电力通信网中SDN控制器的部署算法研究

发布时间：2020-07-15 15:33

【摘要】：软件定义网络(Software Defined Network,SDN)具有集中控制和网络可编程的优点。采用SDN技术改造电力通信网,对于建设智能电网具有重要意义。SDN控制器的位置和数量对网络性能会产生很大影响,因此本文研究电力通信网SDN控制器部署问题。电力通信节点通常与电网站点高度重合。针对各个通信节点在网络中的重要程度存在差异性的情况,引入了节点重要度概念,计算了电力通信节点的重要程度,定义了SDN控制器部署可靠性评价的标准。将可靠性结合交换机与控制器之间的传输时延和控制器之间的同步时延,构建了符合电力通信特征的SDN控制器部署数学模型。考虑到网络时延是电网中的最重要的因素,以控制器和交换机之间的传输时延作为单一的优化目标,以IEEE30电力通信网络为算例,比较分析了随机算法、k-means算法、贪婪算法、k-center算法的时延性能。仿真结果表明:k-center算法具有最好的时延特性。在同时考虑传输时延、可靠性和控制器间的同步时延的情况下,本文采用和声搜索算法对多控制器部署数学模型进行求解。再通过模糊决策的方法从求得的Pareto解集中选出最优部署方案。以IEEE30电力通信网络拓扑作为算例,验证了基于和声搜索的多目标控制器部署算法的有效性。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN915.853;TM73
【图文】：

拓扑结构图,电力通信网,拓扑结构,节点

华北电力大学硕士学位论文IEEE30节点测试系统进行组网，网络的拓扑结构如图2-6所示，包含了38条链路，在链路上依次标注链路的编号和链路的长度。图中的25号点中心，6号为汇聚节点，4，15，23为500kV变电站，其余的为220kV变电

示意图,控制器,节点,时延

信时延为4.49ms。第2次的输出结果为控制器部署在节点25,节点10和节点15处，最大的通信时延为5.02ms。第3次的输出结果为控制器在节点8，节点15和节点25处，最大的通信距离为5.02ms。图3-2为应用了标准k-means算法划分网络的示意图，画虚线的为控制器所在的位置，相同颜色为控制器及其所控制的交换机。标准k-means无法提供确定的控制器部署位置，只能从多次结果中选择较优解进行控制器的部署，标准k-means的网络性能通常采用运行多次取平均值来进行评价。本文通过将标准的k-means运行100次，得到100个最大时延Si(i=1,2,…100)。再通过公式(3-4)计算出平均的最大时延约为

传输时延,控制器,时延

如图所示在IEEE30电力通信拓扑上运行random、k-means、greedy、IM-k-means和I-k-center五种算法所得到的最大时延结果，其中random和k-means取多次运行后得到的最大时延的平均值，I-k-center和IM-k-means直接输出最大时延的值。由图3-3可知，随着控制器数量的增加，五种算法的最大时延都在减小，这是因为控制器数量的增多，使得网络被划分为了多个小的控制域，控制器到交换机的通信距离减少了。以Internet2的34个城市级网络节点以及41条链路建议部署3+1个控制器参考，IEEE30节点电力通信网中若控制器数不超过4个，此时I-k-center在优化最大时延方面整体上要优于其它算法。图3-3 不同控制器数量下的传输时延

【参考文献】