CN106507376A - 一种智能电网的通信资源优化规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明针对智能电网的通信资源利用效能低下问题,提供一种智能电网的通信资源优化规划方法,通过采用智能电网的分层传输网络模型和进行接入资源的优化调度,实现了智能电网中通信资源在大时空域分布和高能量域条件下的利用效能提升。

Description

一种智能电网的通信资源优化规划方法
技术领域
[0001] 本发明涉及智能电网领域,特别是涉及通信网络,以及优化理论。
背景技术
[0002] 智能电网是一种用来提高电网效率、可靠性和安全性的现代电力网络基础设施, 其通过自动化控制和通信技术将可再生替代能源与现有电网整合起来,并且具有自我恢复 和应对电网异常的能力。电力公司通过智能电网,能够对设备和服务进行全面的可视化控 制。
[0003] 在智能电网中,可靠和实时的信息是保证电力从发电单元可靠地传输到终端用户 的关键因素。通过在线电力系统监控、诊断和控制,能够极大地避免设备故障、容量限制和 自然灾害导致的电力失调或中断。因此,先进的信息监控和通信技术在智能电网中显得十 分重要。随着工业界的不断推动,智能电网从单向通信的自动化抄表(Automated Meter Reading,AMR)系统向双向通信的先进测量体系(Advanced Metering Infrastructure, AMI)发展。AMI整合了传感器、智能电表、监控系统和数据管理系统,实现智能电表和电网设 施之间的信息釆集和分配。另一方面,AMI双向通信使得用户可以及时通过智能电表获取相 关的使用信息,根据实时的电价调整用电,减少用电高峰给电网带来的压力,提高资源利用 率。这就要求承载AMI的邻居区域网络(Neighbor Area Network,NAN)保证不间断通信,同 时具有较好的用户服务质量(Quality of Services,QoS)保障能力。因此,使用具有较高带 宽并且能自组织自恢复的无线Mesh网络技术来搭建邻居区域网络有很好的前景。此外,在 电网出现紧急状况的时候,系统将会收到或者转发许多供电中断信息,网络流量快速上升, 甚至会造成网络拥塞;或者在父节点出现故障的时候,子节点无法与数据中心通信,造成信 息中断。而提供QoS保障并具有高可靠性的无线Mesh网络,能够在通信链路中断时,通过本 地缓存的多网关备选路由或者路由发现进程建立到其他网关的路径,保证数据传输不中 断,同时控制传输时延在一定范围内。从长远来看,使用无线Mesh网络来实现邻居区域网 络,其高带宽特性还可以为未来的智能家居提供更好的可拓展性。
[0004] 因此为满足智能电网的用户信息高效交互,有必要建立基于智能电网的高效通信 优化机制。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:通过建立分层传输网络模型、进行网络接入资源 的优化调度和提升通信系统的Q〇E (用户体验)能力,实现智能电网中通信资源在大时空域 分布和高能量域条件下的利用效能提升。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:
[0007] A、建立建立分层传输网络模型;
[0008] B、进行网络接入资源的优化调度;
[0009] C、提升通信系统的QoE能力。
[0010] 所述步骤A中,具体为:将智能电网分为两个功能层面,具体为:自下而上第一层为 电力传输层,其实现电力设备与用户之间的电力传输;第二层为数据通信层,其实现智能电 网中各电力设备之间以及用户的信息传输,为精细化安全控制数据传输,在数据通信层上 叠加高效的路由发现控制平面。
[0011] 所述步骤A中,路由发现控制平面由接收端路由信息建立单元、发送端路由信息建 立单元、路由测量单元,认证单元以及密钥和用户信用卡信息库组成,其中路由测量单元实 现用户信任值计算和带宽测量,接收端路由信息建立单元实现建立面向目的节点的源路由 信息和进行目的路由器至目的节点的信息传输,发送端路由信息建立单元实现建立面向源 路由的源路由信息和进行源节点至源路由器的信息传输,认证单元由密钥唤醒、密钥生成 和分布、用户信用卡生成和分布组成,密钥和用户信用卡信息均来至于密钥和用户信用卡 信息库,认证单元实现匿名用户在源路由器登录和匿名信息至目的路由器的传输,以及接 收端路由信息建立单元和发送端路由信息建立单元的发送端和接收端用户信息认证,如图 1所示。
[0012] 所述步骤B中,具体为:
Figure CN106507376AD00061
