论文部分内容阅读
摘 要：电力通信网络具有智能化的特征，而且电力通信网络的可靠性也会直接影响到智能电网的正常运行。脆弱性是网络可靠性的一种有效的测度。简单分析了电力通信网脆性分析的方式，提出利用特征指标的评价方法来衡量电力通信网络的脆弱性。并且还提出粗了调整路由方案来改善通信网络的脆弱性的措施，仅供参考。
关键词：电力通信网；业务；网络脆弱性
电力系统在运行的过程中，需要通过信息通信系统以及监测控制系统进行实时的监控，进而保障电力系统的安全运行。电力通信网在其中发挥着重要的作用，其安全性和可靠性的检测是电力系统监测控制的重要内容。通过网络脆弱性的检测，能够对电力通信网的性能进行有效的掌握，了解其安全性和可靠性。因此，电力通信网的脆弱性分析，对智能电网的安全运行是十分必要的。
一、特征指标的评价方式
1.1不同电力业务对同一技术指标具有不同的要求，某些指标无法直接体现业务的重要程度，如通信带宽，但某些指标具有体现业务重要度的特征，如时延。本文定义能够体现业务重要度的指标为特征指标，并将特征指标作为客观评价因素替代专家主观因素，通过分析业务在特征指标上的不同要求，对电力业务重要度做出评价。
1.2业务重要度评价
采用线性归一化函数和区间映射函数对综合相对重要值矩阵进行处理，得到业务重要度。首先，对综合相对重要值矩阵的行向量元素进行求和，得到业务对业务集中其他所有业务的综合相对重要值之和。然后，选取线性归一化函数式中，z为待归一化的变量，zmax和zmin分别表示变量z值域的最大值和最小值，将asum代入，得到归一化重要值。
二、电力通信网的安全风险
电力通信网的可靠性决定着电力系统的安全运行，而电力通信网的风险会给电力系统造成一定的损失。电力通信网的风险性因素主要来自于外界环境的攻击和威胁，以及电力通信网自身的脆弱性。脆弱性是电力通信网可靠性重要测度，在很大程度上决定着电力通信网的风险大小。电力通信网的脆弱性越强，其运行状态就无法保证安全和稳定。一直以来，在电力通信网的安全管理当中，将通信的安全放在首位。随着信息技术的快速发展，电力通信的开放程度有了显著的提升，电力通信的安全压力也随之增加保证。电力通信网的访问控制安全以及信息的机密性就变得十分重要。电力通信网在安全风险评估的过程当中，将网络脆弱性作为重要的检测内容，以更加准确的反映出电力通信网的实际运行状况。对电力通信网传输线路、设备、网管系统、电源系统以及电力二次防护当中可能存在的安全隐患，都可以通过电力通信网的脆弱性分析得出，并根据分析结果采取有效的措施，进而消除安全威胁。
三、电力通信网脆弱性分析工作
3.1业务层脆弱性仿真和分析
为简化计算，将13种电力业务按重要度排序归为五类业务：500kV继电保护、220kV繼电保护为I类业务；安稳系统为II类业务；广域测量、调度自动化、调度电话和电能计量遥测为III类业务；视频会议、变电站视频监测、保护信息管理为IV类业务；雷电定位监测、行政电话和办公自动化为V类业务。每类业务中多种业务的重要度平均值作为该类业务的重要度，得到5类业务的重要度向量[0.99，0.94，0.62，0.29，0.13]。网络三元组（G，F，W）的仿真配置如下：拓扑结构G（V，E）包含14个节点和16条链路。该网络拓扑源于广东电力通信传输骨干网。其中1号节点为省级调度中心（中调），13号节点为地区调度中心（地调），14号节点为220kV变电站，其余节点均为500kV变电站，2号、5号和7号节点为汇聚节点，链路权重为各站点之间实际距离；网络的路由策略F为最短路径路由。由于电力业务大部分为集中性业务，因此中调与各变电站以及地调之间的业务较多。伯努利失效模型下，当失效概率x=0.02时，网络业务重要度损失比例的数学期望为4.63%，说明如果网络中传输的平均业务重要度要求大于95%，则链路的可靠性必须大于等于0.98。伯努利失效模型可以用来检验链路的可靠性是否满足业务对网络的要求。全面的分析四种失效模型得出的结果，可知，当前的电力通信网络中的脆弱性比较强，而且抵抗攻击的程度较低。
