一種綜合業務接入網運行質量評價方法及其測試平臺與流程
2023-06-14 02:29:11
本發明涉及智能電網運維指標及測試技術領域，具體涉及一種綜合業務接入網運行質量評價方法及其測試平臺。
背景技術：
當前，國家電網公司已經進入全面建設智能電網的新時期，國家電網的發展也進入到了推進管理變革並構建「三集五大」體系的新階段，並對提高大電網的駕馭能力，加強專業化程度以及精益化水平提出了更高的需求。
通信接入網是面向配電、用電環節的終端通信接入網絡，支撐著配電自動化、用電信息採集、電力光纖到戶多網融合等接入業務。相對於骨幹通信網，具有以下特點：一是網絡規模龐大、接入節點數量多、覆蓋區域很大；二是通信技術種類多，如xPON、工業乙太網、中低壓PLC、公網無線、專網無線等；三是相對於電力骨幹通信網，終端通信接入網的網絡結構、組網方式、接入業務差異很大；四是存在很各種不同形式的混合組網方式，如xPON+PLC模式、xPON+無線等。基於以上特點，使得終端通信接入網是一個難以運維和管理的網絡。
為了調高對通信網的管理效率，我們不僅僅需要依靠科技進步，更需要強大的通信網絡管理系統來提供堅強的後盾。早起的人工管理系統已經不能滿足其快速發展的需求了，如果不提高綜合業務接入網的管理網的質量，將成為國家電網建設的瓶頸，根據通信接入網的特點，研究一套綜合管理系統，來完成資源管理、設備運行狀況的監視等，將極大的提高人員的工作效率，也對通信網的穩定運行有重要意義。通信接入網絡主要有PLC、無線網絡等類型，其中對設備管理的主要體現在告警信息的管理，對設備性能管理及資源信息的管理等。為了獲取設備比較全面的信息，需要對以上方面進行分別查詢分析，但是這樣人工分析仍然不能對設備總體的運行狀況有個明確的了解，並且管理人員的工作效率較低，採用綜合的質量評價方法進行數據分析，可以宏觀的了解網絡運行情況，進一步提高智能配用電網絡的接入質量。
通信網絡對電力業務支撐能力的好壞將直接決定電力通信業務質量的優良，近年來，隨著電力通信業務需求的不斷增大，為了保障網絡的服務質量，如何測試電力通信業務的接入網絡指標顯得尤為重要。測試電力多業務性能方法有多種，而且基於業務的測試方法，能夠較客觀的反映數據的傳輸性能。但如果單純依靠簡單的實際業務測試，存在定量不足、測試 偶然性等問題，除了主觀感覺外，很難準確地測試其性能參數，特別是延時、抖動、丟包率等指標。尤其在無線環境下，這些指標是至關重要的，我們需要研究一套完整的測試方法和精確的指標體系來定量測試電力通信多業務接入性能。
技術實現要素：
為解決上述現有技術中的不足，本發明的目的是提供一種綜合業務接入網運行質量評價方法及其測試平臺，本發明即採用分層次法改進算法和改進的TOPSIS算法相結合的算法對綜合通信接入網設備運行質量進行綜合評估，保證網絡正常的運行。並設計一個綜合業務接入網測試平臺，對通信接入網電力業務的可靠性和質量提供了一個基本的評估框架，用一整套標準化的體系測試網絡和終端的性能，通過評價指標分析及測試憑條建立保證了電力業務的實時性、有效性和安全性。
本發明的目的是採用下述技術方案實現的：
本發明提供一種綜合業務接入網運行質量評價方法，其改進之處在於，所述方法包括下述步驟：
(1)確定綜合評價指標體系；
(2)構建評價指標體系的判斷矩陣；
(3)利用層次分析法的三標度法計算評價指標權重；
(4)獲取待評價設備的評價指標值，構成指標矩陣V進行歸一化操作，獲取指標歸一化矩陣V』；
(5)將評價指標權重W與歸一化矩陣V』結合，獲取指標的加權標準化矩陣X；
(6)利用TOPSIS相對熵算法確定理想對象X+和負理想對象X-；