[0024]其中1={1,2,...4,...}为业务请求了0的集合,了0为业务流标识,1={1,2,..., j,.. .}为集中器集合,CSj为集中器标识,4为集中器CSj的使用代价,为集中器CSj与CSi 之间带宽的使用代价,< 为集中器CSj与业务请求数据发送端之间传输带宽的使用代 价,4为集中器CSj和业务请求TDi的数据接收端之间传输带宽的使用代价,TDi与di具有相 同物理意义,Uji为集中器CSj与CSi之间的链路容量,Vj为CSj的入口端和出口端的业务需求 容量总和,伪决策变量,当业务请求TD^数据发送端与集中器CS俱有直接相连的能力, 则aij = 1,反之则aij = 0,bji为决策变量,当集中器CSj与CSi之间具有直接相连的能力,则bji =1,反之则bji = 0,eji为决策变量,当业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj具有直接相连 的能力,则eji= 1,反之则eji = 0,#为业务请求TDi的数据发送端与集中器CSj之间的传输时 延,为集中器CSj与CSi之间的传输时延,#为业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj之间 的传输时延为TDi的最大容许时延,gj为决策变量,若集中器CSj处于正常工作状态时则 gj = 1,反之则gj = 〇,Xij为决策变量,当业务请求TDi的数据发送端与集中器CSj直接相连时, 则xij = 1,反之则xij = 0,wji为决策变量,当业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj直接相连 时,则wji = 1,反之则Wji = 0 4为决策变量,若TDi使用链路(j,1)进行传输,则= 1,反之则 &=〇,hlk为决策系数,Pjl为链路(j,l)失效的概率,^为进行业务请求TDjf输时的所用路 径最小可靠概率的期望值。
[0025] 所述步骤C中,其主要由历史分析单元、实时分析单元、诊断单元和测量单元联合 实现,历史分析单元主要用于对State+Audio+Video进行归一化处理,并进行业务统计分 析,然后对经过统计分析后的数据进行进一步处理以便于进行自适应诊断;实时分析单元 主要用于对State+Audio+Video进行归一化处理,并将经过处理后的上述数据发送至诊断 单元;诊断单元主要用于对历史分析单元获得的State+Audio+Video统计分析结果和实时 分析单元获得的State+Audio+Video瞬态信息,进行自诊断,并将诊断结果发送至网络调节 控制单元用于网络形态的修正。
[0026] 所述步骤C中,测量单元主要用于对QoE能力进行分析,a.其对数据源进行编码,然 后对编码后的数据所需的通信网络的状态进行分析,并通过网络服务资源与存储资源进行 进一步处理,最后到达用户;b.-方面用户对到达的数据信息进行主观体验,并获得回馈信 息ACK,将ACK发送至网络统计特征描述单元和服务资源与存储资源统计分布信息获取单 元,另一方面对到达的数据信息的视频特性进行分析和对到达的数据信息的音频特性进行 分析;c.网络状态分析单元将网络状态信息发送至网络统计特征描述单元;d.服务资源与 存储资源将其相关状态信息发送至服务资源与存储资源统计分布信息获取单元;e.测量单 元将获得的网络状态信息State和到达数据的音频特性信息Audio、视频特性信息Video- 同发送至历史分析单元和实时分析单元,如图2所示。
附图说明
[0027] 图1路由发现控制平面功能示意图 [0028]图2通信系统的QoE能力提升实现示意图 [0029] 具体实施步骤
[0030] 第一步,建立建立分层传输网络模型,具体为:将智能电网分为两个功能层面,具 体为:自下而上第一层为电力传输层,其实现电力设备与用户之间的电力传输;第二层为数 据通信层,其实现智能电网中各电力设备之间以及用户的信息传输,为精细化安全控制数 据传输,在数据通信层上叠加高效的路由发现控制平面。
[0031] 第二步,路由发现控制平面由接收端路由信息建立单元、发送端路由信息建立单 元、路由测量单元,认证单元以及密钥和用户信用卡信息库组成,其中路由测量单元实现用 户信任值计算和带宽测量,接收端路由信息建立单元实现建立面向目的节点的源路由信息 和进行目的路由器至目的节点的信息传输,发送端路由信息建立单元实现建立面向源路由 的源路由信息和进行源节点至源路由器的信息传输,认证单元由密钥唤醒、密钥生成和分 布、用户信用卡生成和分布组成,密钥和用户信用卡信息均来至于密钥和用户信用卡信息 库,认证单元实现匿名用户在源路由器登录和匿名信息至目的路由器的传输,以及接收端 路由信息建立单元和发送端路由信息建立单元的发送端和接收端用户信息认证。
