一种智能变电站网络拓扑可视化层次布局方法与流程

1.本发明涉及一种智能变电站网络拓扑可视化层次布局方法，属于电力系统自动化技术领域。


背景技术：

2.在智能变电站中，以交换机为核心的通信网络起着关键的作用，智能变电站网络结构具有星形组网结构特性，如图1所示。
3.随着智能变电站的推广应用，智能变电站的运维面临巨大挑战，挑战之一是：全站物理网络拓扑图的状态监视。随着变电站规模扩大，站内网络交换机和二次终端设备数量或达到上百台甚至几百台，用户要求全站物理网络拓扑可视化图形布局清晰、交叉点少、布局算法计算时间短。因此，如何在工程运维工作中满足以上需求，实现智能变电站网络拓扑可视化层次布局成为本领域技术人员急需要解决的问题。


技术实现要素：

4.目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种智能变电站网络拓扑可视化层次布局方法。
5.技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种智能变电站网络拓扑可视化层次布局方法，包括如下步骤：步骤1：筛查全站物理连接关系里的交换机与交换机的连接关系，初始化所有交换机节点的树节点类型为unknown，计算所有交换机节点的邻居交换机节点数量，用nbnodenum表示；将邻居交换机节点列表，用nbnodelist表示；根据nbnodenum、nbnodelist确定网络拓扑中存在的若干棵树的根节点。unknown表示树节点类型为未知。
6.步骤2：根据根节点和交换机与交换机的连接关系创建树，并布局树。
7.步骤3：将装置布局在树的交换机节点周围，不同树之间的交换机节点通过共有的装置进行连线，计算树与树间相互连接线的数量。
8.步骤4：通过树与树间相互连接线的数量，对网络拓扑中所有的树进行重新排序。
9.作为优选方案，根据nbnodenum、nbnodelist确定网络拓扑中存在的若干棵树的根节点的方法，包括如下步骤：步骤1.1：遍历所有交换机节点，将nbnodenum=1的交换机的树节点类型变更为leaf。
10.步骤1.2：设置根节点列表，用topnodelist表示，用于存放根节点，初始化为空。
11.步骤1.3：遍历topnodelist之外的所有交换机节点，各交换机节点处理如下：如果交换机节点的nbnodelist里有根节点，则跳过该交换机节点。
12.如果交换机节点的nbnodelist里树节点类型全部为leaf，则当前交换机节点的树节点类型变更为root，并且把当前交换机节点添加到topnodelist里，并标记变更标志位。变更标志位表示有交换机节点发生树节点类型变化。leaf表示树节点类型为叶子节点。
root表示树节点类型为根节点。
13.如果交换机节点的nbnodelist里有trunk1节点无trunk2节点且无unknown节点，则当前交换机节点的树节点类型变更为root，并且把当前交换机节点添加到topnodelist里，并标记变更标志位。trunk1表示树节点类型为一级干节点。trunk2表示树节点类型为二级干节点。
14.如果交换机节点的nbnodelist里有trunk2节点且无unknown节点，则当前交换机节点的树节点类型变更为root，并且把当前交换机节点添加到topnodelist里，并标记变更标志位。
15.如果交换机节点的nbnodelist里leaf节点数量等于nbnodenum-1，则当前交换机节点的树节点类型变更为trunk1，并标记变更标志位。
16.如果交换机节点的nbnodelist里有trunk1节点且leaf节点数量+trunk1节点数量=nbnodenum-1，则当前交换机节点的树节点类型变更为trunk2，并标记变更标志位。
17.步骤1.4：如果标记了变更标志位，则返回步骤1.3；否则，进入步骤1.5。
18.步骤1.5：topnodelist里的交换机节点为网络拓扑中若干棵树的根节点，根节点查找完毕。
19.作为优选方案，根据根节点和交换机与交换机的连接关系创建树的方法，包括如下步骤：以根节点为父节点，筛查与其连接的交换机节点作为父节点的孩子节点，将孩子节点的交换机连接在父节点下。
20.以孩子节点为父节点，筛查与其连接的交换机节点作为父节点的孩子节点，将孩子节点的交换机连接在父节点下。
21.循环迭代，直到没有孩子节点为止，树便创建好了。
22.作为优选方案，布局树的方法，包括如下步骤：同一根树中的父节点与孩子节点在垂直方向等间距布局。
23.同一根树中的孩子节点间水平方向等间距布局。
24.树与树之间等间距水平排列。
