10605500376：电力通信传输网络的优化模型探讨 - 0讲解

2.4受限最短路径优先(CSPF)算法

在通信网络中，使用Dijkstra和Bellman-Ford算法计算最短路径是很有效的，但如果要求将约束条件引入优化问题时，算法会变的十分复杂。约束最短路径优先(Constrained SPF)算法属于启发式算法，它是一种改进的最短路径约束算法，在网络中主要用来完成流量工程和快速的重路由。

对于CSPF算法有几个输入变量：首先是配置的流量隧道特性(带宽，资源类所属关系，优先级，恢复性等);其次是与这些特性相关的资源状况;第三是网络的拓扑信息。 CSPF的主要计算步骤如下。

(1)CSPF会排除掉那些链路信息不全的链路，然后进行链路所属的资源类的检查，检查之后，如果发现有无效的资源所属关系的链路，就把这些链路排除掉; (2)根据删减后的拓扑计算最短距离的路径。 2.5 用于CSPF计算的约束条件

通常约束条件分为两类：链路约束和路径约束。

2.5.1 链路约束

链路约束是指一条路径上链路的使用限制，即光链路的属性特征。单条成员(TE)链路可以包含如下属性(约束条件)。

(1)最大带宽：该参数描述了链路的容量;

(2)未预留带宽：该参数描述了链路上还没有被预留的带宽;

(3)最大、最小连接带宽：这两个参数决定了链路中可以分配给某条连接的最大和最小带宽。

(4)链路保护类型：指链路的保护能力; (5)SRLG：共享风险链路组（SRLG），用于表示和链路相关的管道、光缆、纤芯的关系。; (6)接口交叉能力：包括交叉能力和交换能力细节信息。

2.5.2 路径约束

路径约束是指在选定路径上性能度量标准值的加性或乘性组合的界限。 (1)路径跳数限制：到达目的地路径的最大跳数;

(2)松散显示路由：确定给出路径必须经过的一些中间链路或中间节点; (3)保护恢复机制：当传输链路发生故障时采取哪种备份路径恢复链路。

3、应用

本项目的开展是结合广州供电局科技项目《传输网络优化及业务流向模型研究》同步进行的。我们与相关科研单位合作，根据算法思路编写相应的软件，并对我局通信网数据进行模拟。

3.1网络拓扑模拟

按照广州供电局10G网络拓扑图作为规划，带宽为10G(64*VC4)，其中承载的业务情况假设如下： 1)北郊到地调和备调开6VC4

2)罗冲 、茶山、增城、赤沙、番禺局到地调和备调分别开4VC4； 3)变电一部、变电二部到地调和备调分别开3VC4 4)其他站点到地调和备调分别开2VC4 5)每个站之间预留1个VC4

罗冲MAIN STM-16EXT64北郊 36.25MAIN STM-16EXT6420.1MAIN STM-16EXT64茶山4.455km北片10G环网6.3350km变电二部MAIN STM-16EXT64梅花路MAIN STM-16EXT64广州地调4.3MAIN STM-16EXT64天河816.3MAIN STM-16EXT64棠下28.16MAIN STM-16EXT643增城40km11.3km61.6715.5kmMAIN STM-16EXT64五仙门开元MAIN STM-16EXT64西南片10G环网MAIN STM-16EXT64东南片10G环网备调28km5变电一部MAIN STM-16EXT64MAIN STM-16EXT64MAIN STM-16EXT6427.54MAIN STM-16EXT64MAIN STM-16EXT64MAIN STM-16EXT643.5瑞宝13芳村番禺局19km广南100km36+10赤沙

注：虚线表示可以建设的路由，实现为当前已运行的路由。

图 1 传输网络拓扑仿真示意图

3.2网络优化仿真条件

给定以下约束条件

1)给定限制直接到地调和备调的链路使用带宽不超过50％(32 VC4)

2)其他链路不超过75％(48 VC4)的情况下进行计算的，由软件自动进行计算，保证每条链路不超过阈值。

3)设置链路使用带宽的阈值以及节点容量使用带宽的阈值，对现网，如果超过阈值，会以红色进行警示。

4)查看究竟是哪些业务经过超过阈值的链路，可以选择对部分的业务进行重路由优化，在优化时选择链路阈值，保证优化后的结果不超过阈值。

3.3网络优化仿真结果

通过网络优化仿真结果，共增加5条链路，其中

1） 原有链路上新增链路：地调－棠下，备调到地调，变电二部到梅花路。 2） 在新的光缆路由上新增：增城－北郊，备调到广南，

而罗涌－变电一部、开元－黄埔局－广州地调、芳村－赤沙、瑞宝－梅花路则没有新增链路，详见下图所示。

注：

0：已有光缆，但本期不用增加电路 1：表示有一条路由，若原始为0，则为新增电路；若原始为1，则表示不增加 2：表示有两条路由，在原有一条上新增一条路由。 图 2 传输网络拓扑仿真结果

4、小结

通过计算机模拟，并结合现状及业务分析，初步已达到以下目标。 1|、对网络拓扑提出优化建议。共增加5条链路。 2、保护与恢复策略优化，提高安全可靠性。 3、对网络扩容提出优化建议。

4、对业务的分层、分类，碎片整理、时隙连续化、小业务归并提出优化建议。 5、网络资源利用率最优化，负载均衡最优化，业务的路由优化。

6、两区两市集约化后，两区两市传输A、B网与城区传输A、B网进行融合调整，提出网络调整方案。

网络优化设计时遇到的一个难点是大量网络数据的收集、处理。由于数据量大，人工处理比较难，采用软件处理也存在网管数据格式和优化软件格式的转化问题。

通过以上分析，数学模型和优化软件是非常有用的，可以大大提高网络优化的科学性，减轻工作量。但是，实际网络环境是非常复杂的，优化工具不能完全代替人去思考和设计，因此在利用这些工具时，关键要了解原理和设计、优化思想。同时，数据输入时要力求准确，否则，结果不但没有参考价值，反而会误导。本文首次应用约束最短路径优先(Constrained SPF)算法在电力通信网络优化上，并对本功能进行了仿真测试，实际结果表明，优化模型及算法在通信网络规划和建设中起着科学设计、辅助决策的良好作用。

参考文献：

[1]雷功炎. 数学模型讲义[M]. 北京：北京大学出版社，1999. [2]高随祥. 图论与网络流理论[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[3]刘桂真. 图与网络——优化决策的图论方法. 上海：上海科学技术出版社，2006.

[4]梁雄健，孙青华，张静，杨旭. 通信网规划理论和务实[M]. 北京：通信网规划理论与务实，2006

作者简介：

衷宇清（1968—），男，江西南昌人，广州供电局通信公司，高级工程师，从事电力系统通信规划、运行、及技术管理工作；联系电话：87122620。E-mail:zhongyq@gzpsc.com

（作者通信地址： 510620，广东省广州市天河南二路2号，广州供电局通信公司 ） 张斌（1978—），男，江西人，广东省电力设计院，从事电力系统通信规划、设计工作。 张岚（1982—）女，湖南人，广东省电力设计院，从事电力系统通信规划、设计工作。