电力系统通信网络性能优化探讨.doc

电力系统通信网络性能优化探讨电力系统通信网络性能优化探讨 代代 波波 （南宁供电局（南宁供电局 广西南宁广西南宁 530031））摘摘 要要 本文主要针对日益复杂的电力系统通信网络，利用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法求出指定的一个源节点到其他各节点的最佳通信路径，并用 Delphi5．0 计算机语言实现该算法，从而达到优化通信网络性能的目的关键词关键词 通信网络 最佳路由 最短路径 迪杰斯特拉（Dijkstra）算法 Delphi5．0 计算机语言1 引言引言电力通信系统经过近几年的快速发展，通信方式手段已从单一的载波通信方式发展成为由载波、集群、无线、数字微波、SDH 光纤等通信方式共同组成的一个复杂的通信网络，加上在 220 kV 及以上变电站基本都安装有数字程控交换机，使得电力通信网络的结构变得更为复杂各变电站的语音、数据、图象等媒体的传输可以通过多种通信方式、经过不同的迂回路由回到调度因此根据实际需要确定调度到各变电站的最佳通信路由，使得调度能够沿着最佳的通信路径到达各变电站，以缩短调度的接续时间，有利于调度员及时快速地处理电网事故，提高整个通信网络的性能，具有十分重要的意义。

2 最佳路由和迪杰斯特拉（最佳路由和迪杰斯特拉（Dijkstra）算法概论）算法概论2．．1 最佳路由最佳路由“最佳通信路由”是指以最低的费用或最少的通信时间来实现通信路由合理选择，它是一种有约束（指有前提条件）非线性网络规划通信“费用”并不一定是指“钱”，通常是给每一条链路指定一定的费用，而它由许多的因素决定，如链路长度、数据率、链路容量、是否要保密、传播迟延等，甚至可以是一天中某一个小时内的通信量节点中缓冲区被占用的程度、链路的差错率情况等这些数据都可以根据通信设备的性能指标参数以及运行部门对每个通道的运行数据进行统计分析得出，从而跟据用户的具体情况来设置每一个链路的“费用”2．．2 迪杰斯特拉（迪杰斯特拉（Dijkstra）算法）算法迪杰斯特拉（Dijkstra）算法是一种寻找从源节点起到网络中其他各点的最短通路和最佳路径的方法以源节点为节点 0 开始，每次找一个节点到源节点的最短通路，然后一步一步地寻找，直到把所有节点都找到为止令 D（v）为源节点（节点 0）到节点 v 的距离（即沿某一通路的所有链路的长度之和）再令 l（i，j）为节点i 至节点 j 之间的距离整个算法分为以下两个部分：（1）初始化。

令 N 表示网络节点的集合先令 N＝｛0｝对所有不在 N 中的节点 v，写出：D（v）＝｛1（1，v），若节点 v 与节点 1 直接相连；∞，若节点 v 与节点 1 不直接相连不得 在用计算机进行求解时，可以用一个比任何通路长度大得多的数值代替∞2）以后的各步骤，寻找一个不在 N 中的节点 w，其 D（w）值为最小把 w 加入到 N 中然后对所有不在 N 中的节点，用［D（v），D（w）＋l（w，v）］中较小的值去更新原有的 D（v）值，即：D（v）←Min［D（v），D（w）＋l（w，v）］重复步骤（2），直到所有的网络节点都在 N 中为止3）这种算法是按照一定的顺序（一般是从终点开始，向始端依次推算出每段节点至终点的最短路径长度和最优路径），将问题分解为相联系的多个阶段，依次对它的每一个阶段作出决策，最后获得对整个网络的最优解（最佳路由） 3 方案探讨方案探讨3．．1 问题的提出问题的提出现在，我们针对南宁供电局的 220 kV 变电站通信网络图（见图1）进行讨论从图 1 我们可以看出，地调—林村变电站的话音和数据通信通道既可以通过载波通信的方式直接传到林村变，也可以通过光纤通信方式先到中调，然后通过光纤或 800 MHz 数字微波通信方式传到林村变。

