[發(fā)明專利]面向電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速分布式監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310517627.X
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103607292B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏菲;孟凡博;夏宗澤;于曉旭;黃笑伯;蔣定德;聶來森
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)遼寧省電力有限公司遼陽供電公司
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/26;H02J13/00
• 代理公司: 遼寧沈陽國興知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21100
• 代理人: 李叢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)端到端流量測量與分析領(lǐng)域，特別是涉及面向電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速分布式監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度電話、繼電保護(hù)、自動化等生產(chǎn)實(shí)踐提供了基本的通信技術(shù)支撐。為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化，電力通信網(wǎng)的接入終端和承載業(yè)務(wù)變得多樣化。這對電力通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等網(wǎng)絡(luò)流量工程管理提出了更高的要求。端到端網(wǎng)絡(luò)流量（即源-目的流或OD流）監(jiān)測是網(wǎng)絡(luò)管理、流量工程等操作的重要輸入?yún)?shù)和實(shí)施依據(jù)，因此端到端網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測得到了廣泛的關(guān)注。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對大尺度骨干網(wǎng)絡(luò)流量的實(shí)時再現(xiàn)和預(yù)測，并通過流量矩陣描述網(wǎng)絡(luò)流量狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)可分為兩大類，分別為直接測量和流量估計。相對于流量估計方法，直接測量能夠更加精確地描述網(wǎng)絡(luò)流量動態(tài)變化情況。因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中均提供了網(wǎng)絡(luò)流量采集功能（例如，Cisco路由器的NetFlow）。如圖1，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測方法通過在各個路由器上運(yùn)行流量采集功能搜集流量狀態(tài)信息，并通過骨干網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理站。這是獲取流量狀態(tài)信息的最直接的方法。但是運(yùn)行流量采集功能占用路由器的CPU和內(nèi)存資源，因此降低了路由器的存儲轉(zhuǎn)發(fā)能力，此外流量狀態(tài)信息的傳輸又額外增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。綜上所述，該方法極大地增加了網(wǎng)絡(luò)損耗，因此在實(shí)際中應(yīng)用較少。

通過網(wǎng)絡(luò)管理站控制路由器的流量采集功能，構(gòu)建分布式的流量監(jiān)測系統(tǒng)搜集部分端到端網(wǎng)絡(luò)流量狀態(tài)信息，并通過流量重構(gòu)方法可獲取所有的端到端網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測值，如圖2所示。通過減少直接測量的端到端網(wǎng)絡(luò)流量的數(shù)目來降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能耗和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。如何確定需要直接測量的部分端到端網(wǎng)絡(luò)流量，以及在網(wǎng)絡(luò)管理站如何重構(gòu)所有的流量狀態(tài)信息是構(gòu)建分布式網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測系統(tǒng)時面臨的主要問題?，F(xiàn)有的方法大多是優(yōu)化運(yùn)行采集功能路由器的分布，在最少的路由器上運(yùn)行流量采集功能測量大部分的端到端網(wǎng)絡(luò)流量信息。這種方法雖然能顯著降低網(wǎng)絡(luò)損耗，但是會丟失部分的流量信息。因此研究分布式的流量監(jiān)測系統(tǒng)獲取全部的網(wǎng)絡(luò)流量信息具有重要的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，解決端到端網(wǎng)絡(luò)流量實(shí)時監(jiān)測問題，本發(fā)明提供面向電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速分布式監(jiān)測方法。該方法根據(jù)伯努利測量矩陣和冪律分布特性選擇部分直接測量的OD流量；根據(jù)這些OD流，建立線性推理問題，然后，利用優(yōu)化貪婪自適應(yīng)字典（OGAD）學(xué)習(xí)算法，使線性推理問題遵守壓縮感知技術(shù)要求。最后，使用壓縮感知重構(gòu)算法恢復(fù)端到端的網(wǎng)絡(luò)流量。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

面向電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速分布式監(jiān)測方法，包括如下步驟：

步驟1：生成Bernoulli矩陣，通過該矩陣選擇需要直接測量的OD流，并構(gòu)建流量矩陣；

步驟2：求出觀測矩陣；

觀測矩陣的構(gòu)造依賴于流量矩陣X_part中的非零行，其它零元素的行代表未知的需要重構(gòu)的OD流。計算觀測矩陣Y_m方法如下：

Y_m＝B·X_part???????????????????（2）其中，B是M×N的Bernoulli矩陣，X_part是N×T的流量矩陣。則由B、X_part和觀測矩陣Y_m形成了一個線性系統(tǒng)；

步驟3：構(gòu)建優(yōu)化貪婪自適應(yīng)字典；

步驟4：由壓縮感知重構(gòu)流量矩陣。

所述的步驟1具體包括如下步驟：

步驟1-1：生成Bernoulli矩陣；

生成M×N(M＜N)的Bernoulli隨機(jī)矩陣B，N為網(wǎng)絡(luò)中OD流的數(shù)目，其等于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的平方。Bernoulli矩陣的元素b(m,n)是獨(dú)立同分布的，元素等于1的概率為Pr，等于0的概率為1-Pr。

步驟1-2：確定需要測量的OD流的數(shù)目；

對M×N的Bernoulli矩陣各列分別進(jìn)行布爾‘或’運(yùn)算，令S＝[S(1),S(2),...,S(N)]^T為一個列向量，則需要測量的OD流數(shù)目為L＝||S||₁，||·||₁表示l₁范數(shù)。

步驟1-3：直接測量OD流；

計算已知的歷史流量矩陣X₀的每條OD流的均值：