基于CPNN 的电力SDN 通信网络抗毁性评估系统设计

金 燊，宋 伟

（国网冀北电力有限公司信息通信分公司，北京 100053）

CPNN 作为前馈神经网络的异构表现形式，具有训练时间短、隐含层监督形式简单等多项应用特点，通常情况下，其对于突发性数据信息攻击行为的处理速率不超过普通应用网络结构的5%。从宏观角度来看，CPNN 的组成结构包括隐含层、竞争层与输出层[1]。其中，隐含层可以对相关数据信息节点进行调试处理，且能够将未完全消耗的信息文件存储于系统数据库组织中。竞争层负责过渡传输数据信息文件。输出层则与下级执行设备直接相连，可以将系统处理后的数据参量传输至其他设备元件组织中。

SDN 通信网络是一种典型的电信号传输机制，可将散乱分布的电量应用信息整合成独立的、可传输的数据文件[2]。然而随着信息攻击强度的增大，网络内部的通信数据传输稳定性呈现下降趋势。为避免上述情况的发生，传统SOA 型系统评估电力通信数据在单位时间内的传输能力时，大多借助B/S 体系对信息文件进行汇总处理[2]。然而该系统的应用能力有限，不能收获极为理想的实用性效果，基于此引入CPNN 网络体系，设计一种新型的电力SDN 通信网络抗毁性评估系统，在信息开源控制器等多个硬件执行结构的作用下，调用处理相关通信服务，通过对比实验的方式突出该系统的实际应用能力。

1 评估系统硬件执行环境搭建

电力SDN 通信网络抗毁性评估系统的硬件执行环境由SDN 电力通信架构、实体评估电路、信息开源控制器3 部分共同组成，具体搭建方法如下。

1.1 SDN电力通信架构

SDN 电力通信架构作为电力SDN 通信网络抗毁性评估系统的基础硬件执行结构，由应用层、控制层、基础设施层3 部分共同组成，如图1 所示。

图1 SDN电力通信架构示意图

应用层设备负责处理电力网络环境中通信业务的应用关系，可在API 请求的作用下，将电信号数据参量反馈至相关设备的应用元件中[3-4]。控制层设备能够直接负载电力通信的SDN 网络服务，并可以在实体评估电路结构的作用下，传输及反馈电信号文件。基础设施层主要包括大量的电力通信设备，可以转接和整合处理来自上层通信单元的电信号传输文件，从而使得电力通信网络中的数据传输关系得到较好的维护与平衡[5]。

1.2 实体评估电路

实体评估电路作为SDN 电力通信架构的下级连接结构，由电力输入端、电力输出端、电量评估子电路3 部分共同组成，如图2 所示。

图2 实体评估电路结构图

电力输入端与配电网高压端相连，可在R1、R2、R3等多个电阻元件的作用下，将系统内部的通信电压调试至最佳数值，并能够通过电阻联合体调试与分配信息开源控制器的连接能力。电力输出端与配电网低压端相连，能够借助C1、C2、C3等多个电容元件调试及处理电路内的传输电流，从而保证SDN 电力通信架构具有更强的电量感知能力[6-7]。电量评估子电路位于实体评估电路最右端，能够较好地记录

通信数据在电力网络中的传输能力，并以此作为后续评估指令生成的参考条件。

1.3 信息开源控制器

信息开源控制器能够同时负载电力SDN 通信网络的REST 应用与资源信息管理服务，信息开源控制器结构图如图3 所示，最大限度满足CPNN 前馈神经网络的应用连接需求[8-9]，可以在多个服务器设备的作用下有效调试电力网络防火墙。REST API结构位于信息开源控制器中部执行层，可以在负载OpenStack 与Python 连接请求的同时，打通抗毁性评估系统的多条通信链路，并可以遵照Java API 执行请求，对Floodlight 控制器与OpenFlow 服务器进行关联性协调[10]。信息资源管理主机作为信息开源控制器的核心执行结构，能够分析电力通信数据的实际传输情况，并可以整合散乱分布的信息文件，以用于后续的传输与应用。

图3 信息开源控制器结构图

2 评估系统软件执行环境的搭建

在相关硬件设备结构的支持下，按照通信服务调用、信息存储数据库连接、抗毁性评估参量计算的操作流程，实现系统软件执行环境的搭建，两相结合，完成基于CPNN 的电力SDN 通信网络抗毁性评估系统设计。

