本發明涉及電力通信技術領域，特別是涉及一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法及系統。

背景技術：

隨著電力通信的不斷發展，電力通信網的組網方式和結構也越來越復雜，尤其是在傳輸網側，SDH、PTN和OTN技術的不斷應用，使得網絡的容納能力不斷提升，同時承載的關鍵業務，例如繼電保護業務、調度自動化業務、安穩控制業務也越來越多，對網絡的規劃和優化都帶來了極大的挑戰。當前，電力通信安全風險有著嚴格的等級劃分，規定了每個風險等級對應的業務種類、數量及受影響程度。在面臨多條關鍵業務的備選路由進行規劃時，需要業務分布的均衡，以避免關鍵業務的過度集中所帶來的負載壓力和中斷影響分析。為了滿足以上條件，要求備選路由配置算法能夠在復雜初始業務環境下，高效實現多個業務的同時配置，并有效均衡網絡的風險。

目前針對電力通信網業務路由配置，通常采用經典的尋路算法或者智能優化算法來進行。例如，求出兩點之間的前k條最短路徑，通過將可用帶寬最大的路徑作為業務路由的方式實現均衡。而另有部分研究采用了不同的啟發式算法實現基于負載均衡的業務路由配置,并以帶寬利用率作為約束條件。然而，這些算法僅以帶寬的業務均衡分布為目標，算法未考慮業務重要度因素，致使其不適用于解決電力通信網中基于業務重要度的業務風險分布問題。同時大部分路由配置策略為順序配置業務，不能處理多個業務同時配置路由的問題。

為了解決上述問題，對于多業務同時配置路由時，通過選取每個業務對應的多個業務路徑其中一個單路徑，構成單路徑集合，從而確定網絡風險度以及網絡負載度，再利用這兩個參數采用預設業務優化模型得到每個業務優化路徑。該模型以簡單的優化形式進行處理，將復雜的業務簡單化，大大減少配置處理的復雜度，高效找到較優解，但由于此方法單一路徑的選取存在偏差，難免出現少數路徑聚集的情況，從而導致網絡運行的風險增大。

技術實現要素：

本發明實施例中提供了一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法及系統，以解決現有技術中的實現多業務同時配置路由時網絡整體風險大的問題。

