一种用于生成SDH电力通信传输网络多层拓扑结构的算法的制作方法

本发明涉及一种电力通信传输网络拓扑结构的算法，具体的涉及一种用于生成SDH电力通信传输网络多层拓扑结构的算法。

背景技术：

电力行业关系国家经济命脉和国家能源安全，电网的建设承担着为人民生活、工业生产持续提供电力供应的基本使命。进行合理的电网规划，对于优化网络结构，提高网络的性能和生存能力意义重大。

近年来，随着光纤通信技术的快速发展，SDH系统取代曾经普遍采用的准同步数字体系(PDH)，已经成为我国电信网络的主要传输体制和电网生产调度的重要支撑手段。SDH帧结构的特点，决定了其强大的网络管理能力和自愈能力，为网络监测和保护提供了重要保障。

随着电力通信业务的急剧增加，现存通信网络中存在的网元结构不合理、可靠性低、资源分配不合理等缺陷严重影响了网络的安全和稳定，因此，合理的网络规划显得尤为重要。

网络拓扑结构及优化是通信网规划和设计中的重要问题。网络物理拓扑即网络节点和传输线路的几何排列，也就是将维护和实际连接抽象为物理上的连接性。网络拓扑的概念对于SDH网在电力通信中的应用十分重要，其直接影响了通信路由、网络造价、维护成本以及通信设备、光缆等的布局，还对网络的效能、可靠性和经济性起到重要作用。

SDH网络具有线型、星型、树型、环型、网孔型等多种拓扑结 构。由于SDH网络的主要功能是为电信网提供有效的传输手段，为了达到这一目的，SDH网络须具有安全、经济、维护管理方便、技术上简单易行等特性。因此，受通信需求、技术水平、地理环境、经济条件等因素的制约，SDH网络的拓扑结构应该是多种多样的，即某些场合需要复杂的网孔型结构，而有些场合以最简单的线型网络就可以满足需求。

如今，各电力部门及电力公司在进行电网建设时，在规划好网络的结构后，主要采用在专业制图软件上手动添加网元、布局、布线的方式制作拓扑图，这种方式具有效率低、工作繁杂、安全性低等缺点，特别是在网元数量多、网络结构复杂的情况下，可靠性就会大大降低，带来安全隐患，这种手工方式也不符合电网建设智能化的发展趋势。

此外，在国家提出“三集五大“体系建设、推进电网建设地县一体化的背景下，原本县公司单独成网、分别调度的方式逐渐被地县一体、统一调度的方式取代，这将使得网络拓扑结构的层次增多，网元数量更加庞大，而传统的手动添加网元、布局、布线的制图方式可能会导致拓扑图层次模糊、布局错乱，缺陷明显，满足不了实际需求。

因此，如何提供一种算法，通过输入必要参数，经过一定运算，就能够自动生成网络拓扑结构，并能够满足未来电网拓扑结构层次增多、网元数量增加以及智能化发展的需要，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于生成SDH电力通信传输网络多层拓扑结构的算法，该算法有效解决由于传统的手动添加网元、布局、布线的制图方式可能会导致拓扑图层次模糊、布局错乱，缺陷明显等上述存在的问题。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种用于生成SDH电力通信传输网络多层拓扑结构的算法，该算法建立了一种图论数学模型，所述图论数学模型在直角坐标系中绘制若干同心辅助圆，每一个辅助圆用于辅助生成拓扑图的一层结构，通过在辅助圆上均匀布局网元，进而调用gplot命令生成拓扑结构。

本发明进一步改进在于：确定核心网元数量、各接入层子网元数量以及各辅助圆的半径，即可生成满足需要的多层拓扑图。

本发明进一步改进在于：所述多层拓扑结构采用环链结构；其中最内层为核心层，第二层为接入层或者小核心层，其他层都为接入层。

本发明进一步改进在于：所述接入层和核心层采用两点汇聚的方式连接，接入层之间采用两点汇聚或者单点汇聚的方式连接。

本发明进一步改进在于：所述核心层主要采用2.5Gbps和10Gbps传输设备，接入层主要采用622Mbps和2.5Gbps传输设备。

本发明进一步改进在于：所述算法适用于MATLAB开发平台。

本发明进一步改进在于：所述算法为生成电网拓扑结构的独立算法，可以嵌入其他算法中。

本发明进一步改进在于：网络拓扑图的不同层次及网元采用不同的颜色、线型设计，网元进行序号标注。

本发明的有益效果是：该算法建立了一种图论数学模型，并在算法设计过程中运用均匀分布和无限分割的思想，其中均匀分布和无限分割的设计思想，简化了算法的结构，使网元数量不受限制，可以满足未来电网发展和业务增加的需要；通过输入必要参数，经过一定运算，就能够自动生成网络拓扑结构的算法。该算法能够替代在专业软件手动添加网元、布局、布线的传统拓扑图绘制方式，方便了网元坐标值和邻接矩阵的获取，并能够满足未来传输网络拓扑结构层次增多、网元数量增加的需要。

