本發(fā)明涉及業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)配電網(wǎng)路由調(diào)度和動(dòng)態(tài)選擇方法及系統(tǒng)，屬于主動(dòng)配電網(wǎng)控制。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著能源短缺和環(huán)境問題的日益突出，新能源發(fā)電技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，大量的新能源發(fā)電裝置以分布式電源(distributed?generation，dg)的形式接入到電網(wǎng)中，在緩解電網(wǎng)壓力的同時(shí)也給配電網(wǎng)帶來了電能質(zhì)量和規(guī)劃、運(yùn)營、控制等方面的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，人們采取了各種主動(dòng)控制策略來緩解這些問題，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)逐漸向主動(dòng)配電網(wǎng)（active?distribution?network，adn）演進(jìn)。主動(dòng)配電網(wǎng)采用主動(dòng)管理分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和客戶雙向負(fù)荷的模式，具有靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的公用配電網(wǎng)，其中控制技術(shù)增加并復(fù)雜化了物理系統(tǒng)對信息系統(tǒng)的依賴，使得主動(dòng)配電網(wǎng)成為信息物理耦合電力系統(tǒng)（cyber-physical?power?system，cpps）。

2、在主動(dòng)配電網(wǎng)中存在多種調(diào)控業(yè)務(wù)，如：電壓調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、需求響應(yīng)等，這些業(yè)務(wù)在控制中心處生成，并由控制中心統(tǒng)一調(diào)度后經(jīng)過信息系統(tǒng)下發(fā)，對物理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，從而維護(hù)主動(dòng)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行并為用戶提供高質(zhì)量的電能供應(yīng)，在滿足用戶的用電需求的同時(shí)為國民經(jīng)濟(jì)提供可靠保障。

3、然而，一方面，由于主動(dòng)配電網(wǎng)中多元調(diào)控業(yè)務(wù)的具體需求不同（如繼電保護(hù)、安全控制等緊急類業(yè)務(wù)更注重實(shí)時(shí)性，而用電信息采集、辦公自動(dòng)化等經(jīng)濟(jì)類業(yè)務(wù)則更注重可靠性），并且業(yè)務(wù)數(shù)量繁多，如何基于業(yè)務(wù)需求協(xié)調(diào)不同業(yè)務(wù)流量的路由轉(zhuǎn)發(fā)，為不同需求的業(yè)務(wù)流量提供合適的路由路徑，從而滿足多元業(yè)務(wù)流量傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性，成為亟待解決的問題。另一方面，物理系統(tǒng)的穩(wěn)定以及用戶的服務(wù)質(zhì)量依賴于調(diào)控指令的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確下發(fā)，而主動(dòng)配電網(wǎng)作為一種典型的cpps，其數(shù)據(jù)的傳輸性能強(qiáng)烈依賴于信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行，信息系統(tǒng)一旦故障，導(dǎo)致調(diào)控指令無法及時(shí)下發(fā)，將嚴(yán)重影響物理系統(tǒng)的穩(wěn)定，甚至對國民經(jīng)濟(jì)帶來損失。因此，如何保障由于網(wǎng)絡(luò)攻擊或自然災(zāi)害導(dǎo)致部分路由通信鏈路突發(fā)故障的情況下調(diào)控指令的實(shí)時(shí)下發(fā)，對于提高主動(dòng)配電網(wǎng)的魯棒性，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

4、因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)配電網(wǎng)路由調(diào)度和動(dòng)態(tài)選擇方法及裝置，不僅能夠滿足多元調(diào)控業(yè)務(wù)的不同需求，生成最優(yōu)流量調(diào)度方案，從而保證流量的實(shí)時(shí)可靠傳輸，而且能夠應(yīng)對通信鏈路的突發(fā)故障，快速重新選擇路由路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)配電網(wǎng)路由調(diào)度和動(dòng)態(tài)選擇方法及系統(tǒng)，以解決信息物理耦合場景下如何根據(jù)不同調(diào)控業(yè)務(wù)需求保證多元業(yè)務(wù)流量實(shí)時(shí)可靠傳輸?shù)膯栴}以及當(dāng)鏈路突發(fā)故障時(shí)如何進(jìn)行路由路徑快速重構(gòu)的問題；

