v2，…，vn};将可通信 的各设备间无线信道抽象为链路边集，E= {ei，e2，…，en};则电力CPS系统数学建模为有 向赋权图G= (V，E);其中每个节点（监测和信息采集终端设备）有唯一标识符，Vi，i= 1，...，n为通信节点，具有信息采集和数据转发功能；V中各节点的有效传输距离A^相等， 贝ljE= {e|D(Vj，vk)彡入wVpVkGV};且相邻节点Vj，vk共享同一无线介质，节点的信息发 射功率：
式中a为发射功率参数，依据实际网络节点发射模块类型决定； 当￥\€^(11.) = {￡^^，足}为网络节点\的状态向量，其中取1为￥1的当前能量，定义 当Eg#a/人J时节点vi失效；k$v满节点度（vi的最大邻节点数），Sk为节点ECMP控 制开关；
当W,(v,，vt)e ￡，M(e,) = !(：?,)，/，"，,)}为链路力上量度函数集；Ca(eJ:(带宽函 数）链路ei带宽上限；Me_(ei):(费用函数）经过链路&所消耗网络费用；y_(ei):(延 时函数）经过链路4所需最大延时。
[0031] 并且定义网络传输业务矩阵F= {fst|源目的节点对vs，\间的业务 量，vs，vtGV};则业务守恒约束和链路容量约束定义如下：
其中x+e为链路e上行流量，定义为正，v(e:) =s表示上行流量是由链路e的s端流 入，其中e1表示链路e中上行流量的终端节点；x'为链路e下行流量，定义为负，v(ej)= t表示下行流量是由链路e的t端流出，其中ej表示链路e的下行流量的始端节点；因此式 (3)表示由信源节点\产生流量等于信宿节点v,接收流量，等于信源信宿两点之间的业务 量，保证业务守恒；式（4)表示对任意链路e上行|x+e|和下行|x'|流量分布不超过链路 单向带宽上限Ca(e)。
[0032] 我们以链路带宽使用率为衡量网络是否存在拥塞的量度，定义如式（5)所示；因 此优化目标为最小化最大链路使用率min{max(ze)}，eGE;
[0033] (2)动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP 由于传统ECMP协议会增加网络控制信息开销，消耗网络节点能量，因此在网络流量分 担应用时设定配置节点比率n，即上限配置n*N个节点； 动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP每次仅选择配置优先级最高节点开通ECMP功 能，随后对网络状态进行更新，重新计算负载分担，检测最大链路使用率max(%)是否下降， 即提升网络均衡状态，并达到设计目标；若未满足，则在当前网络状态下选择配置优先级最 高的节点；终止条件为网络最大链路使用率max(ze)最小，或已达到n*N节点配置上限； 动态配置策略是一种启发式贪婪算法，在考虑网络每次最新的负载状态条件下进行节点选 择，以达到负载均衡效果最优；动态配置ECMP最优负载均衡算法的实现流程如图1所示。
[0034] DECMP算法的基本步骤如下： St印1 :初始化，将据电力CPS无线通信网络抽象成图，根据电力CPS无线通信网络业务 流生成业务矩阵[H]作为算法的输入，并配置节点比率n; St印2:比较已配置节点个数n和上限配置节点个数n*N;若n>n*N，则输出节点ECMP最优配置并输出流量配置和路由，算法结束；反之，则下一步； Step3 :判断max(ze)是否已达到最小，若max(ze)已达最小，则输出节点ECMP最优配置 并输出流量配置和路由，算法结束；反之，则下一步； Step4 :计算节点度ki,ViGV，依据公式（6)计算配置ECMP优先级； Step5 :对当前最高优先级节点vh开通ECMP，计算开通后新网络的等价最短多路径和 链路使用率ze,eGE;判断max(ze)是否降低，如果成立，则确定Sk(vh) = 1，即vh开通ECMP 功能，跳转到Step2 ;否则，忽略vh，跳转到Step5。