附图说明

图1为本发明电力通信传输网络多层拓扑结构图；

图2为图1中最内层拓扑结构图；

图3为图1中次外层和最内层的拓扑结构图；

图4为本发明三层拓扑结构图；

图5为本发明电力通信传输网络多层拓扑结构的算法流程图。

其中：111-辅助圆，112-核心网元，113-核心层，114-圆心角，121-辅助圆a，122-子网元a，123-接入层a(或小核心层)，131-辅助圆b，132-子网元b，133-接入层b。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种用于生成SDH电力通信传输网络多层拓扑结构的算法，该算法建立了一种图论数学模型，并在算法设计过程中运用均匀分布和无限分割的思想。所述图论数学模型在直角坐标系中绘制若干同心辅助圆，每一个辅助圆用于辅助生成拓扑图的一层结构，通过在辅助圆上均匀布局网元，方便了网元坐标值和邻接矩阵的获取，进而调用gplot命令生成拓扑结构。

确定核心网元数量、各接入层子网元数量以及各辅助圆的半径，即可生成满足需要的多层拓扑图；使得本发明算法操作简单，有利于其推广应用。

所述多层拓扑结构采用环链结构，满足电网建设过程中拆环等网络优化的需要，使得SDH电网的组网方式更加灵活，便于网络的优化和调整；所述环带链的拓扑结构是所述环型拓扑结构和所述线型拓扑结构的结合，所述环形拓扑结构利用SDH的分插复用器或交叉连接设 备组成自愈环，所述自愈环可以提供通道保护、复用段倒换环保护等多种保护模式，提高网络的生存能力和可靠性。整个拓扑图呈逐层向外辐射式布局，最内层为核心层，第二层为接入层或者小核心层，其他层都为接入层。此外，本发明接入层和核心层采用两点汇聚的方式，接入层之间采用两点汇聚或者单点汇聚的方式，能够满足实际拆环需要。

所述核心层主要采用2.5Gbps和10Gbps传输设备，接入层主要采用622Mbps和2.5Gbps传输设备；电网建设中根据实际站点的业务统计量的不同，须采购不同容量的传输设备。

本发明算法适用于MATLAB开发平台：充分利用MATLAB图论工具箱，便于建立本发明所述图论数学模型。该图论模型的思想是：在MATLAB的figure图形界面中，建立一个直角坐标系，在该坐标系中绘制多个同心圆，称之为辅助圆，不同的辅助圆可以区分拓扑结构的层次。每个辅助圆的半径R都是输入参数，故辅助圆的半径是可变的，可以根据需要调整。核心网元或者子网元均分布在该辅助圆上，网元的布局运用均匀分布和无限分割的思想。最内层即核心层的网元数量确定后，便在最内层绘制一个正多边形，且核心网元的数量为任意数。同理，对于接入层，在汇聚点确定之后，可对由汇聚点所确定的圆心角进行均匀分割。显然，这种对圆周或圆心角均匀分割的方法，可以准确获得每一个网元在辅助圆上的坐标值，然后对于每一层，根据网元间的拓扑关系，可以确定网元的邻接矩阵。得知了网元的坐标值和邻接矩阵之后，调用MATLAB的gplot命令就可以绘制出相应的拓扑图，且该拓扑图可以看作是图论中的无向图。

所述算法为生成电网拓扑结构的独立算法，可以嵌入其他算法中；使其具有广泛的应用范围和灵活的应用方式，使得电网建设中的网络规划和拓扑图构建得到统一，取代目前网络规划和拓扑图构建采 用不同的平台和工具的现状，更符合未来智能电网的发展理念。

本发明算法对拓扑图中的不同层次及网元采用不同的颜色、线型设计，网元进行序号标注。以区分开核心层和接入层，同时每一个网元都标注了序号。

SDH光传输设备是电力通信网络的重要组成部分，是网络物理拓扑中的具体节点，其组成了实际光环网核心层中的核心站点(变电站)，或者接入层中的一般站点(变电站)。在本发明中，将SDH光传输设备称之为网元，则核心层中的核心站点称作核心网元，接入层中的一般站点称之为子网元。