2、為達(dá)到上述目的/為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面：業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)配電網(wǎng)路由調(diào)度和動(dòng)態(tài)選擇方法，所述方法包括：

4、根據(jù)下發(fā)每條業(yè)務(wù)流量的物理影響及信息需求，評估每條業(yè)務(wù)流量的物理重要度指標(biāo)和信息重要度指標(biāo)；

5、將物理重要度指標(biāo)與信息重要度指標(biāo)綜合考慮，得到綜合業(yè)務(wù)流量重要度指標(biāo)；

6、對綜合業(yè)務(wù)流量重要度指標(biāo)排序，得到排序后的業(yè)務(wù)流量集合；

7、對每一條路由鏈路的實(shí)時(shí)性和可靠性進(jìn)行量化，并生成路由距離矩陣；

8、將排序后的業(yè)務(wù)流量集合與路由距離矩陣輸入預(yù)先構(gòu)建的路由調(diào)度優(yōu)化模型，并基于業(yè)務(wù)流量重要度和路由路徑性能匹配原則，生成整體業(yè)務(wù)流量的最優(yōu)路由調(diào)度方案；

9、下層路由器根據(jù)最優(yōu)路由調(diào)度方案進(jìn)行流量調(diào)度。

10、可選地，所述根據(jù)下發(fā)每條業(yè)務(wù)流量的物理影響及信息需求，評估每條業(yè)務(wù)流量的物理重要度指標(biāo)和信息重要度指標(biāo)，包括：

11、采用改進(jìn)重力中心性方法評估物理重要性，原重力中心性公式為：

12、；

13、其中，表示為得到的節(jié)點(diǎn)影響力指標(biāo)，表示物理節(jié)點(diǎn)的k-shell值，表示物理節(jié)點(diǎn)的k-shell值，k-shell值代表其在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械挠绊懥?，表示物理?jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)集合，表示物理節(jié)點(diǎn)和拓?fù)渚嚯x；

14、對公式（1）進(jìn)行改進(jìn)，得到改進(jìn)重力中心性公式：

15、；

16、其中，表示得到的節(jié)點(diǎn)物理重要度值，表示歸一化后流量對物理節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的功率影響，表示節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械慕Y(jié)構(gòu)影響力和物理影響力的綜合指標(biāo)，表示歸一化后流量對物理節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的功率影響，表示節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械慕Y(jié)構(gòu)影響力和物理影響力的綜合指標(biāo)；

17、對所有需要?dú)w一化的變量進(jìn)行歸一化的方法見公式（3）：

18、；

19、其中，表示歸一化后的變量值，為要?dú)w一化的變量，為變量的最小值，為變量的最大值，為修正參數(shù)；

20、用改進(jìn)后的重力中心性公式（2）表示業(yè)務(wù)流量的物理重要性，見公式（4）：

21、；

22、考慮不同業(yè)務(wù)流量的具體實(shí)時(shí)性需求和可靠性需求，構(gòu)建流量信息重要性公式（5）：

23、；

24、其中，表示業(yè)務(wù)流量的編號，表示流量的信息重要度指標(biāo)，表示歸一化后流量的截至?xí)r間需求，表示歸一化后流量的誤碼率需求，和為權(quán)重系數(shù)，滿足。

25、可選地，所述將物理重要度指標(biāo)與信息重要度指標(biāo)綜合考慮，得到綜合業(yè)務(wù)流量重要度指標(biāo)，包括：

26、基于流量物理重要性（4）和流量信息重要性（5），給出業(yè)務(wù)流量的信息物理綜合重要性指標(biāo)（6）：

27、；

28、其中，表示同時(shí)考慮物理重要度和信息重要度下每條流量的綜合重要度，和為權(quán)重系數(shù)，滿足；

29、根據(jù)每條流量的綜合重要度對待調(diào)度流量集合中的流量按降序排列，得到綜合業(yè)務(wù)流量重要度指標(biāo)。

30、可選地，所述對每一條路由鏈路的實(shí)時(shí)性和可靠性進(jìn)行量化，并生成路由距離矩陣，包括：

31、將實(shí)際路由器抽象為通信節(jié)點(diǎn)，將兩通信節(jié)點(diǎn)間的鏈路抽象為連邊，通信拓?fù)浔硎緸?，表示通信?jié)點(diǎn)的集合，表示第個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，表示通信鏈路的集合，表示節(jié)點(diǎn)和之間的通信鏈路，根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，獲得通信網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣，當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)和之間能夠直接通信時(shí)，，否則，；表示節(jié)點(diǎn)和之間的連通性，表示矩陣維度；