3.2业务层脆弱性的改善方法
以上的分析结果显示，在蓄意攻击的情况下，网络的脆弱性会出现“木桶效应”，接收业务关键程度最高的链路会在很大程度上决定网络在攻击之后的脆弱性。相关人员应该使业务的重要程度均衡地安排到每条链路上，促使在业务方面网络能够负载平衡。但是，在电力通信网络系统中，绝对意义上的平衡很难达到。由于节点无法随意地更改传输的业务数量和种类。需要使用调节路由的方法来更改业务层的负载分布的电力通信网脆弱性。
四、电力通信网脆弱性分析的有效策略
4.1脆弱性衡量指标评价
根据电力通信网的特征，对评价脆弱性的多种参数，包括最短路径、聚类系数、度数、度分布以及介数等内容，全面的对电力通信网脆弱性进行分析。平均距离、聚类系数、节点度数分布以及节点介数分布都是衡量电力通信网脆弱性的重要指标。在通信网络当中。对连接任一两个节点间的距离就被称为最短路径，而所有节点间距离的平均值即为平均距离。平均距离的长度对网络节点间信息传播有着重要的影响。网络节点的聚集程度则是由聚类系数来决定，准确的描述网络内小集团化。度数分布是影响网络中信息传播的主要影响因素，节点度数的累积概率决定着网络内信息传播的性能。在网络当中，所有最短路径一定经过某一节点，经过该节点的次数被称为节点介数分布。
通过这部分参数的有效分析，对电力通信网结构特性有了更加清楚的了解。通过效能函数计算衡量网络特性的指标并不能完全描述电力通信网的特性。根据电力通信网脆弱性分析的需要，需要对效能函数计算进行相应的改变。充分考虑业务连通性，而更加全面准确的进行电力通信网脆弱性分析。
4.2脆弱性仿真分析
建立电力通信网业务层脆弱性模型，脆弱性分析的需要进行网络模型、单元失效模型的设计，在不同的情况下，对网络的脆弱性进行描述分析。在此基础之上，采用网络仿真策略。从电力通信网络当中选择某个节点或线路，将其移除，网络性能会随之下降，根据网络性能的下降程度，对该节点或线路进行脆弱、性衡量分析，进而对系统故障进行识别，以针对性的采取应对措施。通过脆弱性攻击进行仿真，网络效能会随之发生变化。蓄意攻击与随机攻击有着很显著的不同。对某个节点进行随机攻击，随着被攻击节点的个数的增加，根据蓄意攻击度数，选择节点。并根据攻击度数的逐级递减，依次对相应的节点进行攻击。为了避免由于节点缺失所导致网络解体，在进行逐次攻击的过程中，只选择部分节点。
与随机攻击相比，蓄意攻击网络脆弱性，网络效能下降的效果更为显著。高度数或高介数的节点对网络的脆弱性的影响较大。通过脆弱性仿真分析，对影响电力通信网脆弱性的原因有了更清楚的掌握。①网络拓扑结构不完全平衡增加了电力通信网脆弱性。②通信网的业务分布对连通性的影响，进而影响电力通信网的脆弱性。
结束语
随着信息技术在电力行业的推广应用，促进了智能电网的发展。电力通信网在其中发挥着重要的作用，其安全性和可靠性的检测是电力系统监测控制的重要内容。通过网络脆弱性的检测，能够对电力通信网的性能进行有效的掌握，了解其安全性和可靠性。因此，电力通信网的脆弱性分析，对智能电网的安全运行是十分必要的，有效促进电力通信网安全、稳定的发展。
参考文献
[1]彭棚，何玉钧，何宇.电力通信网安全风险评估系统设计与实现[J].电力信息与通信技术，2014，03：53～59.