為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案：

一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法，所述方法包括：

建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型；

計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力；

根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置。

優選地，所述建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型包括：

確定所述電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲圖；

獲取所述網絡拓撲圖的中業務一一對應的業務路徑。

優選地，所述計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力，包括：

根據業務的不同對不同的業務路徑定義重要度；

計算所有業務路徑上的重要度總和。

優選地，所述根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置，包括：

按照遺傳算法定義一個染色體代表為一個業務路徑，每個基因為代表業務路徑上的節點，進行基因組編碼；

計算各個染色體的適應度函數值并求和作為基因組的適應度函數值；

依照概率循環對所述基因組進行復制、交叉和變異操作并存入新群體；

當循環代數達到預設值結束循環，輸出各種群收斂路徑結果。

優選地，所述依照概率循環對所述基因組進行復制、交叉和變異操作包括：

根據所述適應度函數值，依照概率選擇基因組復制到新群體；

依照概率隨機選擇多對基因組進行交叉并存入新群體；

依照概率隨機選擇多個基因組進行變異并存入新群體。

一種電力通信網關鍵業務備選路由配置系統，所述系統包括：

建模模塊，用于建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型；

計算模塊，用于計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力；

路由配置模塊，用于根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置。

優選地，所述建模模塊包括：

確定單元，用于確定所述電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲圖；

獲取單元，用于獲取所述網絡拓撲圖的中業務一一對應的業務路徑。

優選地，所述計算模塊包括：

判定單元，用于根據業務的不同對不同的業務路徑定義重要度；

第一計算單元，用于計算所有業務路徑上的重要度總和。

優選地，所述路由配置模塊包括：

基因組編碼單元，用于按照遺傳算法定義一個染色體代表為一個業務路徑，每個基因為代表業務路徑上的節點，進行基因組編碼；

第二計算單元，用于計算各個染色體的適應度函數值并求和作為基因組的適應度函數值；

處理單元，用于依照概率循環對所述基因組進行復制、交叉和變異操作并存入新群體；

輸出單元，用于當循環代數達到預設值結束循環，輸出各種群收斂路徑結果。

優選地，所述處理單元包括：

基因組復制子單元，用于根據所述適應度函數值，依照概率選擇基因組復制到新群體；

基因組交叉子單元，用于依照概率隨機選擇多對基因組進行交叉并存入新群體；

基因組變異子單元，用于依照概率隨機選擇多個基因組進行變異并存入新群體。

由以上技術方案可見，本發明實施例提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法及系統，包括：建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型；計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力；根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置。本發明實施例在考慮電力通信網中通道壓力的基礎上，對電力通信網首先進行了建模，最后基于遺傳算法對電力通信網的業務路由進行配置。經過接近真實電力通信網的拓撲仿真，驗證了基于遺傳算法的路由配置的可靠性及優化能力，在大規模的電力通信網網絡拓撲中能有效優化業務路徑的通道壓力值，使網絡通道壓力總值最低，降低風險。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法的流程示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置系統的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

參見圖1，為本發明實施例提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法的流程示意圖，所述方法包括：

S101，建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型。

確定所述電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲圖；獲取所述網絡拓撲圖的中業務一一對應的業務路徑。

為了抽象電力通信網中關鍵業務的路由配置問題，首先定義網絡拓撲圖G(V,E)，其中V＝{v₁,v₂,…,v_n}代表節點的集合，E＝{e₁₂,e₁₃,…,e_n-1n}代表節點間鏈路的集合，其下標代表鏈路兩端的節點編號；同時有業務集合S＝{s₁,s₂,…,s_n}。其中業務s_n具有重要度參數d_n，是業務中斷所造成影響的量化指標，根據業務分類設定的權值。對于網絡中的任意節點組合，有p(i.j)＝{v_i,v_k,…,v_j}，其起點和終點分別為v_i和v_j。如果滿足即路徑上不存在環，同時路徑上所有相鄰兩節點之間均至少存在一條邊，則稱p(i.j)為節點v_i和v_j之間的一條路徑，節點v_i和v_j之間的路徑構成的集合為p(i.j)。

在已確定所有業務的業務路徑的情況下，可以獲得與業務一一對應的業務路徑：其中n下標代表所對應的業務，start以及end下標分別代表該節點是業務的起始與終止節點。對于任意兩節點v_i和v_j間的鏈路e_ij，即可通過業務路徑得知其上承載了哪些業務。同時業務路徑有時延T_n，且有時延門限Tth，此時業務路徑時延計算如下：

其中T_n為業務路徑的時延，L_n為路徑光纖總長度，γ為光纖芯區折射率，c為真空中的光速，t(v)代表節點時延。

S102，計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力。

根據業務的不同對不同的業務路徑定義重要度；計算所有業務路徑上的重要度總和。

為了對網絡中承載關鍵業務的通道進行風險分析，這里定義通道壓力值的概念，對于鏈路上承載的不同業務，根據業務的種類可以賦予不同的量化重要度，例如線路保護業務和安全穩定控制業務這兩種最為重要的業務，即賦予最高的重要度；之后計算鏈路上所有業務重要度之和，就可以得到一個表示鏈路上業務負載大小的量化指標，即為通道壓值Pr(e_ij)。通道壓力值是鏈路承載的所有業務的重要度總和，利用它可以有效區分高壓與低壓鏈路，通道壓力的表達式為：

其中為邊e_ij的固有權重，和d(s_i)分別為邊e_ij上承載業務s_i的數量和權重。對于鏈路上的通道壓力值，根據重要度之和進行分級，達到區分不同級別通道壓力的作用。

電力通信網業務配置中，要求一條業務配有主路由、備選路由以及迂回路由三條路由。本發明實施例針對電力通信網的運行以及路由配置模式，提出三條路由的配置參數需求，其中主路由參數要求時延最小，備選路由要求通道壓力值最優化，迂回路由要求在應急場景中保證時延最優，同時三條路由不能有重復的節點與鏈路。而在中斷場景中，一條鏈路的中斷會導致其承載的多條業務面臨重新選路的問題。對于主路由以及迂回路由，時延的優化以最短路徑算法可以簡單地求解。但是對于備選路由，通道壓力是鏈路承載業務的重要度之和，它與業務部署動態相關，需要智能優化算法對多條業務統一規劃。因此，這里主要以備選路由的規劃方案作為優化模型。

