CN104994587B - 一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，包括以下步骤，步骤一，为每类业务构建一张效益函数表；所述效益函数表是描述效益函数f_i(n)取值情况的一张表，所述效益函数f_i(n)为第i类业务单独分配第n条信道时所获得的满意度，即效益；步骤二，根据效益函数表进行无线信道分配。本发明所提出的信道分配方法是在电力无线专网中为在不同类型业务之间实现物理级安全隔离的一种有效方法，能够在基于物理隔离的安全性保障与对无线信道资源的有效利用之间取得折中。

Description

一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法

技术领域

本发明涉及一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，属于电力信息通信技术领域。

背景技术

在配用电网中，有开关站、环网柜、配电室、配电变压器、柱上开关、配电线路、分布式能源站点、电动汽车充电站、用电计量器等多种配用电设备。这些设施将不断产生各种信息数据，需要被及时、准确、安全地传输至主站，以实现配电与用电信息采集的自动化。

为了实现该类电力信息通信需求，可以采用通信光缆、载波、无线公网、无线专网等多种方法。这些方法各具特点与优缺点。其中，无线专网具有覆盖面广、施工难度较低、实施周期较短、组网灵活等优势，是实现配用电通信的重要手段。

由于电力系统的特殊性，提供安全性保障是一项非常重要的要求。在电力无线专网中，由于无线电波传输方式的广播特点，在给定小区(或远端射频单元)覆盖范围内的任一终端都可以收到发往其他所有终端的无线信号，从而有可能导致监听、拦截、篡改等安全事件的发生。这就对如何提供安全性保障提出了挑战。

为了保证电力信息数据传输的安全性，在电力无线专网中可以采用物理隔离的方法，即安排不同类型的业务使用不同的无线信道，从而将不同类型电力信息数据的传输通道隔离开，从物理上避免了利用某一类型业务终端设备对另一类特定业务进行监听、拦截、篡改等安全事件的发生。

这种要求安全隔离的无线信道分配问题是电力无线专网所独有的。事实上，在无线公网中，所采取的方法正好相反，即将不同类型业务尽可能混合复用在一起，以互相填补可能出现的频谱资源的空隙，从而达到提高频谱效率的目的。而在电力无线专网中，为了达到安全隔离的目的，必须将不同类型业务从物理上分开。

另一方面，物理隔离必然会导致无线频谱效率的降低。对电力无线专网来说，提供高容量以满足覆盖范围内所有配用电设备的通信需求，也是一个非常重要的问题。因此，如果为了满足安全性要求而导致容量被降低，也是应该被尽量避免的。

由于上述两方面的要求，即高安全性与高容量，使得电力无线专网中的信道分配是一个比较困难的问题，并难以通过手工方法在短时间内寻找到比较合适的方案，尤其当电力无线专网的规模较大(即覆盖范围较大)的时候。因此，必须设计一种能够系统解决电力无线专网中的信道分配问题的方法，使得能够编制计算机程序针对给定问题在短时间内自动找到合适的信道分配方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，包括以下步骤，

步骤一，为每类业务构建一张效益函数表；

所述效益函数表是描述效益函数f_i(n)取值情况的一张表，所述效益函数f_i(n)为第i类业务单独分配第n条信道时所获得的满意度，即效益；

步骤二，根据效益函数表进行无线信道分配。

为每类业务构建效益函数表的过程为，

A1)为每类业务构建一张图；

所述图是由点和边构成，其中每个点代表一个第i类业务设备；如果任意两个第i类业务设备之间由于干扰不能重复使用同一信道，则在相应的两点之间用一条边连接，从而构成一张第i类业务的图；

A2)确定每类业务的效益函数的取值；

第i类业务的效益函数的取值等于所有第i类业务设备的满意度的平均值；所述第i类业务设备的满意度为第i类业务设备所能达到的吞吐率与吞吐率需求之间的比值，当比值超过1时，则定义该满意度为1；

A3)根据图和效益函数的取值，构建效益函数表；

过程如下：

B1)定义i＝1；

B2)定义n＝1；

B3)为第i类业务设备分配第n条信道；

在第i类业务的图中选取满意度最低的设备，将第n条信道分配给该设备，将该设备以及与其有边相连的设备从图中删除，然后从剩余的点中再选取满意度最低的设备，重复上述操作直至图中没有点；

