广域电力通信网络的划分抽象与仿真

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随着国家电力建设的高速发展,支撑电网控制、运行和管理的电力通信网规模不断扩大,核心业务数量也不断增加,逐渐成为了一个规模更大、元素更丰富、业务更密集的广域网络。以上特性为电力通信网络的规划建设和性能仿真带来了挑战,具体表现在:1)庞大的规模要求更多的仿真存储容量;2)多元的网络要求更庞杂更真实的仿真资源建模;3)高并发的数据交互要求更高性能的仿真支撑能力。限制报文级网络模拟器的主要瓶颈是仿真运行所需的存储量与时间开销,虽然分布式并行或网络模型简化仿真可有效提升仿真效率,但仍无法同时兼顾仿真的复杂性与有效性。为降低网络仿真计算复杂度,提高仿真有效性,本文提出了一个三层网络仿真框架,分别包括网络划分、子网抽象以及联合仿真。通过将广域电力通信网络拓扑划分为多个局部子网,建立仿真输出与网络业务输入之间的映射关系,构建子网抽象模型,通过抽象链路连接,实现全网的联合仿真。论文主要工作及贡献如下:1、针对电力通信网的网络架构特点,分析了实现广域电力通信网仿真待解决的核心问题,提出了网络划分、子网抽象及联合仿真的三层仿真框架,可有效提升仿真效率。2、针对网络划分问题,结合广域电力通信网的网络结构及通信业务量分布特征,提出了加权标签传播的多级划分算法,分别从网络缩并和划分两部分进行了优化。实验结果表明,该算法在划分速度和效果上具有明显优势,特别适用于具备无标度、小世界特性的网络划分。3、针对网络抽象问题,从拓扑与业务两方面建立了子网抽象模型,并基于BP神经网络建立了仿真输出与子网业务输入之间的映射关系。针对星型与环型等两种基本拓扑,对比测试了子网抽象前后的时延及丢包数据。结果表明,该模型仿真输出与实际值之间的平均拟合度在0.92以上,平均相对误差在7%以内,子网抽象模型能够很好地表征实际网络业务特征。4、设计并实现了面向广域电力通信网的抽象仿真系统,总体主要包括:人机交互服务层、流程控制及算法仿真应用层和底层算法支撑层。5、基于所设计的网络抽象仿真系统,以某省电力通信网为例进行了抽象仿真,验证了仿真系统的有效性,结果表明本文提出的“划分-抽象-仿真”的三层架构和划分抽象算法能够很大程度上减少仿真事件数,加快仿真速度。本文提出的仿真方法能有效实现网络虚拟划分,通过子网抽象能大大减少仿真资源的占用,可应对大规模、复杂业务网络通信仿真。该研究工作不仅对电力通信系统的研究具有重要价值,还能为其他大规模网络的仿真提供参考。
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