基于以上分析，可知算法的優化對象為全部業務路由：

優化目標為業務部署后的全局通道壓力值，約束條件為任意業務路徑的路徑時延均小于等于時延門限值，構建優化模型如下：

傳統智能優化算法中，實數編碼的遺傳算法易于應用在路徑規劃問題上，同時算法的核心交叉與變異能夠有效地全局搜索。因此本發明實施例提出遺傳優化算法，該算法基于傳統智能優化算法遺傳算法，將原有單個基因組成基因組統一處理，實現多個業務同時分配業務路徑，優化全局通道壓力值。

S103，根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置。

按照遺傳算法定義一個染色體代表為一個業務路徑，每個基因為代表業務路徑上的節點，進行基因組編碼；計算各個染色體的適應度函數值并求和作為基因組的適應度函數值；依照概率循環對所述基因組進行復制、交叉和變異操作并存入新群體；當循環代數達到預設值結束循環，輸出各種群收斂路徑結果。根據所述適應度函數值，依照概率選擇基因組復制到新群體；依照概率隨機選擇多對基因組進行交叉并存入新群體；依照概率隨機選擇多個基因組進行變異并存入新群體。

遺傳算法是從代表問題可能潛在解集的一個種群開始的，而一個種群則由經過基因編碼的一定數目的染色體組成。在算法實現過程中，首先需要進行染色體編碼，在產生初代種群之后，按照適者生存和優勝劣汰的原理，逐代演化產生越來越好的近似解，在每一次迭代過程中，根據問題域中染色體的適應度大小選擇染色體，并借助于自然遺傳學的遺傳算子進行組合交叉和變異，產生出代表新的解集的種群。這個過程將導致種群像自然進化一樣的后生代種群比前代更加適應于環境，末代種群中的最優個體經過解碼，可以作為問近似最優解。

在利用遺傳算法解決光傳輸網線路規劃問題時，每一個染色體代表一個業務路徑。本發明實施例采用實數編碼，每個基因位代表一個業務路徑上的節點，按照基因位的順序表示業務路徑經過節點的順序。

將多個業務的一條染色體綁定成一組基因組，在交叉選擇變異中均保持同步。選擇時，以基因組的適應度總值為標準選擇；交叉時，兩組基因組進行對位交叉；變異時，在對基因組整體進行隨機變異。

適應度函數由可靠性和時延兩方面決定。其中可靠性用通道壓力值pr表示，其值越小說明業務路徑風險小，網絡可靠性高。時延則為業務路徑總時延T_n。由于目標函數的優化方向對應抗體親和度增加的方向，因此染色體s_v的適應度函數如下所示。

其中，Z為一個大數，保證f(s_v)的值為正。

在選擇染色體時，既要保證優秀染色體能以較大的概率被選中，又要保證子代種群的多樣性，避免算法陷入早熟，因此本發明實施例采用正比染色體使用度、反比染色體濃度的選擇算子。

其中，Q(s_v)是染色體s_v的選擇概率，N_s是種群規模。

本發明實施例算法采用的交叉為對位交叉，首先依照設定概率判斷染色體是否交叉，若應該交叉，則依次選取兩組基因組中對位的染色體，并判斷兩條路徑中是否存在除起始點之外相同的節點。若存在相同節點，則以該節點為分界，交換兩條路徑該節點之后的節點，使兩條路徑混合。

本發明實施例算法采用插點變異，首先判斷染色體是否滿足成環率約束，若不滿足，則隨機選取兩個路徑節點并依次插入全部節點計算基因組適應度；若存在某個節點使插點后新路徑適應度增加，則將插點后的路徑保存。