B4)根据信道的分配结果更新各设备的满意度，计算f_i(n)的取值；

B5)判断n是否小于c，c为电力无线专网的信道总数，如果小于c，则n＝n+1，转至步骤B3；否则转至步骤B6；

B6)判断i是否小于k，k为业务种类个数，如果小于k，则i＝i+1，转至步骤B2，否则结束。

无线信道分配过程如下，

C1)定义n＝1；

C2)计算所有k类业务的优先权；

P_i(n)＝[f_i(n)-f_i(n-1)]/f_i(n-1)

其中P_i(n)为当分配第n条信道时第i类业务的优先权取值，f_i(0)为一正常数；

C3)将第n条信道分配给优先权最大的那类业务；

C4)判断n是否小于c，c为电力无线专网的信道总数，如果小于c，则n＝n+1，转至步骤C2；否则结束。

10^-2≤f_i(0)≤10^-3。

本发明所达到的有益效果：1、本发明所提出的信道分配方法是在电力无线专网中为在不同类型业务之间实现物理级安全隔离的一种有效方法，能够在基于物理隔离的安全性保障与对无线信道资源的有效利用之间取得折中；2、本发明引入效益函数表，将信道分配操作规格化为对表格的操作，兼顾了操作的复杂度与方案的最优性；3、本发明针对电力无线专网的特点，即用户设备的位置是静止不动的，并且各类用户设备产生业务数据流量的通信需求也是近似固定不变的，从而有助于简化操作的计算复杂度。

附图说明

图1为电力无线专网构成示意图。

图2为电力无线专网中的信道分配问题示意图。

图3为本发明的流程框图。

图4为本发明中构建的图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，图中示出本发明所针对的电力无线专网的架构，在无线专网的覆盖范围内，分布有若干配用电设备。这些配用电设备在运行过程中将不断产生各种类型的电力信息业务数据，包括“三遥”、集抄、远程抄表、视频监控、语音调度等。配用电设备将这些电力信息数据承载在无线信号然后发射出去，由相应的接入点负责接收，然后通过网关经由光纤骨干网传输至主站系统进行处理。

如图2所示，图中示出的是电力无线专网中的信道分配问题的一个例子。在电力无线专网的覆盖范围内，散布了若干配用电设备，其中设备101、104、106、108、109属于第一类业务设备(即i＝1)；设备102、103、105、107、110属于第二类业务设备(即i＝2)。出于安全方面的考虑，应该为这些不同类型的设备分配不同的无线信道，从而使得不同类型电力信息数据的传输过程从物理上就被隔离开。

在电力无线专网中，所谓信道与所采用的空中接口标准紧密相关。以目前先进的第四代LTE无线空中接口规范为例。根据相关标准，LTE中的无线资源由时域与频域二维平面上定义的栅格图来表示，其中时域上一帧的长度为十毫秒，被划分为二十个时隙；频域上系统带宽被划分为若干个子载波组，每个子载波组占据180000赫兹的带宽。在LTE系统中，一条信道就对应于时域上的一个时隙与频域上的一个子载波组。本发明涉及的，就是如何为不同类型业务设备分配物理隔离的无线信道的问题。

如图3所示，一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，包括以下步骤：

步骤一，为每类业务构建一张效益函数表。

效益函数表是描述效益函数f_i(n)取值情况的一张表，效益函数f_i(n)为第i类业务单独分配第n条信道时所获得的满意度，即效益；当然这里的满意度也可以根据实际情况灵活定义。

为每类业务构建效益函数表的过程如下：

A1)为每类业务构建一张图。

图是由点和边构成，其中每个点代表一个第i类业务设备；如果任意两个第i类业务设备之间由于干扰不能重复使用同一信道，则在相应的两点之间用一条边连接，从而构成一张第i类业务的图。

以图2为例，构建的图如图4所示，共有两类业务，定义k为业务种类个数，即k＝2，因此一共构建了2张图，在每张图中，对于属于同一无线接入点的任意两个配用电设备来说，它们之间一定不能重复使用同一信道，因此在相应的两个点之间有边相连；对于任意两个属于不同无线接入点的配用电设备，如果它们之间的交叉链路能引起足够大的干扰使得正常通信无法进行，则在相应的两个点之间也有边相连。

A2)确定每类业务的效益函数的取值。

在电力系统中，有很多种不同的业务，这些业务对于吞吐率的需求是不同的，在给定n条信道的情况下，对于第i类业务来说，第i类业务的效益函数的取值等于所有第i类业务设备的满意度的平均值；第i类业务设备的满意度为第i类业务设备所能达到的吞吐率与吞吐率需求之间的比值，当比值超过1时，则定义该满意度为1。

