一种基于逻辑级联失效模型的电力通信网业务恢复方法与流程

本发明涉及电力通信技术领域，特别是一种基于逻辑级联失效模型的电力通信网业务恢复方法。

背景技术：

在现代电力系统中，分析电力通信网可能遇到的安全事件，保障电力通信业务的正常传输是重要课题。电力通信网不同于电网，当网络拓扑被破坏时，不会因为负载的级联失效而造成物理上网络破坏范围的扩散，但是仍然会因为负载的迁移使某些链路带宽被占满而出现逻辑上失效的情况，如何针对这种情况进行业务路由的恢复是一个值得关注的问题。

目前关于电力通信网业务路由恢复的研究还比较薄弱。现有的评估方式多针对静态的网络，当电力通信网面对可预测的安全事件时，监管者不易确定受安全事件影响的电力业务。如何从电力通信网业务角度，结合可预测的安全事件对网络的影响，评估网络受负载迁移而发生逻辑上的失效一个重要内容。通过逻辑级联失效模型，制定合理的路由恢复方法，当可预测的安全事件到来之前，监管者可以假定电力通信网被破坏，通过风险预警分析出站点或链路中断导致电力通信网业务的中断情况，及时调整电力业务传输路由，在保证重要业务分布均衡的情况下恢复受损的业务。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于逻辑级联失效模型的电力通信网业务恢复方法，该方法有利于在保证剩余网络风险水平较低的前提下恢复受损的业务。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于逻辑级联失效模型的电力通信网业务恢复方法，包括以下步骤：

步骤1、建立电力通信网逻辑级联失效模型：根据安全事件预报情况，预测网络中即将失效的链路和节点；根据链路、节点的失效情况及被影响业务的主备路由分布，找出备用路由在安全事件发生后仍然可用的业务；对该类业务根据业务重要度进行降序排列，相同业务重要度的业务之间随机排列；根据排列结果，依次将业务迁移至其备用路由，若某条链路由于业务迁移使其带宽占用率超过设定阈值而无法再继续承载业务，则该链路视为逻辑级联失效，备用路由包含该链路的剩余待迁移业务与安全事件中主备路由都被中断的业务同样视为被中断业务；将安全事件后，剩余网络中未逻辑失效链路所承载业务的重要度的和，作为链路权重；

步骤2、根据电力通信网逻辑级联失效模型，将被中断业务按重要度进行降序排列，相同业务重要度的业务之间随机排列；按照排列的顺序依次为被中断业务重新寻找路由。

进一步地，所述步骤1中，建立电力通信网逻辑级联失效模型，包括以下步骤：

步骤1.1、根据安全事件的影响，判断哪些业务因主备路由都物理失效而无法进行负载迁移，将其放入中断业务集合，将主路由物理失效但备用路由没有物理失效的业务置入非中断业务集合中，并将非中断业务按照业务重要度降序排列；

步骤1.2、按排列的顺序在非中断业务集中提取业务，判断其备用路由是否逻辑失效，若失效则将该业务置入中断业务集合，若有效再判断其备用路由中链路的最小剩余带宽能否满足该业务带宽需求，若满足，则将该业务迁移至备用路由，否则将该业务置入中断业务集合中；

步骤1.3、当前业务迁移后，将该业务在非中断业务集中删除，若非中断业务集为空，则将网络中未失效链路所承载业务的重要度的和记为链路权重，转至步骤2，否则，更新网络链路状态，若某条链路的带宽占用率超过设定阈值，为降低该链路失效后的风险，将该链路视为逻辑上失效，转至步骤1.2。

进一步地，所述步骤2中，为被中断业务重新寻找路由的方法为：通过最短路径算法为当前业务寻找路由，并重新计算各链路的带宽占用率，若某一链路在承载了该业务后带宽占用率超过设定阈值，则为下一个业务选路时，该链路视为逻辑级联失效；根据上述原则依次为被中断业务选路。