(7)計算待評價對象相對於正負理想對象的相對熵；
(8)根據正負相對熵計算待評價對象與理想對象間的貼進度；
(9)根據貼近度進行排序，獲取最後評價結果。
其中，所述步驟(1)中，綜合評價指標體系包括基本特性指標、可靠性指標、網絡特性指標和靜態特性指標；
所述基本特性指標從CPU利用率、內存利用率和內存大小三個方面進行評價；
所述可靠性指標從設備在線率、輸出丟包率、輸入包錯誤率及輸出包錯誤率四個方面進行評價；其中設備在線率＝設備在線時間/統計時間；
所述網絡特性指標從平均傳輸速率及相應時間進行評價；
所述靜態特性指標從設備的可使用壽命、MAC地址、擴展支持及埠的數量四個方面進行評價。
其中，所述步驟(2)中，構建評價指標體系是將電力系統分成決策層、準則層和目標層三層；其中決策層為最底層，由設備組成，是措施實時的方案層；準則層是最底層的每個對象進行評估的各個參數；目標層是對準則層確定的信息進行評估後篩選出來的最佳對象。
構造判斷矩陣包括：
採用層次分析法中的三標度法構造比較矩陣A，a＝0，1或2，分別表示第i個元素不如第j個元素重要，兩個元素同等重要，第i個元素比第j個元素重要，比較矩陣A中的元素aij如下：
由比較矩陣A計算各個評價指標因素的重要性比較值vi，令vmax＝max{vi}，vmin＝min{vi}，分別表示vi的最大值和最小值，令比較係數a表示如下：a＝(vmax/vmin-1)/(vmax-vmin)，表示vmax與vmin按某種標度給出的重要性程度；進而構造出判斷矩陣B；判斷矩陣B滿足以下條件：
式中：bij表示判斷矩陣B中的元素；vj表示各個指標因素的重要性比較值。
其中，所述步驟(3)中包括：導出擬優一致矩陣B』；矩陣C為反對稱矩陣，假設存在矩陣D，其中D中的各個元素表示如下：
則矩陣D是判斷矩陣B的最優傳遞矩陣；擬優一致矩陣B』是B的一個擬優傳遞矩陣，並且是一致的，由擬優一致矩陣B』計算出相對於最大特徵值的特徵向量，並進行歸一化操作，即得到向量w；
採用方根法來近似計算權重；對於擬優一致矩陣B』，求每一行元素的乘積然後計算方根令則w＝(w1,w2,...wn)T即為所求的權重向量；
其中：cik和cjk表示最優傳遞矩陣的反對稱矩陣的任意元素(元素i是一個比元素j重要 的數)；n表示有n個評價指標，wi表示權重向量；bij表示判斷矩陣B中的元素。
其中，所述步驟(4)中包括：獲取待評價設備的評價指標值，構成指標矩陣V進行歸一化操作，獲取指標歸一化矩陣V』，根據指標矩陣Vm×n以及(i＝1,2,…m；j＝1,2,…n)構造歸一化標準矩陣V』；
其中，所述步驟(5)中：指標的加權標準化矩陣X的計算方式如下：
其中，所述步驟(6)中：根據公式和來確定理想對象X+和負理想對象X-；
式中：表示指標的加權標準化矩陣X中各列的最優值組成的一個列對象，表示指標的加權標準化矩陣X中各列的最劣值組成的一個列對象。
其中，所述步驟(7)中：待評價對象相對於理想對象X+和負理想對象X-的相對熵用下述表達式計算：
其中：表示矩陣X中第j列的最優值，xij表示加權標準化矩陣X中的某個元素，表示矩陣X中第j列的最劣值。
其中，所述步驟(8)中：待評價對象與理想對象間的貼進度用下式計算：
根據s-,s+引入一種新的與理想對象之間的貼近程度分別計算各個特別評價對象的貼進度並按照降序排列，前面的性能優於後面的，即得到待評價對象綜合評估的優劣性。
本發明還提供一種綜合業務接入網運行質量評價方法的測試平臺，其改進之處在於，所述測試平臺用於測試評價指標體系中的各項評價指標；所述測試平臺包括設備層、通信協議層和應用層；
