[发明专利]面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法

说明书

本发明涉及一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口，包括DCI接口注册和DCI接口函数调用两个部分，通过DCI可实现用户动态故障设置。在动态故障设置的过程中，主要通过外部程序将需要设置的故障信息以数据报文的形式发送到动态交互接口，再通过该接口和QualNet仿真器交互，使用户可以动态地为通信网络设置故障，从而实现了模拟通信网故障对电网运行影响的目的。本发明提出的动态故障设置方法针对电网‑通信网联合仿真系统的仿真评估和测试十分有效。

技术领域

本发明涉及一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口，属于无线通信和通信仿真技术领域。

背景技术

电力系统被认为是现代社会最重要的基础设施，其安全稳定运行对于国家安全具有重要意义。随着智能电网的快速发展，越来越多的传统电力设备不再只具备电力功能，而是被嵌入了通信和控制等模块。电力系统与通信系统紧密耦合，依赖性增强，形成面向电网的信息物理系统。通信网络对电网的影响变得至关重要，仅考虑电网的仿真已经不能满足对具有动态特性的电力系统进行测试和评价的要求，电网与通信系统的联合仿真成为电力系统评估和部署的重要内容。电网和通信网络的交互融合提升了电网的感知、分析与控制能力，但同时也为电网的稳定运行带来了风险。已有的研究表明，无论是电力系统本身，还是通信系统中的部件发生故障或是被攻击，都可能导致整个耦合网络的连锁故障。近年来这样的案例屡见不鲜，且呈愈演愈烈的趋势。例如，2003年发生的“美加大停电”造成数小时停电，影响近五千万人正常工作生活，其主要原因就是信息系统失效，状态估计功能退出运行，控制中心失去对电网实时状态的感知能力，继而引发连锁故障。发生在2015年底的乌克兰电网大停电事件，被认为是第1例由网络攻击造成的停电事故，停电原因是对能量管理系统的网络攻击导致其丧失控制功能，造成部分设备运行中断，进而引发连锁反应。

针对现代电网所面临的信息安全威胁，电网的安全性和可靠性问题已经成为了全世界关注的焦点。然而由于电力设备这种基础设施的特殊性，不可能直接在其上开展相关实验与测试，计算机建模与仿真技术成为了近年来最有发展潜力的研究方法。它不仅能够模拟信息物理复杂的系统演化过程和涌现性，也能用于开展特定的探索性或重复性的仿真研究。

对于电力系统的建模与仿真，目前主流方法为电力系统数字仿真技术。电力系统数字仿真是将电力系统网络和负载元件建立其数学模型，用数学模型在数字计算机上进行实验和研究的过程。实现数字仿真一般包括建立数学模型、建立数字仿真模型和仿真实验三个主要步骤。但是电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网的仿真，由于实际网络系统的复杂性，使其评估结果难以进一步逼近真实情况。

对网络性能的评估手段主要有：软件仿真、实际测试以及半实物仿真。网络仿真被称为网络模拟，是进行网络性能研究的一种基本手段。它能够验证实际的网络设计方案，或者对多个不同的设计方案进行比较。在网络规划设计过程中通常会出现多个设计方案，网络仿真可以对这些不同的方案进行科学的分析和比较，以选取性能最优者。网络仿真为不同的设计方案建立不同的模型，对这些模型分别进行模拟仿真并获取定量的网络性能预测数据，根据网络仿真所提供的仿真运行和结果分析功能，为方案间的验证和比较提供可靠的定量依据，从而为优化设计和决策制定提供更便捷、有效的手段。目前的网络仿真工具主要有OPNET，NS-2，QualNet等。它们通过建立虚拟网络场景，模拟实现各层协议功能，并加入各种情况网络参数，完成对不同规模、复杂度的网络性能评估。

由于电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网的仿真，因此目前的电力系统数字仿真无法准确对现代电力信息物理系统进行仿真。而网络软件仿真软件侧重对通信网络的仿真，缺乏电力系统负载元件的仿真。

发明内容