[0035] 1)配置ECMP优先级计算 DECMP算法中决定节点动态选择的参数为配置ECMP优先级；当以节点\为出口的 链路中存在高使用率时，则易产生拥塞，需要开通ECMP功能；而具有更高的节点度说明 节点处于拓扑核心，并且具备更多连接链路分摊流量；因此本发明采用最大链路使用率 max(z丄|v(ej) =x}和节点度匕衡量ECMP优先级，计算公式如式（6);定义节点n的ECMP 配置优先级为：
式中，{e|v(ep=x}表示以节点vx为出口的所有链路集合。
[0036] 2)链路权重计算 链路权重决定了等价最短多路径的计算结果；在此定义链路权重为：对于业务fst，当 链路e为被选路径时，链路权重为传输业务所消耗的网络资源乘以该业务占用带宽；其数 学表达式如下：
考虑应用中无线通信节点所携带电源有限，且工作环境复杂，部分场景无法更换电池， 本发明同时考虑电力CPS无线通信网络的能耗问题，设定Memax (e)为传输单位bit的能耗， 即Memax(e) =ETx(t，d)+EKx(t);其中发送能耗为： ETx( t, d) = ETx_elec( t) +ETx_amp(t, d) = EelecXt+ e ampXtXdp (8) 接收能耗为：EKx(t)=Grx-elec^T)Ee]_ecXT(0)
其中，Eelee(J/bit)表示发射装置（TransmitElectronics)和接收电路（Receive Electronics)每发送和接收单位bit的耗能；eamp(J/bit/m2)表示发射放大器将每bit传 送单位平方米所耗的能量；针对不同传输模式，发射通道损失与距离d的0次方成正比，0 一般取值2~4。
[0037] 因此，信源s信宿t间传输路径Pathst的费用定义为
[0038] (3)DECMP算法性能评估 本发明从最大链路使用率，传输延时和网络资源消耗三个量度评估DECMP算法性能， 并与基于链路繁忙趋势值（pathpotentialvalue，PPV)的等价多路径路由选择算法进行 比较分析；PPV算法计算等价路径上的链路趋势值和链路带宽的比值选择路径，避免重复 利用某些热点链路，从而在一定程度上均衡了负载。
[0039] 将电力CPS无线通信网络抽象成图，本发明采用拓扑用例如图2所示。
[0040] 本发明计算环境设定每条链路传输容量2Mbps，路由信令2Kbits;发送数据报速 率为3paCketS/S，数据大小为30报文长度，每个报文为lOKbits，发射功率满足公式（1); 网络图链路权值由公式⑵-(9)定义；每个节点携带能量为Eg(Vi) = 20J。
[0041] 通过仿真比较本发明的DECMP算法和PPV算法： 1)开通相同数量的ECMP节点 如图3所示给出两种算法选择开通相同数量ECMP节点情况下的网络链路的最大使用 率；由图可知，在执行相同传输任务，DECMP算法比PPV算法具有更好的负载分担能力，降低 网络中链路最大使用带宽；当选取节点数大于3以上，本文算法的链路的最大利用率平均 低于PPV的7. 87 %，最大差值为14. 58 %。
[0042] 2)开通不同数量ECMP节点 计算在开通不同数量ECMP节点情况下，平均网络传输延时，如图4所示；由运行结果 可知，由于DECMP选择了更优节点开通ECMP功能，使得业务能够选择更短传输路径，从而降 低平均网络传输延时，DECMP算法比PPV算法缩短延时18. 5% ;并且，当有较多节点可开通 ECMP功能时，由于选择裕度增大，DECMP算法比PPV算法缩短延时9. 9ms。
[0043] 3)耗能对比 考虑网络能耗，定义网络资源损耗为节点能耗，假设节点总能耗为一定值；计算传输相 同业务矩阵（即相同业务量和信源信宿）情况下的网络剩余能量；由图5可知，节点开通 ECMP功能将消耗部分能量，但合理的动态配置有助于业务最优传输路径的选择，从而减缓 网络能量消耗；DECMP算法比PPV算法在不同ECMP配置条件下节省网络能耗4. 06%。
【主权项】
1. 电力信息物理系统无线通信网等价多路径动态控制方法，其特征在于：针对电力 CPS无线通信网络建立多约束优化模型，在传统ECMP模型的基础上，结合电力CPS无线通信 网络结构特性，提出动态配置