A3)根据图和效益函数的取值，构建效益函数表。

过程如下：

B1)定义i＝1；

B2)定义n＝1；

B3)为第i类业务设备分配第n条信道；

在第i类业务的图中选取满意度最低的设备，将第n条信道分配给该设备，将该设备以及与其有边相连的设备从图中删除，然后从剩余的点中再选取满意度最低的设备，重复上述操作直至图中没有点；

B4)根据信道的分配结果更新各设备的满意度，计算f_i(n)的取值；

B5)判断n是否小于c，c为电力无线专网的信道总数，如果小于c，则n＝n+1，转至步骤B3；否则转至步骤B6；

B6)判断i是否小于k，k为业务种类个数，如果小于k，则i＝i+1，转至步骤B2，否则结束。

步骤二，根据效益函数表进行无线信道分配。

无线信道分配过程如下：

C1)定义n＝1；

C2)计算所有k类业务的优先权；

P_i(n)＝[f_i(n)-f_i(n-1)]/f_i(n-1)

其中P_i(n)为当分配第n条信道时第i类业务的优先权取值，f_i(0)为一正常数，在这里取值范围为10^-2≤f_i(0)≤10^-3；

C3)将第n条信道分配给优先权最大的那类业务；

C4)判断n是否小于c，c为电力无线专网的信道总数，如果小于c，则n＝n+1，转至步骤C2；否则结束。

上述的信道分配方法是在电力无线专网中为在不同类型业务之间实现物理级安全隔离的一种有效方法，能够在基于物理隔离的安全性保障与对无线信道资源的有效利用之间取得折中；上述的信道分配方法引入效益函数表，将信道分配操作规格化为对表格的操作，兼顾了操作的复杂度与方案的最优性；上述的信道分配方法针对电力无线专网的特点，即用户设备的位置是静止不动的，并且各类用户设备产生业务数据流量的通信需求也是近似固定不变的，从而有助于简化操作的计算复杂度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，为每类业务构建一张效益函数表；

所述效益函数表是描述效益函数f_i(n)取值情况的一张表，所述效益函数f_i(n)为第i类业务单独分配第n条信道时所获得的满意度，即效益；

步骤二，根据效益函数表进行无线信道分配；

为每类业务构建效益函数表的过程为，

A1)为每类业务构建一张图；

所述图是由点和边构成，其中每个点代表一个第i类业务设备；如果任意两个第i类业务设备之间由于干扰不能重复使用同一信道，则在相应的两点之间用一条边连接，从而构成一张第i类业务的图；

A2)确定每类业务的效益函数的取值；

第i类业务的效益函数的取值等于所有第i类业务设备的满意度的平均值；所述第i类业务设备的满意度为第i类业务设备所能达到的吞吐率与吞吐率需求之间的比值，当比值超过1时，则定义该满意度为1；

A3)根据图和效益函数的取值，构建效益函数表；

过程如下：

B1)定义i＝1；

B2)定义n＝1；

B3)为第i类业务设备分配第n条信道；

在第i类业务的图中选取满意度最低的设备，将第n条信道分配给该设备，将该设备以及与其有边相连的设备从图中删除，然后从剩余的点中再选取满意度最低的设备，重复上述操作直至图中没有点；

B4)根据信道的分配结果更新各设备的满意度，计算f_i(n)的取值；

B5)判断n是否小于c，c为电力无线专网的信道总数，如果小于c，则n＝n+1，转至步骤B3；否则转至步骤B6；

B6)判断i是否小于k，k为业务种类个数，如果小于k，则i＝i+1，转至步骤B2，否则结束。

2.根据权利要求1所述的一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，其特征在于：无线信道分配过程如下，

C1)定义n＝1；

C2)计算所有k类业务的优先权；

P_i(n)＝[f_i(n)-f_i(n-1)]/f_i(n-1)

其中P_i(n)为当分配第n条信道时第i类业务的优先权取值，f_i(0)为一正常数；

C3)将第n条信道分配给优先权最大的那类业务；

C4)判断n是否小于c，c为电力无线专网的信道总数，如果小于c，则n＝n+1，转至步骤C2；否则结束。

3.根据权利要求2所述的一种安全隔离的电力无线专网信道分配方法，其特征在于：10^-2≤f_i(0)≤10^-3。