基于蟻群算法的電力通信網(wǎng)線路優(yōu)化方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信網(wǎng)線路建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于蟻群算法的電力通信網(wǎng) 線路優(yōu)化方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力通信線路優(yōu)化是指在已知站點(diǎn)位置和業(yè)務(wù)分布的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，在滿足業(yè)務(wù)分布和可靠性約束的條件下，確定出經(jīng)濟(jì)性最佳的通信線路部署方案。隨著 電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，電力通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問題也變得越來越復(fù)雜。因此，對于輸電網(wǎng)優(yōu)化 的深入研宄不僅對我國電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行，更對于社會的穩(wěn)定以及國民經(jīng)濟(jì)快速、健康 的發(fā)展都有著積極作用?，F(xiàn)有的電力通信網(wǎng)優(yōu)化方法只從單一的角度考慮了優(yōu)化方案的經(jīng) 濟(jì)性或可靠性，而不能同時兼顧經(jīng)濟(jì)、可靠這兩大指標(biāo)，使得到優(yōu)化方案具有片面性。因而， 如何以最小的代價建設(shè)最可靠的通信網(wǎng)絡(luò)成為電力通信網(wǎng)優(yōu)化的關(guān)鍵問題之一。在數(shù)據(jù)采 集路由算法研宄領(lǐng)域已經(jīng)取得了較多研宄成果。
[0003] 目前針對電力通信網(wǎng)優(yōu)化問題已有一些研宄，一類是抽象出通信線路的經(jīng)濟(jì)性模 型，并利用智能優(yōu)化算法對問題進(jìn)行求解，實現(xiàn)了線路建設(shè)成本的最小化，然而其均沒有考 慮可靠性約束，致使通信站點(diǎn)的成環(huán)率不足，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)故障時，受影響的業(yè)務(wù)無法及 時恢復(fù)。另一類是通過向網(wǎng)絡(luò)中添加通信站點(diǎn)造成資源冗余，以此來保證網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)能力， 提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，然而增加冗余站點(diǎn)會大大提高網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，不僅無法保證網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 的經(jīng)濟(jì)性，還會造成不必要的資源浪費(fèi)。此外，由于通信業(yè)務(wù)分布的非均勻性，導(dǎo)致業(yè)務(wù)量 會集中在某些站點(diǎn)，此時應(yīng)保證這些站點(diǎn)間有通信線路直連，從而減小業(yè)務(wù)路由的跳數(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有電力通信網(wǎng)優(yōu)化方法不能同時兼顧經(jīng)濟(jì)、可靠這兩大指標(biāo)的缺陷，本發(fā) 明提供了一種基于蟻群算法的電力通信網(wǎng)線路優(yōu)化方法及裝置。
[0005] 一方面，本發(fā)明提供的一種基于蟻群算法的電力通信網(wǎng)線路優(yōu)化方法，包括：
[0006] S1，獲取通信網(wǎng)站點(diǎn)信息以及各站點(diǎn)之間線路的建設(shè)成本；
[0007]S2,初始化每條線路的信息素濃度；
[0008] S3,為每一個所述站點(diǎn)隨機(jī)分配至少一個螞蟻；
[0009]S4,每個螞蟻基于轉(zhuǎn)移概率移動到與當(dāng)前所在站點(diǎn)相鄰的一個站點(diǎn)，得到一個通 信網(wǎng)圖，所述轉(zhuǎn)移概率根據(jù)每條線路的信息素濃度以及建設(shè)成本確定；
