基于蚁群算法的电力通信网线路优化方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信网线路建设技术领域，具体涉及一种基于蚁群算法的电力通信网 线路优化方法及装置。
【背景技术】
[0002] 电力通信线路优化是指在已知站点位置和业务分布的基础上，根据现有网络结 构，在满足业务分布和可靠性约束的条件下，确定出经济性最佳的通信线路部署方案。随着 电网规模的日益扩大，电力通信网络的优化问题也变得越来越复杂。因此，对于输电网优化 的深入研宄不仅对我国电力系统的良好运行，更对于社会的稳定以及国民经济快速、健康 的发展都有着积极作用。现有的电力通信网优化方法只从单一的角度考虑了优化方案的经 济性或可靠性，而不能同时兼顾经济、可靠这两大指标，使得到优化方案具有片面性。因而， 如何以最小的代价建设最可靠的通信网络成为电力通信网优化的关键问题之一。在数据采 集路由算法研宄领域已经取得了较多研宄成果。
[0003] 目前针对电力通信网优化问题已有一些研宄，一类是抽象出通信线路的经济性模 型，并利用智能优化算法对问题进行求解，实现了线路建设成本的最小化，然而其均没有考 虑可靠性约束，致使通信站点的成环率不足，导致网络在出现故障时，受影响的业务无法及 时恢复。另一类是通过向网络中添加通信站点造成资源冗余，以此来保证网络的容灾能力， 提高网络可靠性，然而增加冗余站点会大大提高网络的建设成本，不仅无法保证网络建设 的经济性，还会造成不必要的资源浪费。此外，由于通信业务分布的非均匀性，导致业务量 会集中在某些站点，此时应保证这些站点间有通信线路直连，从而减小业务路由的跳数。
【发明内容】
[0004] 针对现有电力通信网优化方法不能同时兼顾经济、可靠这两大指标的缺陷，本发 明提供了一种基于蚁群算法的电力通信网线路优化方法及装置。
[0005] 一方面，本发明提供的一种基于蚁群算法的电力通信网线路优化方法，包括：
[0006] S1，获取通信网站点信息以及各站点之间线路的建设成本；
[0007]S2,初始化每条线路的信息素浓度；
[0008] S3,为每一个所述站点随机分配至少一个蚂蚁；
[0009]S4,每个蚂蚁基于转移概率移动到与当前所在站点相邻的一个站点，得到一个通 信网图，所述转移概率根据每条线路的信息素浓度以及建设成本确定；
[0010] S5,判断所述通信网图是否满足连通性且成环率小于预设阀值，若是则执行S6,否 则执行S3 ;
[0011]S6,判断所述通信网图的建设成本是否为当前最小建设成本，若是则执行S7,否则 执行S3 ;
[0012] S7,更新每个蚂蚁所选线路的信息素浓度以及通信网图，并执行S3,直至迭代次数 达到预设次数，输出建设成本最小的通信网图。
[0013] 进一步地，所述S2中每条线路的信息素浓度初始化值为一个常数，所有线路的信 息素浓度初始化值相等。
[0014] 进一步地，所述S4中转移概率采用以下公式表示：
[0015]
【主权项】
1. 一种基于蚁群算法的电力通信网线路优化方法，其特征在于，所述方法包括： S1，获取通信网站点信息以及各站点之间线路的建设成本； 52, 初始化每条线路的信息素浓度； 53, 为每一个所述站点随机分配至少一个蚂蚁； 54, 每个蚂蚁基于转移概率移动到与当前所在站点相邻的一个站点，得到一个通信网 图，所述转移概率根据每条线路的信息素浓度以及建设成本确定； 55, 判断所述通信网图是否满足连通性且成环率小于预设阀值，若是则执行S6,否则执 行S3; 56, 判断所述通信网图的建设成本是否为当前最小建设成本，若是则执行S7,否则执行 S3 ； 57, 更新每个蚂蚁所选线路的信息素浓度以及通信网图，并执行S3,直至迭代次数达到 预设次数，输出建设成本最小的通信网图。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中每条线路的信息素浓度初始化 值为一个常数，所有线路的信息素浓度初始化值相等。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中转移概率采用以下公式表示：
兵m/'u;刀龄双K仕tH、」刻选择线路（i，j)的转移概率；Tij⑴为线路（i，j)在t时刻的信息素浓度；为线路（i，j)的启发函数，％=J-，牝为线路（i，j)的建设成 本；a为信息素浓度影响因子邛为能见度因子。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S7中采用以下公式更新每个蚂蚁所 选线路的信息素浓度： T,. (t + 1) = (1-p) ? T,,(t) + A Tjj (t + 1)
