2 ，R 4 ) ， ( R 2 ，R 5 ) ， ( R 2 ，R 6 ) ， ( R 2 ，R 7 ) ， ( R 3 ，R 4 ) ， ( R 3 ，R 5 ) ， ( R 3 ，R 6 ) ， ( R 3 ，R 7 ) ， ( R 4 ，R 5 ) ， ( R 4 ，R 6 ) ， ( R 4 ，R 7 ) ， ( R 5 ，R 6 ) ， ( R 5 ，R 7 ) ， ( R 6 ，R 7 ) 。则优化结果 如 图 3所示 ，显然优化之后 R 5节点光支路最多 ， 可以考虑在 R 5节点设置备用网关。 图 3 优化 网络拓扑结构 电力 电 4实例 分析 深圳供 电局通信 网分泰科 、华为 、中兴三张 网络 。泰科 网 E C C子网划分为三个 ，共 1 4 2个 网 元 ：华 为 网 E C C子 网划分 为三个 ，共 1 3 5个 网 元 ：中兴 网 E C C子 网划 分为 四个 ，共 2 2 3个节 点 。现网只有泰科 网有主备网关网元 ，而华为 网 和 中兴 网均没有考虑主备 网关网元。下 面以中兴 网来说 明 E C C优 化方案 。中兴 网 E C C子 网现状 划分如图 4所示。图中深供 A、深供 B、深供 C、 深供 D分别为四个子 网的网关 网元 。各网元节点 下带光支路见表 3所示 。 图 4 中兴 网 EC C子 网现 状 表 3 中兴 网各网元节点下光支路一览 网元节点光支路 网元节点光支路 网元节点光支路 网元节点 光支路 深供A 7 深供B 6 深供C 7 深供D 5 水贝8 梧桐 7 龙塘C 6 鹏城 8 平湖 8 骏康 8 西乡C 5 公明 1 l 龙塘 6 白杨 5 祥和 7 象山 1 0 坪山 9 梅 林 6 平安 6 简龙 9 皇岗 4 西乡D 8 深圳 5 滨河 4 由图 4可知 。子 网 A、子 网 C、子网 D网元 数量均不大于 6 4个 ，而子网 B网元数量虽说大于 6 4个 但远小于极限值 1 2 8个 ，只是网关网元必 须与其他 网关 E C C子网隔离 ，即要求对任一网关 网元 ，至少将 一个方 向的与其他网关连接 的光 口 的 D字节设置为 “ 使能” ，以使 网关在 出现 D C N 故障时 ，能快 速通过网管 打开与其他 网关 网元 间 的 D C C通道 ，实现网络管理的恢复。但是所有子 网中均没有备 用网关网元 ，当任一网关 网元故 障 时 都将导致该子 网网元脱管 。因此在这 四个子 网中需要新增备份 网关网元 。网关 网元一般选择 设 定在 网络 中 星形 业 务 的 中心 节 点上 ，以避 免大 量的管理信 息需要通过 基于 D C C这种窄带宽信 道的管理 D C N进行传送 ，减少 D C N再发生拥塞 的可能性 ：或者设置在子 网中入路光纤最多的设 备 。以减少子网中基于 D C C的管理 D C N再发生 拥塞 的可能性 。深供 A、深供 B 、深供 C、深供 D分别属 于星形业务的中心节点 ，而且还属于子 网边缘处 的网元 必须设 置为 网关网元 。当子网 上任 意一条 E C C通 路失效 时 ，都不会影 响网元 至网关网元 的信号传输 ，因此 ，可 以继续作为主 用 网关网元 。子网 A中，水贝和平湖光节点支路 最多 ，可考虑设 置为备用 网关 网元 ；子 网 B中， 简龙和坪山节点光支路最多 ，可考虑设置为备用 网关网元 ：子网 C中 ，祥和节点光支路最多 ，可 考虑设置为备用 网关网元 ；子网 D中 ，公明节点 光支路最多 ，可考虑设置为备用 网关网元。在这 些可作 为备 用网关网元 中四个子 网各选取一个 ， 一 般 以子网内距离最近 的另一网关 网元作为备用 网关 。这是 因为 当主用 网关 网元故 障时 ，倒换信 息可 以最快地传递至备用 网关网元 ；其次 ，备用 网关 网元至网管系统的逻辑距离最短 ，最节省通 路资源。因此 ，子 网 A中选取水贝作为备用网关 网元 子网 B中选取简龙作为备用网关 网元 ，子 网 C中选取祥和为备用网关 网元 ，子网 D中选取 公 明作 为备用 网关 网元 。优化 后 的 E C C子 网图 如 图 5所示 。 