25.作为优选方案，计算树与树间相互连接线的数量的方法，包括如下步骤：步骤3.1：遍历所有交换机，筛查全站物理连接关系里与当前交换机连接的所有装置；如果装置topnodename为空，表示装置未经过布局，则将装置排列在当前交换机的圆周，并且给装置的topnodename赋值为当前交换机所在树的根节点名，记为ra。topnodename表示装置所属的树。
26.如果装置topnodename非空，表示装置已经布局到其他树上，装置的topnodename记为rb，mutual
´
[ra,rb]= mutual[ra,rb]+1。mutual[ra,rb]表示树ra和树rb间的相互连接线数量，ra、rb∈m，ra≠rb，m表示树的集合。mutual
´
[ra,rb]表示更新后的mutual[ra,rb]。
[0027]
步骤3.2：遍历完毕后，mutual
´
[ra,rb]的最终值为树与树间的相互连接线数量。
[0028]
作为优选方案，通过树与树间相互连接线的数量，对网络拓扑中所有的树进行重新排序的方法，包括如下步骤：
步骤4.1：topnodelist的根节点表征每一棵树，树与树之间相互连接线数量表征树间引力，topnodelist里根节点的顺序表示树的初始顺序。
[0029]
步骤4.2：遍历树根节点列表topnodelist：如果不相邻的两棵树之间有引力，则调整树的相对位置使两棵树相邻，并标记树顺序变更标志位，树顺序变更标志位表示树与树间相对位置发生变化，位置调整服从趋中原则。
[0030]
步骤4.3：如果标记了树顺序变更标志位，则返回步骤4.2；否则，进入步骤4.4。
[0031]
步骤4.4：获得topnodelist里的根节点新顺序。
[0032]
步骤4.5：按照根节点新顺序调整树间相对位置。
[0033]
作为优选方案，所述趋中原则为将处在topnodelist边缘的那棵树调整到非边缘的那棵树的相邻的位置。
[0034]
有益效果：本发明提供的一种智能变电站网络拓扑可视化层次布局方法，根据智能变电站的星形组网结构特性，以交换机互联的树形网络为框架、终端装置环绕交换机环形布局的布局思想实现层次化布局。先从全站系统的物理连接关系里确定存在的若干棵树的树根，其次创建和布局树，然后终端装置环形布局在交换机圆周，最后使用树间引力算法调整树间相对位置确定最终布局。
[0035]
本发明可快速、准确地生成清晰有序的智能变电站网络拓扑图，明显改善网络图形的可视化效果，为智能变电站运维中二次设备可视化状态监测带来了便利。
附图说明
[0036]
图1为智能变电站网络结构示意图。
[0037]
图2为本发明方法流程示意图。
[0038]
图3为实施的500kv a/b网智能变电站的交换机连接树形图。
[0039]
图4为实施的500kv a/b网智能变电站的二次设备拓扑初步布局图。
[0040]
图5为实施的500kv a/b网智能变电站的二次设备拓扑最终布局图。
具体实施方式
[0041]
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
[0042]
如图2所示，本发明的一种智能变电站网络拓扑可视化层次布局方法，包括如下步骤：步骤1：筛查全站物理连接关系里的交换机与交换机的连接关系，将连接关系里的交换机类化为树节点。
[0043]
树节点分为叶子节点、干节点和根节点；根据智能变电站中交换机级联数一般不超过5，再将干节点分为一级干节点、二级干节点。
[0044]
因此，可将交换机的树节点类型分为：未知节点，用unknown表示；叶子节点，用leaf表示；一级干节点，用trunk1表示；二级干节点，用trunk2表示；根节点，用root表示。
[0045]
初始化所有交换机节点类型为unknown，计算所有交换机节点的邻居交换机节点数量，用nbnodenum表示；将邻居交换机节点列表，用nbnodelist表示；通过树根确定算法确定网络拓扑中存在的若干棵树的根节点，确定网络拓扑中存在的若干棵树的根节点的方法
如下：步骤1.1：遍历所有交换机节点，将nbnodenum=1的交换机的树节点类型变更为leaf。
[0046]
步骤1.2：设置根节点列表，用topnodelist表示，用于存放根节点，初始化为空。
[0047]
步骤1.3：遍历topnodelist之外的所有交换机节点，各交换机节点处理如下：如果交换机节点的nbnodelist里有根节点，则跳过该交换机节点。
[0048]