其中，P为信息素挥发因子，1-P则为信息素残留因子；ATu(t+ 1)为t+ 1时刻线路 (i，j)上的信息素浓度增量；Ar^+1)为蚂蚁k在t+1时刻经过线路（i，j)产生的信息素 浓度增量。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述蚂蚁k在t+i时刻经过线路a，j)产 生的信息素浓度增量G+1)采用以下公式表示：
其中，Q为初始化的每条线路的信息素浓度；P为待选光缆线路数；为0-1变量，当线 路（i，j)有蚂蚁经过时为1，否则为〇 为线路（i，j)的建设成本；ring_rate为成环率； @为成环率预设阀值。
6. -种基于蚁群算法的电力通信网线路优化装置，其特征在于，所述装置包括： 获取模块，用于获取通信网站点信息以及各站点之间线路的建设成本； 初始化模块，用于初始化每条线路的信息素浓度； 分配模块，用于为每一个所述站点随机分配至少一个蚂蚁； 移动模块，用于每个蚂蚁基于转移概率移动到与当前所在站点相邻的一个站点，得到 一个通信网图，所述转移概率根据每条线路的信息素浓度以及建设成本确定； 第一判断模块，用于判断所述通信网图是否满足连通性且成环率小于预设阀值； 第二判断模块，用于判断所述通信网图的建设成本是否为当前最小建设成本； 更新模块，用于更新每个蚂蚁所选线路的信息素浓度以及通信网图，迭代次数达到预 设次数后输出建设成本最小的通信网图。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述初始化模块中初始化每条线路的信 息素浓度初始化值为一个常数，所有线路的信息素浓度初始化值相等。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述移动模块中转移概率采用以下公式 表不：
其中，Pi/(t)为蚂蚁k在t时刻选择线路（i，j)的转移概率；Tu(t)为线路（i，j)在t时刻的信息素浓度；为线路（i，j)的启发函数，％=f，扎为线路（i，j)的建设成 本；a为信息素浓度影响因子邛为能见度因子。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述更新模块中采用以下公式更新每个 蚂蚁所选线路的信息素浓度： Tjj(t+ 1) = (1-p) ?Tjj(t) +ATjj(t+ 1)
其中，P为信息素挥发因子，1-P则为信息素残留因子；ATu(t+ 1)为t+ 1时刻线路 (i，j)上的信息素浓度增量；A#G+1)为蚂蚁k在t+1时刻经过线路（i，j)产生的信息素 浓度增量。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述蚂蚁k在t+1时刻经过线路（i，j) 产生的信息素浓度增量G+1)采用以下公式表示：
其中，Q为初始化的每条线路的信息素浓度；P为待选光缆线路数；为0-1变量，当线 路（i，j)有蚂蚁经过时为1，否则为〇 为线路（i，j)的建设成本；ring_rate为成环率； 炉为成环率预设阀值。
【专利摘要】本发明涉及通信网线路建设技术领域，具体涉及一种基于蚁群算法的电力通信网线路优化方法及装置。通过将蚂蚁随机分布在各个站点上，保证每个站点上至少有一个蚂蚁，每个蚂蚁基于转移概率移动到相邻站点，形成一个通信网图，判断通信网图是否满足连通性及成环率要求，满足则继续进行并更新线路信息素浓度，通过信息素的不断更新达到最终收敛于最优路径上。本发明技术方案以经济性最佳为优化方向，以成环率为约束，综合考虑经济性、可靠性和业务分布等因素，在面对不同成环率取值时均能提供有效的线路规划方案，具有很高的灵活性，能够合理优化建设经济可靠的电力通信网络，能为其建设带来重要的参考依据。
【IPC分类】H04L12-24, H04B3-54, G06N3-00
【公开号】CN104617985
【申请号】CN201410851070
【发明人】亓峰, 郭少勇, 傅宁, 焦阳, 魏伟, 邱雪松, 陈双双, 唐晓璇
【申请人】北京邮电大学, 国家电网公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月31日