5结语 本文根据图论的相关理论和模糊集合的原理 对电力通信网络 E C C子网划分方式进行优化 以 逻辑距离最短为 目标 ，并且保证 网络连通性 、辐 ( 电 网 图 5 优化后的 E C C子 网 射状运行 、子 网主备网关配置等约束条件 ，建立 了模糊最小生成树模 型，它具有简单 、实用 、实 + 。 + + 。 + 时性强等特点 在电力通信 网络建设 中有很强的 适用性 为通信 网络管理的理论研究与工程应用 提供了借鉴 。 参考文献： 1 刘健 ，杨文宇 ，余健 明 ，等 一种 基 于改进 最小 生成 树算法的配电网架优化规划 U 中国电机工程学报， 2 0 0 4 ，2 4 ( 1 0 ) ：1 0 3 1 0 8 2 颉栋栋 ，李方豫 ，盖宇仙 ，等 一类有损耗 网络 最大 流 问题 的模 型与算法 J 兰州交通 大学学报 ：自然 科 学版 ，2 0 0 7 ( 2 ) ：1 3 2 - 1 3 4 3 梁西陈 最小生成树 与构造造 价最低通 迅 网 J 宿 州教 育学院 学报 ，2 0 0 0 ( 4 ) ：5 8 - 5 9 4 陈小娟 最小生成树 问题 J 福建 电脑 ，2 0 0 5( 1 1 ) ： 1 4 7 5 刘洋，杨素 华 最小生成树 问题的 K r u s k a l 算法的一种 实现 方法 J 赣 南师 范学院学报 ，2 0 0 1( 3 ) ：6 3 6 6 ” + + 一 + + 1 一 一 - + 一 ” +“ 卜 一 + 一- + 一一 卜 “ + 作 者简介 ：王少锋 ，男 ，1 9 6 7年生 ，海南定 安人 ，硕 士 ， 工程师。研究领域 ：电力通信 管理及规划 。已发表论 文 6 篇 。 ( 编 辑 ： 向 飞) + +” +。 +” +” +“ +” +” +” +“ + ： 低内阻超级电容器极片研制成功 t 具有 完全 自主知识产权 的超级 电容器核心元件超级 电容器极 片在湖 南研 制成功 其 “ 低 内阻超级 电容器极片制备新技 术”近 日在长沙通过 湖南省科技厅组织的科技成果鉴定 。利用 该 项新 技 术研 制 的超级 电容 器极 片制 作 的 3 0 0 0 F超 级 电容 器 。经 国 家权威 机 构检 测 ，性 能达 到 并 部 分超 过 国际知 名企 业 同类产品 ，静 电容量 3 2 2 4 1 F ，内阻 0 2 5 6 m1 ，达到 国际先进 水平 。 超级电容器是近年来随着材料科学的突破而 出现的一种介于传统电容器与电池之 间的新型绿 色环保物理储能器件 是物理储能 中最具发展前景的一种技术装置。是对其他 电化学储能技 术的 良好补充。其最大优点是 。可短 时间大功率输 出，功率密度远 高于锂 电池 ，充放 电循环次数 可达 5 0万次以上 ，寿命可达 1 0年 以上 ，充电时间短 ，可大电流充放电。广泛应用于新能源汽车、新 能源发电、工程机械、轨道 交通、升降设备和军事装备等领域。 超级 电容 器极 片是 超级 电容 器的核 心元件 。由于技 术原 因，我 国超级 电容 器行 业 一直依 赖 于进 i ： 2 。湖南耐普恩电能科技有限公司利用 “ 低 内阻超级 电容器极片制备新技术”成功研制 出一种新型 粘结剂使处理后的活性碳与集流体 附着力强，首次采用二次混浆制片和真空碳化新工艺，改善 了 活性碳颗粒的分散性能和粘结性能，在保持粘结性能的同时明显改善 了电接触性能，降低 了内阻。 同时最大程度降低 生产成本 ，仅 为进 I ：2 极片的 2 3 。鉴定委 员会认为 ，采用上述新工艺研制 出的超 级电容器极片具有内阻低、比电容大、易后续加工处理、成本低等优点，适合大规模生产。 l + +。 + + + + + + + + + + + + +- +” +一 +一 +一 +” +” + +“+” +” +” + +” + ” + ： T 0 ： 。 _ 0 + ，： 十 ， 。 _ ： 。 I 0 + 0 1 0 ，0 T ： + ， T 。 T ； T 。 十 ， ： _ ， T 。 十 。 T ； T 。 十 ， 。 T 。 + 。 T 。 T ： + ， ： 十 ： _ ： 十 ， ：