进一步地，为被中断业务重新寻找路由，具体包括以下步骤：

步骤2.1、利用最短路径算法为当前业务寻找路由，若该路由中链路的最小剩余带宽能够满足该业务的带宽需求，则为该业务分配该路由，转步骤2.3，否则转步骤2.2；

步骤2.2、将不满足带宽需求的链路的权重临时调整至无穷，返回步骤2.1；

步骤2.3、在中断业务集合中删除该业务，若中断业务集合为空，则路由分配结束；否则，将权重临时调整至无穷的链路恢复其原始权重，根据当前业务路由分配后各链路承载业务重要度的变化更新各链路权重，并将带宽占用率超过设定阈值的链路视为逻辑失效，从中断业务集合中提取下一个业务，返回步骤2.1。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：通过设定逻辑级联失效链路和调整链路权重来解决在安全事件中受影响业务的路由分配问题，利用该方法，安全事件发生后，剩余网络中各链路承载的业务重要度分布较为均衡，网络整体风险性小，同时各链路均留有剩余带宽，可为业务提供备用路由，有效防止再次发生安全事件后网络业务因无备用路由导致恢复时间过长，进而影响电网的正常运行。

附图说明

图1是本发明实施例中小规模经典网络itna的示意图。

图2是本发明实施例中初始网络重要分布业务的重要度的分布图。

图3是本发明实施例的方法实现流程图。

图4（a）是本发明的业务恢复方法下业务重要度的分布图。

图4（b）是随机选择新路由的业务恢复方法下业务重要度的分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的描述。

本实施例中使用的网络为小规模经典网络itna，该网络中共有33个节点，含有68条链路，拓扑如图1。

将电力通信网中业务划分为五类，这五类业务的重要度向量i=[0.98,0.83,0.55,0.33,0.15]，五类业务对应的单位化流量向量f=[0.5,1,1,2,1]。网络中每类业务的数量为100个，每条链路的容量为100个单位流量，业务的源宿节点随机分配，主路由为链路权重为链路长度情况下的最短路由，备用路由为链路分离的次短路由。本实施例中，安全事件发生后，失效的链路为15-24,9-16,14-8,24-27。

网络初始的业务重要度分布如图2所示，链路的粗细表征该链路承载业务的业务重要度之和的大小。

本发明提出的基于逻辑级联失效模型的电力通信网业务恢复方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、建立电力通信网逻辑级联失效模型：根据安全事件预报情况，预测网络中即将失效的链路和节点；根据链路、节点的失效情况及被影响业务的主备路由分布，找出备用路由在安全事件发生后仍然可用的业务；对该类业务根据业务重要度进行降序排列，相同业务重要度的业务之间随机排列；根据排列结果，依次将业务迁移至其备用路由，若某条链路由于业务迁移使其带宽占用率超过设定阈值而无法再继续承载业务，则该链路视为逻辑级联失效，备用路由包含该链路的剩余待迁移业务与安全事件中主备路由都被中断的业务同样视为被中断业务；将安全事件后，剩余网络中未逻辑失效链路所承载业务的重要度的和，作为链路权重。具体包括以下步骤：

步骤1.1、根据安全事件的影响，判断哪些业务因主备路由都物理失效而无法进行负载迁移，将其放入中断业务集合，将主路由物理失效但备用路由没有物理失效的业务置入非中断业务集合中，并将非中断业务按照业务重要度降序排列。

在此实施例中，源节点为15，目的节点为27的业务的主路由为[15-22-24-27]，备用路由为[15-14-8-12-33-32-27]，都受到安全事件影响而失效，则该源宿节点间的业务被放入中断业务集合，以此类推，构建中断业务集合。

源节点为5，目的节点为12的业务的主路由[5--11-14-8-12]因包含失效链路而中断，备用路由[5-7-1-4-8-12]未受到影响，将该源宿节点间的业务放入非中断业务集合，以此类推，构建非终端业务集合，并将集合中的业务按重要度排序。