[0010] S5,判斷所述通信網(wǎng)圖是否滿足連通性且成環(huán)率小于預(yù)設(shè)閥值，若是則執(zhí)行S6,否 則執(zhí)行S3 ;
[0011]S6,判斷所述通信網(wǎng)圖的建設(shè)成本是否為當(dāng)前最小建設(shè)成本，若是則執(zhí)行S7,否則 執(zhí)行S3 ;
[0012] S7,更新每個螞蟻所選線路的信息素濃度以及通信網(wǎng)圖，并執(zhí)行S3,直至迭代次數(shù) 達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)，輸出建設(shè)成本最小的通信網(wǎng)圖。
[0013] 進(jìn)一步地，所述S2中每條線路的信息素濃度初始化值為一個常數(shù)，所有線路的信 息素濃度初始化值相等。
[0014] 進(jìn)一步地，所述S4中轉(zhuǎn)移概率采用以下公式表示：
[0015]
【主權(quán)項】
1. 一種基于蟻群算法的電力通信網(wǎng)線路優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括： S1，獲取通信網(wǎng)站點(diǎn)信息以及各站點(diǎn)之間線路的建設(shè)成本； 52, 初始化每條線路的信息素濃度； 53, 為每一個所述站點(diǎn)隨機(jī)分配至少一個螞蟻； 54, 每個螞蟻基于轉(zhuǎn)移概率移動到與當(dāng)前所在站點(diǎn)相鄰的一個站點(diǎn)，得到一個通信網(wǎng) 圖，所述轉(zhuǎn)移概率根據(jù)每條線路的信息素濃度以及建設(shè)成本確定； 55, 判斷所述通信網(wǎng)圖是否滿足連通性且成環(huán)率小于預(yù)設(shè)閥值，若是則執(zhí)行S6,否則執(zhí) 行S3; 56, 判斷所述通信網(wǎng)圖的建設(shè)成本是否為當(dāng)前最小建設(shè)成本，若是則執(zhí)行S7,否則執(zhí)行 S3 ； 57, 更新每個螞蟻所選線路的信息素濃度以及通信網(wǎng)圖，并執(zhí)行S3,直至迭代次數(shù)達(dá)到 預(yù)設(shè)次數(shù)，輸出建設(shè)成本最小的通信網(wǎng)圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中每條線路的信息素濃度初始化 值為一個常數(shù)，所有線路的信息素濃度初始化值相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中轉(zhuǎn)移概率采用以下公式表示：
兵m/'u;刀齡雙K仕tH、」刻選擇線路（i，j)的轉(zhuǎn)移概率；Tij⑴為線路（i，j)在t時刻的信息素濃度；為線路（i，j)的啟發(fā)函數(shù)，％=J-，牝為線路（i，j)的建設(shè)成 本；a為信息素濃度影響因子邛為能見度因子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述S7中采用以下公式更新每個螞蟻所 選線路的信息素濃度： T,. (t + 1) = (1-p) ? T,,(t) + A Tjj (t + 1)
其中，P為信息素?fù)]發(fā)因子，1-P則為信息素殘留因子；ATu(t+ 1)為t+ 1時刻線路 (i，j)上的信息素濃度增量；Ar^+1)為螞蟻k在t+1時刻經(jīng)過線路（i，j)產(chǎn)生的信息素 濃度增量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述螞蟻k在t+i時刻經(jīng)過線路a，j)產(chǎn) 生的信息素濃度增量G+1)采用以下公式表示：
其中，Q為初始化的每條線路的信息素濃度；P為待選光纜線路數(shù)；為0-1變量，當(dāng)線 路（i，j)有螞蟻經(jīng)過時為1，否則為〇 為線路（i，j)的建設(shè)成本；ring_rate為成環(huán)率； @為成環(huán)率預(yù)設(shè)閥值。