基于以上編碼和算法過程，在足夠的循環代數之后，經過選擇的基因組染色體編碼將趨于穩定，所代表的業務路徑將逐漸趨于某條固定的路徑，這時檢視最后一次循環中各個基因組染色體的行進路徑，其中出現比例最高的路徑即為該種群的收斂結果，也是種群對應的業務的路由配置結果。

算法流程如下：

步驟1：初始化電力通信網的網絡拓撲，并初始化遺傳算法相關參數；

步驟2：獲取業務集合S＝{s₁,s₂,…,s_n}，以此獲取其中業務s_n的起點與終點并設業務路徑集合P為空，如果S中所有的業務的備選路由均已配置完畢，則終止算法；

步驟3：初始化與業務一一對應的基因組染色體；

步驟4：計算每個基因組的適應度函數值；

步驟5：依照適應度函數值設置概率，并隨機選擇基因組復制到新群體；

步驟6：依照概率隨機選擇多對基因組進行交叉并存入新群體；

步驟7：依照概率隨機選擇多個基因組進行變異并存入新群體；

步驟8：若循環代數已達到設定值，則執行步驟9，否則返回步驟4繼續算法；

步驟9：若循環代數已達到設定值，選擇最新一次循環中適應度函數值最高的一組基因組中的染色體編碼路徑作為各種群的業務路徑，輸出對應業務s_n的路徑p_n。

基于以上過程，即可對多個關鍵業務同時配置路由，并可以優化整體網絡通道壓力表現。

由上述實施例可見，本發明實施例提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法，所述方法包括：建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型；計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力；根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置。本發明實施例在考慮電力通信網中通道壓力的基礎上，對電力通信網首先進行了建模，最后基于遺傳算法對電力通信網的業務路由進行配置。經過接近真實電力通信網的拓撲仿真，驗證了基于遺傳算法的路由配置的可靠性及優化能力，在大規模的電力通信網網絡拓撲中能有效優化業務路徑的通道壓力值，使網絡通道壓力總值最低，降低風險。

通過以上的方法實施例的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式?；谶@樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

與本發明提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置方法實施例相對應，本發明還提供了一種電力通信網關鍵業務備選路由配置系統的實施例。

參見圖2，為本發明實施例提供的一種電力通信網關鍵業務備選路由配置系統的示意圖。所述系統包括：建模模塊201、計算模塊202和路由配置模塊203。所述建模模塊201，用于建立電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲模型；所述計算模塊202，用于計算所述網絡拓撲模型中的通信鏈路的通道壓力；所述路由配置模塊203，用于根據遺傳算法獲得收斂路徑完成電力通信網關鍵業務備選路由配置。

所述建模模塊201包括：確定單元和獲取單元，所述確定單元，用于確定所述電力通信網中關鍵業務路由的網絡拓撲圖；獲取單元，用于獲取所述網絡拓撲圖的中業務一一對應的業務路徑。

所述計算模塊202包括：判定單元和第一計算單元，所述判定單元，用于根據業務的不同對不同的業務路徑定義重要度；所述第一計算單元，用于計算所有業務路徑上的重要度總和。

所述路由配置模塊203包括：基因組編碼單元、第二計算單元、處理單元和輸出單元，所述基因組編碼單元，用于按照遺傳算法定義一個染色體代表為一個業務路徑，每個基因為代表業務路徑上的節點，進行基因組編碼；所述第二計算單元，用于計算各個染色體的適應度函數值并求和作為基因組的適應度函數值；所述處理單元，用于依照概率循環對所述基因組進行復制、交叉和變異操作并存入新群體；所述輸出單元，用于當循環代數達到預設值結束循環，輸出各種群收斂路徑結果。

所述處理單元包括：基因組復制子單元、基因組交叉子單元和基因組變異子單元，所述基因組復制子單元，用于根據所述適應度函數值，依照概率選擇基因組復制到新群體；所述基因組交叉子單元，用于依照概率隨機選擇多對基因組進行交叉并存入新群體；所述基因組變異子單元，用于依照概率隨機選擇多個基因組進行變異并存入新群體。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上?？梢愿鶕嶋H的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

需要說明的是，在本發明實施例中，諸如術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本發明實施例中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本發明實施例所示的這些實施例，而是要符合與本發明實施例所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。