电力通信传输网业务可靠性分析方法分析-通信与信息系统专业论文.docxVIP

华北电力大学硕士学位论文 华北电力大学硕士学位论文 - - PAGE 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景及研究意义 电力通信是现代电力系统的重要组成部分。电力生产“发、供、用”同时完 成的特点，决定了必须要有一个能够提供特殊保障性服务的通信系统做支持。优 质可靠的通信手段是电网安全稳定的基础。 电力通信网是电力系统的通信专网，它主要包括传输网、交换网、数据网和 管理网四大类网络[1]。传输网是电力通信网的基础，它承载着大量的生产和管理 业务。随着这些业务依赖性越来越强，电力通信传输网可靠运行也就显得越来越 重要。为了保证电力系统稳定安全运行，电力系统和电力通信系统的可靠性和安 全性需要统一考虑。智能电网具有自愈、互动、兼容、优化和集成的特点，需要 建立一个具有高速、双向、实时、集成特点的通信系统来完成智能电网的功能特 征[2-5]。智能电网获取数据和控制保护需要通信系统的支持，建立符合要求的通 信系统是非常重要的。一个可靠的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信 息和电力交换互动的大型的基础设施，它可以提高电网的供电可靠性和资产的利 用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值。 通信网在运行过程中，往往会因为自然灾害、操作失误、偶然事件和人为破 坏等原因造成通信网服务质量 QoS（Quality Of Service， QoS）下降，甚至导致 整个通信网瘫痪，难以满足社会的正常通信需求。通信网可靠性研究的根本目的 就是提高通信网满足社会和用户在各种条件下的业务需求的能力[6]。分析通信网 的可靠性不仅要研究由节点、链路组成的网络拓扑结构，而且应该结合业务性能 将网络划分成多种状态，对网络可靠性进行全面综合的分析。 理论上计算通信网络可靠性是一项十分困难的工作，其计算复杂度大多数属 于 NP-hard 问题[7]。如何综合考虑业务影响和网络特性，如何降低计算复杂度， 如何求出一个符合实际的近似解，是可靠性分析方法研究的难点。 采用基于业务重要度电力通信传输网可靠性分析方法有如下几个方面意义： （1）传统的电力通信可靠性评估建立在逻辑层上，没有结合业务层的影响。 （2）本文采用基于业务重要度的可靠性分析法。该方法能够针对不同业务 失效对网络的影响计算可靠性，全面的反应网络的性能。相比传统的可靠性框图 法，该方法能够解决多端可靠性分析问题，评价结果简洁，具有较好的实用性。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 可靠性分析方法分类 网络可靠性的研究最早出现在上个世纪 60 年代，至今已经发展形成出了一 套成熟的可靠性理论体系。通信网可靠性呈现三种发展趋势：首先，由单纯通过 研究节点或链路可靠性逐渐转变为结合业务性能的通信网的业务相关的可靠性 [8]。其次，从网络本身的视角逐渐转变为从用户的视角来研究用户可感知到的可 靠性[9,10]。最后，由通信网可靠性二态（仅有正常、故障两种网络状态）的研究 方法向多状态研究方法转变[11]。 通信网可靠性主要分析方法是从图论的角度来分析通信网络的拓扑结构对 整个网络可靠性的影响。但是随着科学进步以及计算机技术的发展，越来越多 的研究者将通信业务性能参数、网络元件故障状态以及对网络的维修能力和保 障能力一同进行考虑。网络可靠性分析主要分以下三类问题：两端可靠性、K 端可靠性和全端可靠性。K 端可靠性可以看成是最一般化问题，而两端和全端 可以看成是 K 端的特例。通信网可靠性分析方法主要有解析法和模拟法。解析 法分为基于概率图法、基于加权概率图论法和组合法；模拟法分为智能算法和 状态法。 （1） 解析法 解析法包括分治法、布尔代数法、多项式法和模糊可靠性法。 美国思科公司的 Chris Oggerino[12]给出了一个基于可靠性框图的网络可用 性分析方法——分治法。该方法可以很好的解决复杂网络的综合分析，定量的 得到网络可用度。网络由上而下分割成为相互独立的组成部分，通过简单串并 联相连接。在分治法中，软件故障、人为因素（误操作等）、环境因素（自然 灾害、供电故障等）都被视为串联单元，认为一旦模块故障，则整条支路发生 故障。然而实际情况要复杂得多，分治法最大的局限就在于无法抽象出复杂网 络的串并联结构。因此为了降低系统分析的复杂度，通常将软件因素、人为因 素和环境因素单独考虑，根据企业管理和安全性要求不同进行定性评估。分治 法主要应用在核电系统的可靠性分析中。 布尔代数法是 20 世纪 60 年代发展起来的基于概率图论的方法，在 1.2.2 节中有详细叙述。 多项式法就是通过建立关于网络某类部件可靠性的多项式来估计网络可靠 性的上界与下界[13]。如果两个界相差足够小，即可求得具有高精度的可靠性近 似值。如果失效部件是两类或者两类以上时，计算精度很难保证。 模