2.1 通信服务调用

通信服务调用是一个相对复杂的处理环节，可以在统筹处理电力SDN 通信网络高压输入端与低压输出端之间的各级抗毁性节点后，将各类信息数据平均分配至各级节点组织。一次完整的通信服务调用流程，需要目的地信息、子网掩码、协议网关等多个结构的共同配合，通信服务调用原理如表1 所示。其中，目的地信息标注了电力通信数据的最终传输位置，能够记录该类型信息参量在单位时间内的传输能力[11-12]。子网掩码则主要存在于核心评估主机中，负责集中调度电力SDN 通信网络。协议网关负责协调系统上下级结构之间的连接关系，能够总结与统计传输的数据信息总量。

表1 通信服务调用原理

2.2 信息存储数据库

信息存储数据库可以在通信服务调用原理的作用下，实现数据存储主机与信息量评估设备间连接关系的构建，信息存储数据库连接示意图如图4 所示。通常情况下，电力SDN 通信网络中待传输的数据总量越大，信息存储数据库所面临的评估处理压力也就越大，即系统信息转存所需的消耗时间越长[13-14]。为较好地降低信息攻击行为对电力SDN 通信网络造成的干扰影响，数据存储主机与信息量评估设备间的连接均采取直连传输的形式，上级应用设备借助电力SDN 通信网络，对待传输的数据信息参量进行聚合处理，然后联合信息通道内暂存的信息文件，向下级信息量评估设备下达执行处理指令。

图4 信息存储数据库连接示意图

2.3 抗毁性评估参量计算

抗毁性评估参量计算是电力SDN 通信网络抗毁性评估系统设计的末尾处理环节，可以在已知信息存储数据库应用能力的基础上，判定系统主机对于信息攻击行为的承载能力，从而有效设定相关指标参数。在不考虑其他干扰条件的情况下[15-16]，抗毁性评估参量计算结果只受到通信数据输出量、网络信道传输带宽两项物理量的直接影响。通信数据输出量可表示为p˙，由于CPNN 框架结构的影响，该项物理量在整个计算过程中，始终保持相对独立的存在状态。网络信道传输带宽可表示为f，在电力SDN通信网络中，该项物理量的数值水平始终在[0,2]的物理区间。联立上述物理量，可将抗毁性评估参量计算表达式定义为：

式（1）中，β代表电力通信数据的攻击行为强度指标，λ代表电力信息数据的稳定性传输参量，qˉ代表单位时间内的电力信号输出均值。至此，完成各项软硬件执行条件的搭建，在CPNN 框架结构的支持下，实现电力SDN 通信网络抗毁性评估系统的设计。

3 对比实验分析

为验证基于CPNN 电力SDN 通信网络抗毁性评估系统的实用性能力，设计如下对比实验。搭建图5所示电网通信环境作为实验对象，其中，16 个电力路由设备为具备独立处理电力通信数据能力的、不同的通信主机元件。同时闭合所有光纤通路与信号通路，使电网通信环境成为一个完整且独立的传输应用网络，将基于CPNN 电力SDN 通信网络抗毁性评估系统的主机与搭载文献[2]需要的SOA 型评估系统的主机接入图5 所示的通信环境中，其中，前者作为实验组，后者作为对照组[17]。

图5 电网通信环境

STR 指标、SIR 指标均属于描述型信息参量指标，能够准确反映评估系统承担信息攻击行为的能力，一般情况下，STR 指标与SIR 指标的实值水平越高，评估系统所能承担信息攻击行为的能力越高。STR 指标、SIR 指标的具体变化情况如表2、表3所示。

表2 STR指标对比

表3 SIR指标对比

分析表2 可知，随实验时间的变化，实验组STR指标的变化趋势基本能够满足上升与下降循环出现的状态，全局最大值71.84%与全局最小值71.32%的物理差值结果为0.52%。对照组STR 指标则在小幅上升后，出现明显下降趋势，全局最大值50.90%与全局最小值50.01%的物理差值结果为0.89%。该组STR 指标的最大值与最小值都远低于实验组最大值与最小值。

由表3 可知，随实验时间的变化，实验组SIR 指标的变化形式可总结为先上升、再稳定、最后下降，全局最大值73.05%，能够维持10 min 的数值稳定状态。对照组STR 指标则维持着上升与下降循环出现的变化状态，全局最大值51.87%，不仅远低于实验组的极值结果，也不能出现相对稳定的数值存在状态。综上可知，应用基于CPNN 电力SDN 通信网络抗毁性评估系统后，信息攻击行为承担能力明显提升，应用能力更强。

4 结束语

在CPNN 网络结构的作用下，电力SDN 通信网络抗毁性评估系统可根据电力通信架构的设置需求，规划实体评估电路的连接能力，再借助信息开源控制器，实现对通信服务的调用与处理。从整体性角度看，STR 指标与SIR 指标数值的提升，能够增强系统对信息攻击行为的承担能力，有助于构建稳定的通信数据传输环境。