一种基于免疫算法的电力通信网接入点的选址规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力通信网数据网关领域，尤其设及排队论理论构造网络时延约束和 基于免疫算法的接入点规划策略。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的广泛应用，通信基础设施逐渐向数字化、实时性、可扩展、可管理、 安全可靠 W及低成本方向发展，而电力通信网是保证智能电网安全有效运行的重要通信基 础设施。因此，在电力通信网有效地监测及采集电网与用户之间通信的数据，并将运些信息 数据通过各个数据接入点传送至上层业务系统，在电网中部署大量的智能电力终端。由于 接入点是连接智能电力终端与外部业务系统之间的桥梁，起着数据网关的作用。因此，有效 地规划接入点的数量与位置，从而提高智能电力终端与接入点间通信的可靠性，保证信息 数据的完整性、安全性和可用性，对智能电网的正常运行起着重要作用。
[0003] 目前，化idine等研究了低压电网中接入点的最佳位置，考虑了网络建设成本和网 络可靠性，但没有考虑N-I原则，使得网络的容灾能力较差。Silvia等在研究接入点规划时， 使用N-I原则验证分析了链路故障对网络可靠性的影响，但没有将它作为规划的约束因素。 另外，W上研究均没有考虑网络时延约束。因此，为了满足不同业务对时延的需求，研究时 延可控的化C接入点选址优化方法具有重要的研究价值。
【发明内容】
[0004] 本发明克服了现有技术存在的不足之处，提出一种基于免疫算法的电力通信网接 入点的选址规划方法，W期能有效地得到不同网络要求下的接入点选址规划方案，从而在 综合考虑经济建设成本、网络可靠性、N-I原则W及网络时延约束下保证电力通信网可靠有 效的通信。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明一种基于免疫算法的电力通信网接入点的选址规划方法，是应用于电力通 信网与外部业务系统进行数据通信的网络环境中，其特点是，所述选址规划方法是按如下 步骤进行：
[0007] 步骤1、使用无向图G化，L)表示电力通信网的拓扑结构;E和L分别表示所述电力通 信网的终端节点集和链路集;并有，E={ei，e2,…，ei，…enhei表示第i个终端节点；1< i< n; n表示终端节点的个数;将所述链路集L中任意一条链路表示为1，1 e L
[000引假设所述电力通信网的终端节点集E中部署N个接入点；则由N个接入点形成M条路 由P;假设选择第S个终端节点es为第j个接入点；1含S含n; 1含j含N;则所述第i个终端节点ei 到第j个接入点的路由表示为Pi,j，并有化咕''，一1护'皆'嗦示所述第i 个终端节点ei到第j个接入点的路由91,^中第4条链路;1含1^含111;111表示所述第1个终端节点61 到第j个接入点的路由Pi,冲链路的总数；
[0009] 步骤2、利用式(I)计算所述电力通信网的建设成本C:
[0010]
(1)
[00川式（1)中，Cl表示在第i个终端节点ei上部署接入点的开销;XiE {0,1};当Xi = I时， 表示在第i个终端节点ei上部署接入点，当Xi = O时，表示第i个终端节点ei不部署接入点； [0012]步骤3、利用式(2)计算第i个终端节点ei到第j个接入点e撕路由PiJ的可靠性ri,j:
[0013]
(2)
[0014] 式(2)中，表示所述第i个终端节点ei到第j个接入点的路由Pi,J中第k条链路的 可靠性；
[0015] 步骤4、利用式(3)和式(4)计算所述电力通信网的平均可靠性I:
[0016] (3)
[0017] (4)
[001引式（3)中，yi,je{0，l}，当yi,j = l时，表示通过路由Pi,j转发第i个终端节点ei的流 量;当yi,j = 0时，表示没有通过路由Pi, j转发第i个终端节点Si的流量；
[0019]式(4)表示任意个终端节点和第j个接入点之间只有一个路由；
[0020] 步骤5、假设所述链路集L中任意一条链路1发生故障，则利用式(5)和式(6)计算所 述电力通信网的平挽可靠忡F.