同样，可以看出其他变电站也存在有多条通信传输路由可以到达地调由于变电站与变电站之间的距离有远有近，且载波、微波、无线、光纤等通信方式采取的通信原理也不一样，因此各站点之间的通信通道在通信质量指标（如通道时延、通道的费用、可靠性等方面）存在着一定的差异；而调度与变电站之间传输的媒体包括语音、数据、图象等，这些媒体之间也有着各自不同的特点，对传输通道也有着不同的要求，如调度的特点是实时性强、通话时间不长，要求调度员和变电站值班员之间的通话迅速接通，对通道时延要求比较高，而对通道质量只要保证双方能听懂话音含义即可，此时可选择一条接续时间最短的路由；而数据传输（如远动信号），为了保证数据包在传输过程中不被丢失，对通道的可靠性要求就比较高，此时就要选择可靠性较高的传输路由；同时为了降低整个通信网络的运行成本，就必须选择费用最低的传输通道3．．2 地调至各变电站的最佳路由计算选择地调至各变电站的最佳路由计算选择用 V0 表示地调，V1 为中调，V2 为沙田变，V3 为林村变，V4为石西变，V5 为安城变，V6 为马头变，V7 为平果变，V8 为金马变，而各站点之间的通道时延时间标在站点的连线上面如图 2 所示。

根据迪杰斯特拉（Dijkstra）算法内容，结合我局电力 220 kV变电站通信网络的实际结构，通信网络的最佳路径是先从终点开始（V0），向始端依次推算出每段节点至终端的最短路径的长度和最优路径，然后使用 Delphi5．0 来开发了一个能够实现对图 2 节点V0（地调）到其他各节点（变电站）的最短路径问题求解的应用程序程序的主要部分如下：3．．3 程序运行结果程序运行结果程序运行的界面和结果如下： 在上面的程序中，我们只需将各节点之间的通道时延时间填入带权邻接矩阵中（其中∞用 1000 代替），然后按“开始”按纽，即可求出节点 V0 到各节点的最短路径及其相应的距离通过上面程序的运算，就可以得到既科学又经济的最佳通信路由如从 V0 到 V8 的最短路径是从 V0 出发，通过光纤到 V1，然后通过微波到 V7，再通过载波到达 V8，其相应的传输时延为 78；从V0 到 V4 的最短路径为从 V0 出发，通过光纤到 V2，然后通过载波到 V4，其相应的传输时延为 32如此类推，可以分别计算出 V0到 V7、V6、V5、V3 的最短路径和其相应的传输时延有了这个计算的结果，我们就可以组织技术人员，设置各变电站内的调度程控交换机的路由以及通信传输设备的转接方向，作出合理安排，使得调度能够沿着最短的路径到达变电站，缩短调度的接续时间，有利于调度员及时快速地处理电网事故。

4 经验总结经验总结（1）从上面的分析和软件运行结果可以看出，用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法的过程中，核心步骤就是在未标记的点中选择一个权值最小的线路设计的程序，其实是一个权值的循环比较过程2）在程序设计过程中要采取一定的技巧，让未标记的节点以有序的形式存放在一个链表或数组中，这样可以提高计算速度3）一定要将通信网络中的各个通信点，按照节点和边的关系转化为拓扑结构图，这样才能使运算效率提高4）以上讨论的只是通信网络的最短路径（通道的时延）问题如果我们针对变电站的数据传输要求，讨论通道可靠率或通道费用问题，只需把各站点之间的通道时延改成相应的通道费用或通道可靠率，就可以很方便地得出地调到各变电站可靠性最高的路由5）如果需要求出其它任一节点（如中调）到网络中各节点的最佳路由，只需简单地将该节点作为源节点（V0），然后把相应的网络参数填入程序的数据输入框，同样可以得出结果 5 结论结论随着电力系统供电企业的市场化脚步的不断加快，为提高供电的可靠性和供电的经济性，供电企业对通信的要求越来越高，因此，如何通过最佳通信路由的计算选择，合理利用通信资源，根据不同的情况及要求来设置最佳通信路由的优先级别就具有十分重要的意义了。

以上是笔者在实际工作当中对如何优化电力通信网络作出的一点探索，利用这个应用程序，可以对通信网络进行科学管理，合理分配通信网络资源，从而达到优化通信网络性能的目的当然，由于笔者知识能力和水平有限，在分析和软件设计中有不当之处，欢迎专家批评指正 参考文献参考文献 1 严蔚敏，吴伟民编著．数据结构．北京：清华大学出版社，1999。