[2]孙凤杰，齐京亮，陈鹤，张敏.电力通信网电源风险评估系统的设计与实现[J].电力信息与通信技术，2013，10：51～55
[3]陈琛.配电网脆弱性分析与可靠性评估[J].科技创新与应用，2016（07）.
（作者单位：国网安徽省电力有限公司岳西县供电公司）
关键词：电力通信网；业务；网络脆弱性
电力系统在运行的过程中，需要通过信息通信系统以及监测控制系统进行实时的监控，进而保障电力系统的安全运行。电力通信网在其中发挥着重要的作用，其安全性和可靠性的检测是电力系统监测控制的重要内容。通过网络脆弱性的检测，能够对电力通信网的性能进行有效的掌握，了解其安全性和可靠性。因此，电力通信网的脆弱性分析，对智能电网的安全运行是十分必要的。
一、特征指标的评价方式
1.1不同电力业务对同一技术指标具有不同的要求，某些指标无法直接体现业务的重要程度，如通信带宽，但某些指标具有体现业务重要度的特征，如时延。本文定义能够体现业务重要度的指标为特征指标，并将特征指标作为客观评价因素替代专家主观因素，通过分析业务在特征指标上的不同要求，对电力业务重要度做出评价。
1.2业务重要度评价
采用线性归一化函数和区间映射函数对综合相对重要值矩阵进行处理，得到业务重要度。首先，对综合相对重要值矩阵的行向量元素进行求和，得到业务对业务集中其他所有业务的综合相对重要值之和。然后，选取线性归一化函数式中，z为待归一化的变量，zmax和zmin分别表示变量z值域的最大值和最小值，将asum代入，得到归一化重要值。
二、电力通信网的安全风险
电力通信网的可靠性决定着电力系统的安全运行，而电力通信网的风险会给电力系统造成一定的损失。电力通信网的风险性因素主要来自于外界环境的攻击和威胁，以及电力通信网自身的脆弱性。脆弱性是电力通信网可靠性重要测度，在很大程度上决定着电力通信网的风险大小。电力通信网的脆弱性越强，其运行状态就无法保证安全和稳定。一直以来，在电力通信网的安全管理当中，将通信的安全放在首位。随着信息技术的快速发展，电力通信的开放程度有了显著的提升，电力通信的安全压力也随之增加保证。电力通信网的访问控制安全以及信息的机密性就变得十分重要。电力通信网在安全风险评估的过程当中，将网络脆弱性作为重要的检测内容，以更加准确的反映出电力通信网的实际运行状况。对电力通信网传输线路、设备、网管系统、电源系统以及电力二次防护当中可能存在的安全隐患，都可以通过电力通信网的脆弱性分析得出，并根据分析结果采取有效的措施，进而消除安全威胁。
三、电力通信网脆弱性分析工作
3.1业务层脆弱性仿真和分析
为简化计算，将13种电力业务按重要度排序归为五类业务：500kV继电保护、220kV繼电保护为I类业务；安稳系统为II类业务；广域测量、调度自动化、调度电话和电能计量遥测为III类业务；视频会议、变电站视频监测、保护信息管理为IV类业务；雷电定位监测、行政电话和办公自动化为V类业务。每类业务中多种业务的重要度平均值作为该类业务的重要度，得到5类业务的重要度向量[0.99，0.94，0.62，0.29，0.13]。网络三元组（G，F，W）的仿真配置如下：拓扑结构G（V，E）包含14个节点和16条链路。该网络拓扑源于广东电力通信传输骨干网。其中1号节点为省级调度中心（中调），13号节点为地区调度中心（地调），14号节点为220kV变电站，其余节点均为500kV变电站，2号、5号和7号节点为汇聚节点，链路权重为各站点之间实际距离；网络的路由策略F为最短路径路由。由于电力业务大部分为集中性业务，因此中调与各变电站以及地调之间的业务较多。伯努利失效模型下，当失效概率x=0.02时，网络业务重要度损失比例的数学期望为4.63%，说明如果网络中传输的平均业务重要度要求大于95%，则链路的可靠性必须大于等于0.98。伯努利失效模型可以用来检验链路的可靠性是否满足业务对网络的要求。全面的分析四种失效模型得出的结果，可知，当前的电力通信网络中的脆弱性比较强，而且抵抗攻击的程度较低。