6. -種基于蟻群算法的電力通信網(wǎng)線路優(yōu)化裝置，其特征在于，所述裝置包括： 獲取模塊，用于獲取通信網(wǎng)站點(diǎn)信息以及各站點(diǎn)之間線路的建設(shè)成本； 初始化模塊，用于初始化每條線路的信息素濃度； 分配模塊，用于為每一個所述站點(diǎn)隨機(jī)分配至少一個螞蟻； 移動模塊，用于每個螞蟻基于轉(zhuǎn)移概率移動到與當(dāng)前所在站點(diǎn)相鄰的一個站點(diǎn)，得到 一個通信網(wǎng)圖，所述轉(zhuǎn)移概率根據(jù)每條線路的信息素濃度以及建設(shè)成本確定； 第一判斷模塊，用于判斷所述通信網(wǎng)圖是否滿足連通性且成環(huán)率小于預(yù)設(shè)閥值； 第二判斷模塊，用于判斷所述通信網(wǎng)圖的建設(shè)成本是否為當(dāng)前最小建設(shè)成本； 更新模塊，用于更新每個螞蟻所選線路的信息素濃度以及通信網(wǎng)圖，迭代次數(shù)達(dá)到預(yù) 設(shè)次數(shù)后輸出建設(shè)成本最小的通信網(wǎng)圖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述初始化模塊中初始化每條線路的信 息素濃度初始化值為一個常數(shù)，所有線路的信息素濃度初始化值相等。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述移動模塊中轉(zhuǎn)移概率采用以下公式 表不：
其中，Pi/(t)為螞蟻k在t時刻選擇線路（i，j)的轉(zhuǎn)移概率；Tu(t)為線路（i，j)在t時刻的信息素濃度；為線路（i，j)的啟發(fā)函數(shù)，％=f，扎為線路（i，j)的建設(shè)成 本；a為信息素濃度影響因子邛為能見度因子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述更新模塊中采用以下公式更新每個 螞蟻所選線路的信息素濃度： Tjj(t+ 1) = (1-p) ?Tjj(t) +ATjj(t+ 1)
其中，P為信息素?fù)]發(fā)因子，1-P則為信息素殘留因子；ATu(t+ 1)為t+ 1時刻線路 (i，j)上的信息素濃度增量；A#G+1)為螞蟻k在t+1時刻經(jīng)過線路（i，j)產(chǎn)生的信息素 濃度增量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述螞蟻k在t+1時刻經(jīng)過線路（i，j) 產(chǎn)生的信息素濃度增量G+1)采用以下公式表示：
其中，Q為初始化的每條線路的信息素濃度；P為待選光纜線路數(shù)；為0-1變量，當(dāng)線 路（i，j)有螞蟻經(jīng)過時為1，否則為〇 為線路（i，j)的建設(shè)成本；ring_rate為成環(huán)率； 爐為成環(huán)率預(yù)設(shè)閥值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及通信網(wǎng)線路建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于蟻群算法的電力通信網(wǎng)線路優(yōu)化方法及裝置。通過將螞蟻隨機(jī)分布在各個站點(diǎn)上，保證每個站點(diǎn)上至少有一個螞蟻，每個螞蟻基于轉(zhuǎn)移概率移動到相鄰站點(diǎn)，形成一個通信網(wǎng)圖，判斷通信網(wǎng)圖是否滿足連通性及成環(huán)率要求，滿足則繼續(xù)進(jìn)行并更新線路信息素濃度，通過信息素的不斷更新達(dá)到最終收斂于最優(yōu)路徑上。本發(fā)明技術(shù)方案以經(jīng)濟(jì)性最佳為優(yōu)化方向，以成環(huán)率為約束，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性和業(yè)務(wù)分布等因素，在面對不同成環(huán)率取值時均能提供有效的線路規(guī)劃方案，具有很高的靈活性，能夠合理優(yōu)化建設(shè)經(jīng)濟(jì)可靠的電力通信網(wǎng)絡(luò)，能為其建設(shè)帶來重要的參考依據(jù)。
【IPC分類】H04L12-24, H04B3-54, G06N3-00
【公開號】CN104617985
【申請?zhí)枴緾N201410851070
【發(fā)明人】亓峰, 郭少勇, 傅寧, 焦陽, 魏偉, 邱雪松, 陳雙雙, 唐曉璇
【申請人】北京郵電大學(xué), 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月31日