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摘要：目前，随着我国综合国力的不断提升，国内的电网系统也随之被人们重视起来。智能电网中，综合数据网承载着各种电力信息管理业务，随着电网信息化水平的不断提高，电力综合数据网络已经深入到电力生产、经营和管理的各个部门和岗位，对电力综合数据网运行保障方面的要求也越来越高，尤其对故障的检测和定位提出了高要求。传统网络故障管理大多使用北向接口被动采集设备发出的告警信息，建立告警－故障关联模型来分析故障根源，但是被动地等待告警会导致故障定位时效性差，且一旦告警信息出现虚假、丢失和冗余现象则无法保障故障定位的准确性。为了弥补传统网络管理的不足，主动探测技术逐步引入到数据通信网运维工作中。为此，开展利用主动探测技术进行电力综合数据网故障定位的研究，提高电力综合数据网的管理运维水平，具有重要的应用意义。
关键词：交互式；主动探测；综合数据网故障；定位机制
引言
针对电力综合数据网对故障定位的准确性和时效性要求，提出一种交互式故障诊断机制，并重点解决该机制中故障定位集的选取问题，提出一种基于交互式主动探测的故障定位集选择算法(IPCA)。建立电力综合数据网与候选定位集的贝叶斯模型，借助贝叶斯网络条件独立性将候选定位集划分为若干子集，并引入探测价值衡量探测的诊断能力，利用探测价值交互更新过程的子模性降低故障定位集选取的时间复杂度。仿真结果显示，IPCA在确保故障定位准确性的同时平均可缩短20%左右的定位时间。
1故障诊断机制
传统通信网的故障诊断大致包括故障检测、故障定位和故障识别三个阶段，本文基于此提出如图1所示的诊断机制，采用主动探测的故障诊断技术，在故障检测阶段发送故障检测集实时监测网络状态，当发生不可忽略的故障后启动故障定位模块，使用交互式探测选择方法确定故障定位集，最后综合故障定位集和故障检测集的结果判断网络节点状态的好坏，完成故障识别。
图1故障诊断机制
在数据网中随机选择若干节点部署探针，每一个探针都可以发送主动探测包给数据网中任意的网络设备节点，称之为一个探测，根据探测返回的结果可以推断网络节点状态的好坏。考虑到电力综合数据网网络规模庞大，若一旦检测到故障就立刻进行定位，会带来较大的网络负荷，因此设置故障检测终止条件可以减轻故障定位带来的系统负担。
2故障定位研究现状
2.1故障检测
在被动故障定位方式中，通信设备故障是用告警的方式提供故障指示信息的，这种方式中，故障检测阶段的主要目的是采集设备的告警信息并进行压缩过滤。主动故障定位方式里，故障检测阶段是借助探针等主动设备，周期性通过探测路径的反馈结果收集节点设备状态信息，相较于被动等待告警的检测方式，主动探测更能保证故障被及时发现，也可以避免被动方式中告警信息丢失、错误、冗余等问题的发生。
2.2故障诊断
该阶段一般进行症状－故障关联性分析。无论是被动检测还是主动检测，故障定位的第二个阶段都是进行症状－故障的相关性分析。这部分有大量的研宄工作，有基于规则的相关性模型、贝叶斯网络、遗传神经网络模型、基于事件树的方法、编码方法、基于数据挖掘的分析方法等。本文认为主动探测的故障定位方法中，第二阶段的任务即为选取出与当前网络状态最相关的探测集合，在主动探测法中，探测集直接决定了症状的表现。
2.3故障识别
该阶段确定故障节点位置，在分析出可以引起故障的告警信息或探测集等症状后，准确迅速地锁定故障节点位置、涉及的设备、破坏的通信业务等，进而快速消除和隔离故障是故障定位的最后一个阶段。将上一阶段获取的症状－故障信息作为输入，选择合适的算法，通过一系列逻辑运算，识别故障节点位置，给出疑似故障节点位置集。