[0021] 巧
[0022] (6)
[002引式(5)中，乂E阳，Ih当.吃=1时，表示当链路1发生故障时，通过路由Pi, j转发第i 个终端节点ei的流量；当_><,=0时，表示当链路1发生故障时，没有通过路由Pi,請专发第i个终 端节点ei的流量;pi表示当链路1发生故障时，由N个接入点形成M条路由；
[0024] 步骤6、利用式(7)计算数据包经过路由Pi,J发送至外部业务系统的总时延
[0025]
[0026] 式(7)中，崎1'1表示数据包到达路由Pi,冲第k条链路时所需等到的队列长度;ttra 表示数据包在一条链路中的传输时延;tpr。表示一个终端节点响应数据包的处理时延;ta表 示数据包从接入点发送至外部业务系统的传输时延；
[0027] 步骤7、利用式(8)计算经过M条路由P传送数据包到外部系统的平均时延7:;
[002引
[0030]
[0029] 步骤8、利用式(9)获得接入点选址规划的数学模型：
待)
[0031]
[0032] 式(9)中，y表示网络可靠性阔值，表示当链路1发生故障时，网络可靠性阔值，T 表示网络时延阔值；
[0033] 步骤9、参数设置：
[0034] 根据电力通信网的规模设定种群规模为Nr ;
[0035] 定义记忆细胞数量为Nm、最大迭代次数为《、进化次数为t;
[0036] 初始化NR = a、Nm=e、《 =入、t = 0、白=曰、巧=友；
[0037] 步骤10、W所述数学模型为抗原，将随机生成a个抗体的初始抗体群；
[0038] 步骤11、抗体评价
[0039] 计算抗体与抗原间的亲和度W及抗体与抗体之间的亲和度，从而计算抗体浓度和 期望繁殖概率；
[0040] 步骤12、生成记忆细胞
[0041 ]将抗体与抗原的亲和度进行降序排序，取前0个抗体作为记忆细胞；
[0042] 步骤13、形成父代子群
[0043] 根据抗体与抗原的亲和度与抗体浓度的比值获得抗体的遗传率;将抗体的遗传率 按降序排序，并提取前a-e个抗体作为父代种群;对父代种群进行克隆形成父代子群；
[0044] 步骤14、群体更新
[0045] 对所述父代子群中的抗体进行变异，变异后的抗体按比例接种局部疫苗，从而生 成新群体，将所述记忆细胞加入所述新群体组成新一代抗体群；
[0046] 步骤15、判断t>A是否成立，若成立，则将所述新一代抗体群作为最优解输出；否 贝IJ，将t+1赋值给t，并返回步骤11顺序执行。
[0047] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[004引1、本发明通过排队论理论构造网络时延约束;基于可靠性理论，建立网络可靠性 函数，同时考虑网络建设成本，构造 W经济性为目标，W可靠性、N-I原则和网络时延为约束 的数学模型;提出了基于免疫算法的接入点规划算法，得到相应的染色体编码方案，并建立 染色体亲和度函数，从而有效地得到不同网络要求下的接入点选址规划方案。相比于没有 考虑端到端时延的规划方法，本文所提出的方法在经济性和可靠性方面虽略有下降，但在 网络时延方面获得了大幅提升，从而保证了电力通信网可靠有效的通信。
[0049] 2、本发明对电力通信网接入点的最佳位置规划问题建立了完整的多目标优化数 学模型，该模型考虑了四种约束，使得该接入点选址问题考虑的更加全面，使结果更加具有 有效性；
[0050] 3、本发明考虑到了 N-I原则，使得网络的抗灾能力更强大；
[0051] 4、本发明针对模型最优解的问题，利用免疫算法进行求解，降低了计算的时间复 杂度，具有较强的全局捜索能力和灵活度；
[0052] 5、本发明在免疫算法的求解中，通过抗原与抗体的结合力与抗体之间的结合力运 两种结合力对解进行评价和选择，抗体间的相互激励使得最优点周围的捜索效率明显提 高，记忆细胞对抗体的抑制有效地避免了局部最优；
[0053] 6、本发明在免疫算法中，对抗体进行选择时将每次进化后的最佳抗体中基因位排 列组合较为固定的基因串提取出来，将运些固定的基因串按比例注射到抗体群中，从而抑 制在变异时的退化现象，加快算法收敛速度。
【附图说明】
[0054] 图1为本发明电力通信网20点系统示意图；
[0055] 图2为本发明网络建设成本与网络平均可靠性的关系示意图；
[0056] 图3为本发明端到端时延在不同网络下的变化情况示意图；
[0057] 图4为本发明实验3电力通信网20点系统接入点部署示意图。
【具体实施方式】
[0058] 本实施例中，一种基于免疫算法的电力通信网接入点的选址规划方法，是应用于 电力通信网与外部业务系统进行数据通信的网络环境中；通过研究