32、每條通信鏈路具有鏈路狀態(tài)屬性：鏈路可用帶寬、鏈路傳輸時(shí)延和鏈路傳輸誤碼率，考慮鏈路狀態(tài)中的傳輸時(shí)延和誤碼率對每條路由鏈路進(jìn)行評估，評估方法如公式（7）所示：

33、；

34、其中，表示每條鏈路的評估值，?表示利用公式（3）歸一化后的鏈路傳輸時(shí)延，表示利用公式（3）歸一化后的鏈路誤碼率，和為權(quán)重系數(shù)，滿足，表示無窮大，?值越小，則該鏈路的性能越好；

35、根據(jù)公式（7）和通信網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣，計(jì)算得到路由距離矩陣。

36、可選地，所述方法還包括：

37、當(dāng)一條流量被調(diào)度時(shí)，其所在通信節(jié)點(diǎn)發(fā)生鏈路故障，導(dǎo)致原路由路徑不能用，此時(shí)當(dāng)前通信節(jié)點(diǎn)會(huì)獲取實(shí)時(shí)鏈路故障信息，將故障鏈路視為不可達(dá)，修改鄰接矩陣中對應(yīng)元素以及路由距離矩陣中的對應(yīng)元素；

38、基于業(yè)務(wù)流量重要度和路由路徑性能匹配重新選擇最優(yōu)路徑，從而實(shí)現(xiàn)故障路徑的快速重構(gòu)；

39、其中，考慮到原路由調(diào)度結(jié)果并非完全不能用，且路徑的動(dòng)態(tài)選擇僅在故障鏈路處進(jìn)行，無法構(gòu)成一條完整的路由路徑，則將最優(yōu)調(diào)度結(jié)果和重構(gòu)結(jié)果結(jié)合，重新構(gòu)成一條從業(yè)務(wù)流量源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的完整路由路徑，反饋給控制中心并更新最優(yōu)調(diào)度路由表。

40、可選地，所述路由調(diào)度優(yōu)化模型以最小化所有流量的平均傳輸時(shí)延和誤碼率為目標(biāo)，以業(yè)務(wù)流量的截止時(shí)間、誤碼率、通信帶寬和節(jié)點(diǎn)隊(duì)列為約束構(gòu)建的。

41、可選地，所述路由調(diào)度優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：

42、?；

43、其中，表示待調(diào)度流量集合中流量的數(shù)量，表示業(yè)務(wù)流量在一條完整路由路徑上的總傳輸時(shí)延，表示業(yè)務(wù)流量在一條完整路由路徑上的總誤碼率，和為權(quán)重系數(shù)，滿足；

44、業(yè)務(wù)流量在一條完整路由路徑上的總時(shí)延和總誤碼率分別為（9）和（10）：

45、；

46、；

47、其中，表示鏈路，表示業(yè)務(wù)流量的完整路由路徑，表示第條待調(diào)度流量，為待調(diào)度流量集合；

48、業(yè)務(wù)流量傳輸時(shí)延約束（11）：每個(gè)流量均要在其截止時(shí)間內(nèi)到達(dá)；

49、；

50、其中，為業(yè)務(wù)流量的截止時(shí)間；

51、業(yè)務(wù)流量誤碼率約束（12）：每個(gè)流量均要保證其總誤碼率不超過允許最大誤碼率；

52、；

53、其中，為業(yè)務(wù)流量的截止時(shí)間；

54、通信鏈路帶寬約束（13）：每條鏈路容納的總流量不超過可用鏈路帶寬；

55、；

56、其中，為業(yè)務(wù)流量是否經(jīng)過通信鏈路的指示因子，當(dāng)業(yè)務(wù)流量經(jīng)過通信鏈路時(shí)，，否則，，?為流量傳輸所需帶寬，表示鏈路的總帶寬；

57、通信節(jié)點(diǎn)隊(duì)列約束（14）：每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)內(nèi)流量隊(duì)列長度不超過最大允許隊(duì)列值；