所述設備層位於最底層，用於為各業務接入測試平臺，通信接入網根據信道的不同，採用的通信方式包括工業乙太網、電力線載波、乙太網無源光網絡EPON、無線公網及無線專網；
所述通信協議測試層包括：遠動協議IEC60870-5系列、IEC61870系列和用電信息採集業務協議GDW376.1；
所述應用層用於部署後臺資料庫和主站伺服器；應用層包括資料庫伺服器、業務測試伺服器、工作站和web發布伺服器，所述資料庫伺服器、業務測試伺服器、工作站和web發布伺服器均通過交換機與隔離網關、防火牆、隔離裝置和應用網關連接；
所述業務測試伺服器用於發布測試命令和初始化虛擬設備。
本發明提供的技術方案具有的優異效果是：
1、本發明的綜合評價指標採用APH層次算法來計算指標的權重，具體採用三標度法進行構造判斷矩陣，提高了評估結果的可信度；
2、本發明採用熵權法對TOPSIS算法進行改進，確定了綜合通信接入網設備運行質量綜合評價算法，解決了基本的TOPSIS方法無法解決的垂線上點的排序問題；
3、本發明分析了綜合業務接入網測試平臺的功能需求，完成電力系統各種數據的通信過程中，詳細分析數據在平臺的發送接收過程，設計了測試平臺的軟體設計流程；
4、本發明設計了總體測試流程，並對典型的業務測試方法進行了說明；
5、本發明設計了新的軟體測試架構，各個模塊分幵設計，獨立運行，提高了測試平臺的可靠性與穩定性，對電力通信業務規約的更新來說，規約庫可以採用動態的庫插件方式進行更新升級。而不需要對整個系統進行全面的更換，節約了成本。
附圖說明
圖1是本發明提供的分層評價指標體系圖；
圖2是本發明提供的綜合業務接入網運行質量評價方法的流程圖；
圖3是本發明提供的測試平臺軟體架構圖；
圖4是本發明提供的綜合業務接入網指標評價測試平臺框架圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
以下描述和附圖充分地示出本發明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，並且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特徵可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特徵。本發明的實施方案的範圍包括權利要求書的整個範圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語「發明」來表示，這僅僅是為了方便，並且如果事實上公開了超過一個的發明，不是要自動地限制該應用的範圍為任何單個發明或發明構思。
本發明提供一種綜合業務接入網運行質量評價方法，其流程圖如圖2所示，包括下述步驟：
(1)確定綜合評價指標體系；
本發明遵循指標體系建立的客觀性，可測性及全面性，結合綜合業務接入網的系統的特殊性，分析接入設備指標體系的特點，可以從4個方面來分析指標的構成，如圖1所示：
1)基本特性：基本特性使指設備正常運行時自身的一些性能參數，主要反映設備承載能力和處理數據的性能，是反映設備運行質量的重要指標。主要從以下三個方面進行評價：CPU利用率、內存利用率、內存大小；
2)可靠性：針對設備進行評價時，可靠性是很重要的一個方面，對設備可靠性可以從以下幾個方面進行評價：設備在線率＝設備在線時間/統計時間、輸出丟包率、輸入包錯誤率及輸出包錯誤率；
3)網絡特性：網絡特性主要體現在設備所在網絡中的平均傳輸速率，以及相應的相應時間，主要包括兩個方面在平均傳輸速率及相應時間；