如果交换机节点的nbnodelist里树节点类型全部为leaf，则当前交换机节点的树节点类型变更为root，并且把当前交换机节点添加到topnodelist里，并标记变更标志位。变更标志位表示有交换机节点发生树节点类型变化。
[0049]
如果交换机节点的nbnodelist里有trunk1节点无trunk2节点且无unknown节点，则当前交换机节点的树节点类型变更为root，并且把当前交换机节点添加到topnodelist里，并标记变更标志位。
[0050]
如果交换机节点的nbnodelist里有trunk2节点且无unknown节点，则当前交换机节点的树节点类型变更为root，并且把当前交换机节点添加到topnodelist里，并标记变更标志位。
[0051]
如果交换机节点的nbnodelist里leaf节点数量等于nbnodenum-1，则当前交换机节点的树节点类型变更为trunk1，并标记变更标志位。
[0052]
如果交换机节点的nbnodelist里有trunk1节点且leaf节点数量+trunk1节点数量=nbnodenum-1，则当前交换机节点的树节点类型变更为trunk2，并标记变更标志位。
[0053]
步骤1.4：如果标记了变更标志位，则返回步骤1.3；否则，进入步骤1.5。
[0054]
步骤1.5：topnodelist里的交换机节点为网络拓扑中若干棵树的根节点，至此，根节点查找完毕。
[0055]
步骤2，确定树根后，根据交换机与交换机的连接关系创建树和布局树。创建树时，先以根节点为父节点，筛查与其连接的交换机节点作为父节点的孩子节点，再以孩子节点为父节点，筛查与其连接的交换机节点作为父节点的孩子节点，循环迭代，直到没有孩子节点而终止，树便创建好了。树形内部布局时，父节点与孩子节点在垂直方向等间距布局，孩子节点间水平方向等间距布局。树与树之间等间距水平排列，交换机网络树形框架便建立完成了。
[0056]
步骤3，树建立后，布局装置。将装置类化为树的边缘节点，用topnodename表示装置所属的树，初始化为空。树a和树b间相互连接线的数量用mutual[a,b]表示，初始化为0，a、b∈m，a≠b，m表示树的集合。遍历所有交换机，处理如下：以交换机为圆心，筛查全站物理连接关系里与交换机连接的所有装置，如果装置topnodename为空，表示装置未经过布局，则将装置排列在当前交换机的圆周并且给装置的topnodename赋值为当前交换机所在树的根节点名，记为ra;如果装置topnodename非空，表示装置已经布局到其他树上，装置的topnodename记为rb，mutual[ra,rb]= mutual[ra,rb]+1。
[0057]
遍历完毕，树与树间的相互连接线数量便计算出来了。
[0058]
步骤4，计算树与树之间的相互连接线数量表征树间引力，通过树间引力排序算法对树重新排序，获得新顺序。
[0059]
树间引力排序算法步骤如下：步骤4.1：topnodelist的根节点表征每一棵树，topnodelist里根节点的顺序表示树的初始顺序。
[0060]
步骤4.2：遍历树根节点列表topnodelist：如果不相邻的两棵树之间有引力，则调整树的相对位置使两棵树相邻，并标记树顺序变更标志位，树顺序变更标志位表征树与树间相对位置发生变化；位置调整服从趋中原则，即：将处在topnodelist边缘的那棵树调整到非边缘的那棵树的相邻的位置。
[0061]
步骤4.3：如果标记了树顺序变更标志位，则返回步骤4.2；否则，进入步骤4.4。
[0062]
步骤4.4：至此，topnodelist里的节点顺序为连接线交叉较少的排列顺序。
[0063]
步骤5，按照新顺序调整树间相对位置，将树与树重新水平方向等间距排列布局，树内部结构不变。
实施例
[0064]
以温西变500kv a/b网变电站为例，使用本发明生成的二次设备网拓扑图。具体实施步骤如下：步骤1：获取变电站全站物理连接关系。筛查全站物理连接关系里的交换机与交换机的连接关系，将连接关系里的交换机类化为节点，通过根节点查找算法确定若干棵树的根节点。
[0065]
步骤2：确定树根后，根据交换机与交换机的连接关系创建树和布局树，树与树之间水平等间距排列，树形图如图3所示。
[0066]
步骤3：树建立后，以每个交换机为圆心，将与之连接的装置排列在交换机的圆周，已经排列的装置则跳过；全站拓扑初步布局图如图4所示。
[0067]
步骤4：通过树间引力排序算法对树重新排序，根据新顺序将树一一水平等间距排列，树的内部结构不变。全站拓扑最终布局如图5所示。
[0068]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。