由于本发明算法基于MATLAB开发环境，因此，所有参数均以矩阵形式存储。

如图所示，本发明算法生成的多层拓扑图建立在直角坐标系中，该坐标系的横纵轴只用于衡量辅助圆的半径，没有其他实际意义。本发明算法的输入变量有三个，分别是核心网元112数量、各接入层子网元(122、132)数量以及各辅助圆(111、121、131)的半径。由于核心层113只有一个，故核心网元112数量用变量core_node存储；辅助圆a 121上各接入层a 123子网元a 122数量用矩阵sub_net存储；辅助圆b 131上各接入层b 133子网元b 132数量用矩阵sub2_net存储；辅助圆111、辅助圆a 121、辅助圆b 131的半径分别用变量R、Rr、Rrr存储，各半径间的关系为Rr＝R+1.5，Rrr＝R+3。调用plot命令绘制辅助圆111、辅助圆a 121、辅助圆b 131，各辅助圆的圆周角定义在(π/2,5π/2)区间。由于采用均匀分布的思想，故核心层113为一正多边形，边的条数为核心网元112的数量core_node，且每条边对应的圆心角114θ为2π/core_node。由于各核心网元112构成了一个环，该环可以看成图论中的无向图G＝<V,E>，其中V为非空集合，称为顶点集，即网元节点；E是V中元素构成的无序二元组 的集合，为网元节点间的连线。根据求无向图邻接矩阵的方法，可以很容易得到核心层113各核心网元112的邻接矩阵。而且可以发现，一般地，如果一个环有n个节点，则这n各节点构成的邻接矩阵具有的特点是：矩阵第1行的第2个和第n个元素为1，其余元素为0；矩阵第n行的第1个和第n-1个元素为1，其余元素为0；矩阵其他n-1行的第n-1个和第n+1个元素为1，其余元素为0；据此规律，该算法求解邻接矩阵的方法是：用zeros(n)命令生成一个全部元素为0的n阶矩阵，然后按照以上规律将各行的相应元素置为1。此外，由于该算法运用了均匀分布的思想，因此将区间(π/2,5π/2)平均分成core_node份，即可简单地获取各核心网元112的坐标值。

现针对图2中core_node＝6的情况举例说明核心层113拓扑图的生成过程：按照上述方法，可以得到核心网元的邻接矩阵为[010001；101000；010100；001010；000101；100010]，坐标值矩阵为[R*cos(π/2)，R*sin(π/2)；R*cos(5π/6)，R*sin(5π/6)；R*cos(7π/6)，R*sin(7π/6)；R*cos(3π/2)，R*sin(3π/2)；R*cos(11π/6)，R*sin(11π/6)；R*cos(13π/6)，R*sin(13π/6)；R*cos(5π/2)，R*sin(5π/2)]，然后调用gplot命令绘制出图2中的核心层113。同样，如若核心网元112的数量为其他任意值时，也可以通过该方法生成核心层113拓扑图，且因为核心网元112数量可为任意值，体现了无限分割的思想，可适用于实际中的各种情况。

辅助圆a121所在接入层a 123拓扑图的生成方法：若接入层a 123与核心层113为两点汇聚方式，且汇聚点为核心网元a、核心网元b，子网元c、子网元d、子网元e、子网元f，则通过对核心网元a和核心网元b构成的圆心角114按照接入层a 123的子网元a122数量进行均匀分割，即可获取各子网元的坐标值。又接入层a 123所在的环 由子网元c、子网元d、子网元e、子网元f以及核心网元a、核心网元b构成，故按照前面所述方法，可同样获得接入层a 123的邻接矩阵，进而调用gplot命令绘制出接入层a 123的拓扑图。该辅助圆a121上其他接入层a 123也同理。另外，由于辅助圆a 121上存在多个接入层a 123，因此本发明算法通过循环语句将各接入层的坐标值矩阵和邻接矩阵分别存储在两个单元数组中，简化了算法结构。

辅助圆b131所在接入层b 133拓扑结构的生成方法：若接入层b 133所在接入层与接入层a123为两点汇聚方式，且汇聚点为子网元c、子网元d及子网元g、子网元h，则通过对子网元g、子网元h构成的圆心角按照接入层b133的子网元数量进行均匀分割，即可获取各子网元的坐标值。同样，接入层b133的邻接矩阵可按照上述方法获得。若接入层采用单点汇聚的方式，如子网元i与子网元d之间采用的就是单点汇聚方式，从而形成环链拓扑结构中的“链”，此时，子网元i的角度值与子网元d相同，只是在不同的辅助圆b、辅助圆a上，因此可以很容易获得子网元i的坐标值，而邻接矩阵可由“链”上的子网元i和子网元d求解。最后，调用gplot命令即可生成辅助圆b131所有接入层b133的拓扑结构。

本发明多层拓扑结构为三层时，可以看作是由所述核心层、所述小核心层以及所述接入层构成。所述小核心层是目前广泛采用的组网方式，所述小核心层多采用2.5Gbps传输设备，方便了未来增加站点，提高了网络的可扩展性。如若拓扑结构的层次大于三层，则其拓扑结构生成方法同上述接入层，从而实现了多层拓扑结构向外辐射式设计。

本发明提供一种用于生成SDH电力通信传输网络多层拓扑结构的算法，与现有的在专业制图软件上手动添加网元、布局、布线的方式相比，本发明所提供的算法在建立图论模型的重要基础上，通过输 入核心网元数量、子网元数量、辅助圆半径等参数后，经过一定程序运算，就可以自动生成层次清晰、界面友好的多层拓扑图，提高了网络规划和设计的效率，避免了传统方式布局错乱、安全性低、工作量大的缺点，为未来电网智能化建设提供了有效的技术手段。

本发明算法巧妙设计了所述辅助圆，所述辅助圆使得网络的拓扑结构的层次更加清晰，有利于所述网元的布局、网元的坐标值及邻接矩阵的获取，方便了gplot命令的使用与所述图论数学模型的建立，简化了算法设计。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。