4)靜態特性：靜態特性使指設備的一些性能參數隨設備運行變換不大或者基本不變，但有是評價設備的重要參數，主要包括四個方面，如設備的可使用壽命、MAC地址、擴展支持 及埠的數量。
在確定了評估指標體系後，最關鍵的是如何確定各個指標所佔用的權重比例，綜合評估結果的影響程度，權重的合理性都關係到評估結果的可信度。利用層次分析算法如圖1所示將系統分成三層，決策層、準則層和目標層。決策層為最底層，主要由設備組成，是措施實時的方案層；準則層是需要底層的每個對象進行評估的各個參數；目標層是對準則層確定的信息進行評估後篩選出來的最佳對象。層次分析法確定權重主要有三個步驟，首先分析評價系統中個基本要素之間的關係，然後對本層的要素與上一層的準則進行比較，構造判斷矩陣。最後根據矩陣計算被比較的決策層基本要素相對於該準則層的權重。
(2)構建評價指標體系的判斷矩陣；
接下來的問題就是如何構建判斷矩陣，本發明採用層次分析法中的三標度法來構造標度矩陣，進而求得各個指標的權重值。構造判斷矩陣B，使用三標度法對各個指標進行兩兩比較，構造比較矩陣A，a＝」0」，」1」或」2」。分別表示第i個元素不如第j個元素重要，兩個元素同等重要，第i個元素比第j個元素重要；由比較矩陣A可以計算各個指標因素的重要性比較值vi，令vmax＝max{vi}，vmin＝min{vi}，分別表示vi的最大值和最小值，令比較係數a表示如下：a＝(vmax/vmin-1)/(vmax-vmin)，表示vmax與vmin按某種標度給出的重要性程度。進一步，可以構造出判斷矩陣B。矩陣B滿足以下條件：
式中：bij表示判斷矩陣B中的元素；vj表示各個指標因素的重要性比較值。
(3)利用層次分析法的三標度法計算評價指標權重；
導出擬優一致矩陣B』。矩陣C為反對稱矩陣，假設存在矩陣D，其中D中的各個元素如下表示：
其中：其中：cik和cjk表示最優傳遞矩陣的反對稱矩陣的任意元素(元素i是一個比元素j重要的數)；n表示有n個評價指標，wi表示權重向量；bij表示判斷矩陣B中的元素。
則矩陣D是判斷矩陣B的最優傳遞矩陣。矩陣B』是B的一個擬優傳遞矩陣，並且是一致的，由B』計算出相對於最大特徵值的特徵向量，並進行歸一化操作，即可得到向量w。
確定權重。本發明採用方根法來近似計算權重。對於矩陣B』，求每一行元素的乘積然後計算方根令則w＝(w1,w2,...wn)T即為所求的權重向量。
(4)獲取待評價設備的評價指標值，構成指標矩陣V進行歸一化操作，獲取指標歸一化矩陣V』；
根據指標矩陣Vm×n以及構造歸一化標準矩陣v』；
(5)將評價指標權重W與歸一化矩陣V』結合，獲取指標的加強標準化矩陣X；
根據公式來構造加權標準化矩陣X＝{xij}m×n；
(6)利用TOPSIS相對熵算法確定理想對象X+和負理想對象X-；
根據公式和來確定理想對象X+和負理想對象X-；
(7)計算待評價對象相對於正負理想對象的相對熵；
根據公式來及計算各個待評價的對象相對於理想對象和負理想對象相對熵；
其中：表示矩陣X中第j列的最優值，xij表示加權標準化矩陣X中的某個元素，表示矩陣X中第j列的最劣值。
(8)根據正負相對熵計算待評價對象與理想對象間的貼進度；
由公式可以求得各個待評價的對象與理想對象的貼進度；
(9)根據貼近度進行排序，獲取最後評價結果；
按照由大到小的順序將貼近度的值排序，排在前面的對象優於後面對象評價值。
在基於綜合設備運行質量評價方法的基礎上搭建測試平臺，對各項指標進行全方位的測試，保障網絡的安全運行。
本發明還提供一種綜合業務接入網運行質量評價方法的測試平臺，具體如下：
