ECMP模型；在此模型的基础上提出动态配置ECMP最优负载均 衡算法DECMP，实现网络负载均衡，得到电力CPS无线通信网络最优网络传输性能。2. 如权利要求1所述的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：控制方法的动态选择需开通ECMP节点，实现电力CPS无线通信网络更优负载均衡， 即通过减少网络内控制信息开销，减少特定区域的通信负载，使电力CPS无线通信网络运 行达到更优负载均衡。3. 如权利要求2所述的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：动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP依据最大链路使用率max (%)和节点度kx 判定优先级，动态选择需开通ECMP节点；算法将流入节点流量等于流出节点流量作为业务 守恒约束，链路带宽上限作为链路容量约束，以最大链路利用率最小化为目标函数，建立多 约束优化模型，采用动态选择贪婪算法求解，以获取最优网络传输性能。4. 如权利要求3所述的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：建立动态配置ECMP模型时，将电力CPS无线监测和信息采集终端设备抽象为节点， V= {vl，v2, ···，￥]!};将可通信的各设备间无线信道抽象为链路边集，E= {el, 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，...，η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λ。相等，则E= {e|D(Vj，vk)彡AQ，Vj，VkeV};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α为发射功率参数，依据实际网络节点发射模块类型决定； 当Vvf e F，M(v,) = {取，,，&}为网络节点Vi的状态向量，其中Eg为v i的当前能量，定义 当EgiS α / λ "2时节点V 失效：k 为V 的节点度（V 的最大邻节点数），S ,,为节点ECMP控 制开关；当为链路力上量度函数集；ca(e D :(带宽函 数）链路ei带宽上限；Memax(ei):(费用函数）经过链路&所消耗网络费用；μ max(ei):(延 时函数）经过链路&所需最大延时； 并且定义网络传输业务矩阵F= {fst|源目的节点对vs，vt间的业务量，vs，v te V};则 业务守恒约束和链路容量约束定义如下：其中xTe为链路e上行流量，定义为止，v(e。= s表不上行流量是由链路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 (e j)= 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I x+e I和下行I X'I流量分布不超过链路 单向带宽上限Ca(e); 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) }，e e E ;5. 如权利要求4所述的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：动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP，在网络流量分担应用时设定配置节点比 率η，即上限配置η · 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Tl · 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； 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τι ; St印2:比较已配置节点个数η和上限配置节点个数η ·Ν;若η > η ·Ν，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k i, ViG V，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, e e E ;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。6. 如权利要求5所述的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：动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP，在配置ECMP优先级计算时，决定节点动 态选择的参数为配置ECMP优先级；当以节点V x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( ep = X}和节点度匕衡量 ECMP优先级，计算公式如式（6);定义节点η的ECMP配置优先级为： δχ = max (6) <e|v(e; )=χ? 式中，{e I V (ej) = x}表示以节点vx为出口的所有链路集合。7. 如权利要求6所述的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：动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP时的链路权重计算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： w(e, s, t) = fstXMemax(e) (7) 设定 Memax (e)为传输单位 bit 的能耗，即 Memax (e) = ETx ( τ , d) +EKx ( τ ); 其中发送能耗为： ΕΤχ ( τ , d) = ETx_elec ( τ ) +ETx_amp ( τ , d) = EelecX τ + ε ampX τ X dP (8) 接收能耗为： ERx( τ ) = ERx_elec( τ ) = EelecX τ (9) 其中，Eelee(J/bit)表示发射装置（Transmit Electronics)和接收电路（Receive Electronics)每发送和接收单位bit的耗能；ε amp(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β次方成正比，β 一般取值2~4 ;因此，信源s信宿t间传输路径Pathst的费用定义为：
【专利摘要】本发明提供了电力信息物理系统无线通信网等价多路径动态控制方法，针对电力CPS无线通信网络建立多约束优化模型，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ECMP模型；模型将流入无线通信节点流量等于流出节点流量作为业务守恒约束，无线信道带宽上限作为链路容量约束，以最大链路利用率最小化为目标函数建立电力CPS无线通信网络多约束优化模型；在此模型的基础上提出动态配置ECMP最优负载均衡算法DECMP，实现网络负载均衡，得到电力CPS无线通信网络最优网络传输性能。
【IPC分类】H04W16/22, H04W28/08, H04W40/02, H04W40/12
【公开号】CN104883696
【申请号】CN201510178387
【发明人】王利利, 黄泽华, 李锰, 郭璞, 杨挺, 游金阔, 郭勇, 丁岩
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司经济技术研究院, 天津大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月15日