3.2业务层脆弱性的改善方法
以上的分析结果显示，在蓄意攻击的情况下，网络的脆弱性会出现“木桶效应”，接收业务关键程度最高的链路会在很大程度上决定网络在攻击之后的脆弱性。相关人员应该使业务的重要程度均衡地安排到每条链路上，促使在业务方面网络能够负载平衡。但是，在电力通信网络系统中，绝对意义上的平衡很难达到。由于节点无法随意地更改传输的业务数量和种类。需要使用调节路由的方法来更改业务层的负载分布的电力通信网脆弱性。
四、电力通信网脆弱性分析的有效策略
4.1脆弱性衡量指标评价
根据电力通信网的特征，对评价脆弱性的多种参数，包括最短路径、聚类系数、度数、度分布以及介数等内容，全面的对电力通信网脆弱性进行分析。平均距离、聚类系数、节点度数分布以及节点介数分布都是衡量电力通信网脆弱性的重要指标。在通信网络当中。对连接任一两个节点间的距离就被称为最短路径，而所有节点间距离的平均值即为平均距离。平均距离的长度对网络节点间信息传播有着重要的影响。网络节点的聚集程度则是由聚类系数来决定，准确的描述网络内小集团化。度数分布是影响网络中信息传播的主要影响因素，节点度数的累积概率决定着网络内信息传播的性能。在网络当中，所有最短路径一定经过某一节点，经过该节点的次数被称为节点介数分布。
通过这部分参数的有效分析，对电力通信网结构特性有了更加清楚的了解。通过效能函数计算衡量网络特性的指标并不能完全描述电力通信网的特性。根据电力通信网脆弱性分析的需要，需要对效能函数计算进行相应的改变。充分考虑业务连通性，而更加全面准确的进行电力通信网脆弱性分析。
4.2脆弱性仿真分析
建立电力通信网业务层脆弱性模型，脆弱性分析的需要进行网络模型、单元失效模型的设计，在不同的情况下，对网络的脆弱性进行描述分析。在此基础之上，采用网络仿真策略。从电力通信网络当中选择某个节点或线路，将其移除，网络性能会随之下降，根据网络性能的下降程度，对该节点或线路进行脆弱、性衡量分析，进而对系统故障进行识别，以针对性的采取应对措施。通过脆弱性攻击进行仿真，网络效能会随之发生变化。蓄意攻击与随机攻击有着很显著的不同。对某个节点进行随机攻击，随着被攻击节点的个数的增加，根据蓄意攻击度数，选择节点。并根据攻击度数的逐级递减，依次对相应的节点进行攻击。为了避免由于节点缺失所导致网络解体，在进行逐次攻击的过程中，只选择部分节点。
与随机攻击相比，蓄意攻击网络脆弱性，网络效能下降的效果更为显著。高度数或高介数的节点对网络的脆弱性的影响较大。通过脆弱性仿真分析，对影响电力通信网脆弱性的原因有了更清楚的掌握。①网络拓扑结构不完全平衡增加了电力通信网脆弱性。②通信网的业务分布对连通性的影响，进而影响电力通信网的脆弱性。
结束语
随着信息技术在电力行业的推广应用，促进了智能电网的发展。电力通信网在其中发挥着重要的作用，其安全性和可靠性的检测是电力系统监测控制的重要内容。通过网络脆弱性的检测，能够对电力通信网的性能进行有效的掌握，了解其安全性和可靠性。因此，电力通信网的脆弱性分析，对智能电网的安全运行是十分必要的，有效促进电力通信网安全、稳定的发展。
参考文献
[1]彭棚，何玉钧，何宇.电力通信网安全风险评估系统设计与实现[J].电力信息与通信技术，2014，03：53～59.
[2]孙凤杰，齐京亮，陈鹤，张敏.电力通信网电源风险评估系统的设计与实现[J].电力信息与通信技术，2013，10：51～55
[3]陈琛.配电网脆弱性分析与可靠性评估[J].科技创新与应用，2016（07）.
（作者单位：国网安徽省电力有限公司岳西县供电公司）