電力行業應用綜合業務接入測試平臺的核心任務就是對通過電力通信網絡傳輸的電力行業業務數據進行測試分析，對數據的電力通信規約進行測試，判斷被測系統能否承載所需電力行業業務的通信要求。根據測試的數據設計測試任務集，制定具體的測試方案。由接入測試平臺模擬出主站的標準業務數據流。再根據終端應答業務信息經過無線寬帶網絡傳回測試 平臺的數據進行提取、分析和處理，根據相應的性能評價指標，來生成業務接入質量的測試結果。測試需要按照規定的測試任務集來指導平臺工作，任務集包括測試內容，業務類型，測試過程，測試方法，評價指標等參數。
在電力系統中各種業務釆取了不同的數據傳輸協議，同樣的電力規約不同的廠家也可能會有不同的理解，因此必需釆用分層的方案來匹配不同的技術協議與業務。平臺的最頂層為業務層，用以裝載不同的電力管理和生產業務。業務層主要完成業務的匹配，管理業務的流程，對不同業務採用不同的測試方案，完成電力行業綜合業務的測試。業務層還能夠按照規定的測試任務集來指導平臺工作，任務集包括測試內容，業務類型，測試過程，測試方法，評價指標等參數。中間為通信協議層，電力系統中相似的業務可能釆取完全不同的通信技術協議，因此必需將業務的具體實現通過通信協議層，映射至具體實際設備中。以完成具體業務與綜合的測試。底層為設備層，電力行業綜合業務的完成主體是各電力系統智能化設備，通過對設備或設備群的通信監測，虛擬測試等方法，能夠有效測試業務與電力行業通信協議的符合程度。電力行業應用綜合業務接入測試平臺的方案分為兩個網絡，三個部分，即測試平臺網絡與電力通信網絡兩個網絡，測試平臺、電網業務系統、業務測試虛擬設備三個部分。測試平臺網絡用於承載測試平臺伺服器部分的網絡，連接測試平臺的工作站，中心伺服器，網頁發布伺服器等，構成一個有機整體，讓工作人員能夠在任意一臺電腦上通過web進行工作；電力通信網絡在實際電力系統中，複雜多樣，但對於特定的業務，電力通信網絡的具體情況往往是確定的，在現有的電力通信網絡中存在眾多電網的業務系統，通過使用虛擬設備替代業務系統的部分設備，即可測試剩餘的系統設備的業務能力，經過測試平臺伺服器的綜合分析、挖掘，對數據的電力通信規約進行測試，判斷被測系統能否承載所需電力行業業務的通信要求。業務測試平臺與電力通信網絡採用應用網關進行數據隔離，確保電力通信中未經過許可的數據流入測試平臺，保障電力信息安全。電力行業應用綜合業務接入測試平臺層平臺的主要設計思想是通過替代的方法，混雜標準電力通信協議的虛擬終端設備、虛擬伺服器設備，通過監聽業務網絡數據包，也可以通過主動代替伺服器等設備發布特定信息，監聽電力業務設備的反饋信息，實現對數據的電力通信規約進行測試。
本發明提供的測試平臺運用分層設計的方法提供了良好的可擴展性，根據需求本平臺的層次結構系統分為基本功能和協議測試功能。當需要測試不同業務的時候只需要對協議測試功能進行相關的修改。而不用對系統基本功能的架構重新設置。系統功能層，提供平臺正常運行所需要的不依賴具體協議測試的功能。比如資料庫管理與維護模塊，帳戶管理模塊，安全認證模塊，這些模塊是系統運行的基礎，為平臺協議測試功能層提供底層支持，跟具體協 議測試功能沒有關係。測試功能層，該層實現的是測試平臺的協議測試的主要功能和測試相關業務在網絡傳輸性能表現。提供各種電力通信協議的相關測試標準，協議測試用例也在這一層上實現。各個模塊分幵設計，獨立運行，提高了測試平臺的可靠性與穩定性，對電力通信業務規約的更新來說，規約庫可以採用動態的庫插件方式進行更新升級，而不需要對整個系統進行全面的更換，節約了成本。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護範圍之內。