3基于交互式主动探测的综合数据网故障定位机制
3.1探测价值子模性
子模性的概念是为了解决复杂的组合优化问题而提出的，它的定义如下。设集合函数F:2v→Ｒ，为无限集合V空间中子集A到实数集R上的映射。若对于所有A，BV，都满足
F(A)+F(B)≥F(A∪B)+F(A∩B)(13)
则称函数F为子模函数，具有子模性。也可以用定理来判断函数是否是子模函数。
定理2:集合函数F为子模函数当且仅当对所有的ABV以及s∈V\B均满足
F(A∪{s})－F(A)≥F(B∪{s})－F(B)(14)
直观来看，若探测价值函数V(T)满足子模性，那么当观测到一个新的探测结果后，剩余所有探测的探测价值在更新后均变小，因此仅需更新当前具有最大探测价值的探测即可，若更新后此探测的探测价值比其他探测更新前还要大，则在不更新其余探测的情况下便可确定此探测就是下一轮的最佳选择，大大地节省了时间。
3.2算法流程
综合考虑贝叶斯网络的条件独立性及探测选择的子模性，本文设计了一种IPCA，步骤如下。
步骤1:建立候选探测集Tsta与电力综合数据网节点之间的贝叶斯网络。
步骤2:根据故障检测集Tobs返回的结果确定数据网节点的状态，按条件独立性将上一步建立的贝叶斯网络划分成若干子网。
步骤3:计算候选探测集Tsta中所有探测的信息增益及重要节点个数，得出其探测价值V(t)，按照V(t)从大到小排序，选出当前探测价值最大的探测tmax。
步骤4:若C(Tdia)≥B则转到步骤8，否则将tmax发送到数据网中，获得数据网当前该探测的状态，同时将tmax加入故障定位集Tdia并将其从候选探测集Tsta中删除，若候选探测集Tsta为空集则转到步骤8。
步骤5:取出当前探测价值最大的探测t*(t*=Tsta，1)并令i=2。
步骤6:若t*与tmax在同一子网内则更新t*的探测价值V(t*)，否则直接转到步骤7(条件独立性体现)。
步骤7:若V(t*)≥V(Tsta，i)则令tmax=t*，转到步骤4，否则若Tsta，i与tmax在同一子网内则更新Tsta，i的探测价值V(Tsta，i)，如果V(t*)＜V(Tsta，i)，则令t*=Tsta，i，i=i+1，转到步骤7，否则直接转到步骤7(子模性体现)。
步骤8:综合探测的返回结果，计算x*=argmaxP(X|S)，得出数据网最有可能的状态信息，从而定位故障节点。
假设数据网中有N个节点，备选探测集包含M个探测，最终选出的故障定位集中包含R个探测。那么将备选探测集划分成相互独立的子网后，每次更新的探测个数经验证平均最多为2，更新一个探测的探测价值涉及的节点个数是该探测经过的节点个数nt，设Nt=max(nt)，则IPCA的时间复杂度为O(2R×2Nt)，而不使用条件独立性和子模性优化的算法时间复杂度为O(2NMR)。
结语
智能电网的综合数据网网络节点众多，连接方式和业务承载模式复杂，对故障定位的时效性要求更高，因此研宄新型的故障定位算法至关重要。本文所提出的故障定位方法在保障定位准确度的前提下缩短了定位的时间，适用于对故障定位时效性要求高的电力综合数据网，可以有效保障电力综合数据网的可靠运行。下一步将结合国网数据网结构及探针部署，深入研究基于探测的故障综合定位技术的实用价值。
参考文献:
［1］王翔，代飞，高维忠，等．基于集合运算和组合式模糊条件的电力通信网故障定位［J］．电力系统自动化，2017，38(24):114-118．
［2］张成，廖建新，朱晓民．基于贝叶斯疑似度的启发式故障定位算法［J］．软件学报，2017，21(10):2610-2621．
［3］乔焰．基于主动探测的IP网故障诊断与丢包率推理方法［D］．北京:北京邮电大学，2016．