[0032] 第三步,进行网络接入资源的优化调度,具体为:具体为:
Figure CN106507376AD00081
[0044] 其中1={1,2,...4,...}为业务请求了0的集合,了0为业务流标识,1={1,2,..., j,. . .}为集中器集合,CSj为集中器标识,< 为集中器CSj的使用代价,cjl为集中器CSj与CSi 之间带宽的使用代价,<为集中器CSj与业务请求数据发送端之间传输带宽的使用代 价,<为集中器CSj和业务请求TDi的数据接收端之间传输带宽的使用代价,TDi与di具有相 同物理意义,Uji为集中器CSj与CSi之间的链路容量, Vj为CSj的入口端和出口端的业务需求 容量总和,伪决策变量,当业务请求TD^数据发送端与集中器CS俱有直接相连的能力, 则aij = 1,反之则aij = 0,bji为决策变量,当集中器CSj与CSi之间具有直接相连的能力,则bji =1,反之则bji = 0,eji为决策变量,当业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj具有直接相连 的能力,则eji = 1,反之则eji = 0,<为业务请求TDi的数据发送端与集中器CSj之间的传输时 延,4为集中器CSj与CSi之间的传输时延,^为业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj之间 的传输时延为TDi的最大容许时延, gj为决策变量,若集中器CSj处于正常工作状态时则 gj = 1,反之则gj = 〇,Xij为决策变量,当业务请求TDi的数据发送端与集中器CSj直接相连时, 则xij = 1,反之则xij = 0,wji为决策变量,当业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj直接相连 时,贝1Jwji = l,反之则WjiU》为决策变量,若TDi使用链路(j,l)进行传输,则$ =_1反之则 G=〇,hlk为决策系数,Pjl为链路(j,l)失效的概率,^为进行业务请求TDHf输时的所用路 径最小可靠概率的期望值。
[0045] 第四步,提升通信系统的QoE能力,具体为:其主要由历史分析单元、实时分析单 元、诊断单元和测量单元联合实现,历史分析单元主要用于对State+Audio+Video进行归一 化处理,并进行业务统计分析,然后对经过统计分析后的数据进行进一步处理以便于进行 自适应诊断;实时分析单元主要用于对State+Audio+Video进行归一化处理,并将经过处理 后的上述数据发送至诊断单元;诊断单元主要用于对历史分析单元获得的State+Audio+ Video统计分析结果和实时分析单元获得的State+Audio+Video瞬态信息,进行自诊断,并 将诊断结果发送至网络调节控制单元用于网络形态的修正。
[0046] 第五步,测量单元主要用于对QoE能力进行分析,a.其对数据源进行编码,然后对 编码后的数据所需的通信网络的状态进行分析,并通过网络服务资源与存储资源进行进一 步处理,最后到达用户;b. -方面用户对到达的数据信息进行主观体验,并获得回馈信息 ACK,将ACK发送至网络统计特征描述单元和服务资源与存储资源统计分布信息获取单元, 另一方面对到达的数据信息的视频特性进行分析和对到达的数据信息的音频特性进行分 析;c.网络状态分析单元将网络状态信息发送至网络统计特征描述单元;d.服务资源与存 储资源将其相关状态信息发送至服务资源与存储资源统计分布信息获取单元;e.测量单元 将获得的网络状态信息State和到达数据的音频特性信息Audio、视频特性信息Video-同 发送至历史分析单元和实时分析单元。
[0047] 本发明提出了一种智能电网的通信资源优化规划方法,通过建立分层传输网络模 型、进行网络接入资源的优化调度和提升通信系统的QoE能力,实现智能电网中通信资源在 大时空域分布和高能量域条件下的利用效能提升。

Claims (6)

1. 一种智能电网的通信资源优化规划方法,通过建立分层传输网络模型、进行网络接 入资源的优化调度和提升通信系统的Q〇E能力,实现智能电网中通信资源在大时空域分布 和高能量域条件下的利用效能提升,包括如下步骤: A、 建立分层传输网络模型; B、 进行网络接入资源的优化调度; C、 提升通信系统的QoE能力。
2. 根据权利要求1的方法,对于所述步骤A其特征在于:将智能电网分为两个功能层面, 具体为:自下而上第一层为电力传输层,其实现电力设备与用户之间的电力传输;第二层为 数据通信层,其实现智能电网中各电力设备之间以及用户的信息传输,为精细化安全控制 数据传输,在数据通信层上叠加高效的路由发现控制平面。