58、；

59、其中，為業(yè)務(wù)流量是否經(jīng)過通信節(jié)點(diǎn)的指示因子，當(dāng)業(yè)務(wù)流量經(jīng)過通信節(jié)點(diǎn)時(shí)，，否則，，為通信節(jié)點(diǎn)的最大流量存儲(chǔ)隊(duì)列。

60、可選地，所述將排序后業(yè)務(wù)流量集合和路由距離矩陣輸入預(yù)先構(gòu)建的路由調(diào)度優(yōu)化模型，并基于業(yè)務(wù)流量重要度和路由路徑性能匹配原則，生成整體流量的最優(yōu)路由調(diào)度方案，包括：

61、對每條業(yè)務(wù)流量依據(jù)業(yè)務(wù)流量重要度和路由路徑性能匹配原則，通過floyd算法求解最短路徑，為重要度高的業(yè)務(wù)流量生成當(dāng)前最小距離的路由路徑；

62、對生成當(dāng)前最小距離的路由路徑進(jìn)行約束條件判斷，滿足約束的路徑保留到路由表中，并更新路由距離矩陣，否則認(rèn)為流量調(diào)度失敗，直到流量集合中所有流量均完成調(diào)度，得到最優(yōu)路由調(diào)度方案。

63、第二方面：業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)配電網(wǎng)路由調(diào)度和動(dòng)態(tài)選擇系統(tǒng)，所述包括：

64、流量重要度評估模塊，被配置為：根據(jù)下發(fā)每條業(yè)務(wù)流量的物理影響及信息需求，評估每條業(yè)務(wù)流量的物理重要度指標(biāo)和信息重要度指標(biāo)；

65、融合模塊，被配置為：將物理流量重要度指標(biāo)與信息重要度指標(biāo)綜合考慮，得到綜合業(yè)務(wù)流量重要度指標(biāo)；

66、業(yè)務(wù)流量集合模塊，被配置為：根據(jù)綜合業(yè)務(wù)流量重要度指標(biāo)排序，得到排序后的業(yè)務(wù)流量集合；

67、路由鏈路量化模塊，被配置為：對每一條路由鏈路的實(shí)時(shí)性和可靠性進(jìn)行量化，并生成路由距離矩陣；

68、路由優(yōu)化生成模塊，被配置為：將排序后的業(yè)務(wù)流量集合與路由距離矩陣輸入預(yù)先構(gòu)建的路由調(diào)度優(yōu)化模型，并基于業(yè)務(wù)流量重要度和路由路徑性能匹配原則，生成整體業(yè)務(wù)流量的最優(yōu)路由調(diào)度方案；

69、流量調(diào)度模塊，被配置為：用于下層路由器根據(jù)最優(yōu)路由調(diào)度方案進(jìn)行流量調(diào)度。

70、可選的，所述系統(tǒng)還包括：

71、路由動(dòng)態(tài)選擇模塊，被配置為：當(dāng)存在鏈路故障時(shí)，基于實(shí)時(shí)鏈路故障信息以及原優(yōu)化方案進(jìn)行路由路徑的動(dòng)態(tài)選擇。

72、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

73、1、在本發(fā)明提出業(yè)務(wù)流量的信息物理綜合重要度評估方法，將物理流量重要度指標(biāo)與信息重要度指標(biāo)綜合考慮，得到綜合重要度指標(biāo)，解決了信息物理耦合場景下業(yè)務(wù)流量評估不全面的問題；

74、2、本發(fā)明中，提出基于“業(yè)務(wù)流量重要度和路由路徑性能匹配”原則進(jìn)行路由優(yōu)化調(diào)度方法，解決了多元業(yè)務(wù)流量難以按需調(diào)度的問題；

75、3、本發(fā)明提出基于實(shí)時(shí)鏈路故障信息以及原優(yōu)化方案進(jìn)行路由動(dòng)態(tài)選擇方法，能夠在故障鏈路節(jié)點(diǎn)處快速重新選擇可用路徑，且重構(gòu)結(jié)果能夠滿足流量的傳輸需求，解決了在突發(fā)鏈路故障下如何保障業(yè)務(wù)流量按需傳輸?shù)膯栴}。