步骤1.2、按排列的顺序在非中断业务集中提取业务，判断其备用路由是否逻辑失效，若失效则将该业务置入中断业务集合，若有效再判断其备用路由中链路的最小剩余带宽能否满足该业务带宽需求，若满足，则将该业务迁移至备用路由，否则将该业务置入中断业务集合中。

在此实施例中，第一次执行步骤1.2时，取序号为1的业务，若其源节点为5，目的节点为12，则其备用路由为[5-7-1-4-8-12]，该路由上各条链路上的剩余带宽为[105，95.5，73，68，60]，可承载该业务，将该业务转移至该备用路由上。本实施例中链路逻辑级联失效的判定阈值为链路容量的80%，即链路剩余容量至少为20个单位流量。在本实施例中，由于业务的单位流量最大为2，而链路未逻辑失效的情况下最小剩余带宽为20，因此不存在链路未级联失效而路由中链路的最小剩余带宽不能满足业务带宽需求的情况。

步骤1.3、当前业务迁移后，将该业务在非中断业务集中删除，若非中断业务集为空，则将网络中未失效（包括物理失效和逻辑失效）链路所承载业务的重要度的和记为链路权重，转至步骤2，否则，更新网络链路状态，若某条链路的带宽占用率超过设定阈值，为降低该链路失效后的风险，将该链路视为逻辑上失效，转至步骤1.2。

步骤2、根据电力通信网逻辑级联失效模型，将被中断业务按重要度进行降序排列，相同业务重要度的业务之间随机排列；按照排列的顺序，即业务重要度依次从中断业务集中提取业务，并为业务重新寻找路由。其中，为被中断业务重新寻找路由的方法为：通过最短路径算法为当前业务寻找路由，并重新计算各链路的带宽占用率，若某一链路在承载了该业务后带宽占用率超过设定阈值，则为下一个业务选路时，该链路视为逻辑级联失效；根据上述原则依次为被中断业务选路。具体包括以下步骤：

步骤2.1、利用最短路径算法为当前业务寻找路由，若该路由中链路的最小剩余带宽能够满足该业务的带宽需求，则为该业务分配该路由，转步骤2.3，否则转步骤2.2。

在本实施例中，由于业务的单位流量最大为2，而链路未逻辑失效的情况下最小剩余带宽为20，因此不存在链路未级联失效而路由中链路的最小剩余带宽不能满足业务带宽需求的情况。

步骤2.2、将不满足带宽需求的链路的权重临时调整至无穷，返回步骤2.1。

步骤2.3、在中断业务集合中删除该业务，若中断业务集合为空，则路由分配结束；否则，将权重临时调整至无穷的链路恢复其原始权重，根据当前业务路由分配后各链路承载业务重要度的变化更新各链路权重，并将带宽占用率超过设定阈值的链路视为逻辑失效，从中断业务集合中提取下一个业务，返回步骤2.1。

本发明所述方法下，业务恢复后网络中各链路承载的业务重要度分布情况如图4（a）所示。经典业务恢复方法下，即按照链路长度寻找最短路径，为业务提供恢复路径的方法下，业务恢复后网络中各链路承载的业务重要度分布情况如图4（b）所示。

可以看出本发明提出的业务恢复方法相较于经典的业务恢复方法，链路上承载业务重要度的分布更均衡，业务恢复后，剩余网络的风险性更小。本发明通过业务恢复后，链路承载业务重要度的均值和方差来表征网络的风险，均值越小、方差也越小，则风险越小。表1中给出了本发明所述方法与经典方法下，链路承载业务重要度的均值、方差、业务平均路由长度，其中业务重要度进行了归一化处理。

可以看出，经典业务恢复方法在业务平均路由长度上与本发明的恢复方法相似，本发明所述方法在链路承载的重要度的方差上较经典方法下降了25%，均值提高了8%，即本发明在均值方面虽然有小幅度的提高，但是在方差上有了较大幅度的降低，总体上本发明所述方法下，业务恢复后，网络的风险水平较低，保证了业务恢复后，剩余网络仍可继续承担一定程度的安全事件。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。