3. 根据权利要求1的方法,对于所述步骤A其特征在于:路由发现控制平面由接收端路 由信息建立单元、发送端路由信息建立单元、路由测量单元,认证单元以及密钥和用户信用 卡信息库组成,其中路由测量单元实现用户信任值计算和带宽测量,接收端路由信息建立 单元实现建立面向目的节点的源路由信息和进行目的路由器至目的节点的信息传输,发送 端路由信息建立单元实现建立面向源路由的源路由信息和进行源节点至源路由器的信息 传输,认证单元由密钥唤醒、密钥生成和分布、用户信用卡生成和分布组成,密钥和用户信 用卡信息均来至于密钥和用户信用卡信息库,认证单元实现匿名用户在源路由器登录和匿 名信息至目的路由器的传输,以及接收端路由信息建立单元和发送端路由信息建立单元的 发送端和接收端用户信息认证。
4. 根据权利要求1的方法,对于所述步骤B其特征在于:具体为:
Figure CN106507376AC00021
Figure CN106507376AC00031
其中1= {1,2, . . .,i,. . .}为业务请求TD的集合,TD为业务流标识,J= {1,2,..., j,. . .}为集中器集合,CSj为集中器标识,< 为集中器CSj的使用代价,<为集中器CSj与CSi 之间带宽的使用代价,< 为集中器〇&与业务请求数据发送端之间传输带宽的使用代 价,#为集中器CSj和业务请求TDi的数据接收端之间传输带宽的使用代价,TDi与di具有相 同物理意义,Uji为集中器CSj与CSi之间的链路容量, Vj为CSj的入口端和出口端的业务需求 容量总和,伪决策变量,当业务请求TD^数据发送端与集中器CS俱有直接相连的能力, 则aij = 1,反之则aij = 0,bji为决策变量,当集中器CSj与CSi之间具有直接相连的能力,则bji =1,反之则bji = 0,eji为决策变量,当业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj具有直接相连 的能力,则eji= 1,反之则eji = 0,<为业务请求TDi的数据发送端与集中器CSj之间的传输时 延,为集中器CSj与CSi之间的传输时延,#为业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj之间 的传输时延,gf为TDi的最大容许时延,gj为决策变量,若集中器CSj处于正常工作状态时则 gj = 1,反之则gj = 〇,Xij为决策变量,当业务请求TDi的数据发送端与集中器CSj直接相连时, 则xij = 1,反之则xij = 0,wji为决策变量,当业务请求TDi的数据接收端与集中器CSj直接相连 时,贝1Jwji = 1,反之则wji = 0,〇为决策变量,若TDi使用链路(j,1)进行传输,则= 1,反之则 为决策系数,Pjl为链路(j,l)失效的概率,^为进行业务请求101传输时的所用路 径最小可靠概率的期望值。
5. 根据权利要求1的方法,对于所述步骤C其特征在于:其主要由历史分析单元、实时分 析单元、诊断单元和测量单元联合实现,历史分析单元主要用于对State+Audio+Video进行 归一化处理,并进行业务统计分析,然后对经过统计分析后的数据进行进一步处理以便于 进行自适应诊断;实时分析单元主要用于对State+Audio+Video进行归一化处理,并将经过 处理后的上述数据发送至诊断单元;诊断单元主要用于对历史分析单元获得的State- Audio+Video统计分析结果和实时分析单元获得的State+Audio+Video瞬态信息,进行自诊 断,并将诊断结果发送至网络调节控制单元用于网络形态的修正。
6. 根据权利要求1的方法,对于所述步骤C其特征在于:测量单元主要用于对QoE能力进 行分析,a.其对数据源进行编码,然后对编码后的数据所需的通信网络的状态进行分析,并 通过网络服务资源与存储资源进行进一步处理,最后到达用户;b. -方面用户对到达的数 据信息进行主观体验,并获得回馈信息ACK,将ACK发送至网络统计特征描述单元和服务资 源与存储资源统计分布信息获取单元,另一方面对到达的数据信息的视频特性进行分析和 对到达的数据信息的音频特性进行分析;c.网络状态分析单元将网络状态信息发送至网络 统计特征描述单元;d.服务资源与存储资源将其相关状态信息发送至服务资源与存储资源 统计分布信息获取单元;e.测量单元将获得的网络状态信息State和到达数据的音频特性 信息Audio、视频特性信息Video-同发送至历史分析单元和实时分析单元。
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