CN107846308A - 一种规划电力通信网onu的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种规划电力通信网ONU的方法及装置。方法包括：以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到终端网络中的传感器节点的分组数；在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。本发明通过将传感器设备分为若干组，每组配置一个ONU节点作为汇聚节点，汇聚本组内传感器节点的数据信息，实现了每组内的传感器共享网络的带宽资源，降低传感器数据传输时发生冲突的概率，能够提高电力光纤到终端网络的服务质量，通过设置分组内ONU节点的位置。
Description
技术领域
本发明涉及电网和通信技术领域，具体涉及一种规划电力通信网ONU的方法及装置。
背景技术
随着新能源的发展应用，出现了大量的分布式能源，如分布式光伏电站以及分布式风机。为了支持这些分布式能源接入电网，承载电力调度业务的电力通信网需要向分布式电站延伸，电力通信网需进行较大规模的扩张。
目前采用电力光纤到终端，将光纤随低压线路敷设，实现到表到户到风机，配合EPON(Ethernet passive optical network)等无源光网络技术，具体是将终端侧的传感器设备分为若干组，每组配置一个ONU设备作为汇聚节点，汇聚本组内传感器节点的数据信息，实现用电信息采集、智能用电双向交互等电力业务。
但是现有技术中，ONU设备的数目和位置没有得到很好的规划，ONU设备数目过多造成冗余，过少影响网络服务质量；ONU设备规划的位置也不合理，导致ONU设备与组内特定传感器设备的距离较远，降低了ONU设备与传感器设备之间数据传输的可靠性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种规划电力通信网ONU(Optical NetworkUnit)的方法及装置，通过对ONU节点的数目和位置进行规划，实现提高无线传感器网络的服务质量和ONU设备与传感器设备之间数据传输的可靠性，以及降低无线传感器网络中ONU节点通信能耗。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种规划电力通信网ONU的方法，包括：
以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到终端网络中的传感器节点的分组数；
在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。
进一步的，所述评价服务质量的参数包括：数据包的时延、数据包的差错率和数据包的丢包率。
进一步的，根据所述评价服务质量的参数，采用以下步骤确定传感器节点的分组数：
计算传感器节点发送数据包时的时延，根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值；
计算传输信道中数据包的差错率和丢包率，根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值；
所述第一最小值与所述第二最小值中最大值为传感器节点的分组数。
进一步的，计算传感器节点发送数据包时的时延根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值的步骤，包括：
计算传感器节点发送数据包时的时延T的最大值Tmax，采用下式计算：
根据传感器节点发送数据包时的时延T的最大值Tmax小于等于传输网络所容忍的最大时延T*，则传感器节点分组数的第一最小值N1为：
其中，为数据包的平均服务时间，ρ为传感器节点的队列中至少有一个数据包可以发送的概率，为服务时间的均方值，λmax为传感器节点所能容忍的最大的数据包到达传感器节点发送队列的速率，p为传感器节点发送数据包的概率，Ts为数据包完成一次传输的时隙间隔，M为N个分组中传感器节点的总个数。
进一步的，计算传感器节点发送数据包时的差错率和丢包率根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值N2，包括：
采用下式传感器节点分组数的第二最小值N2：
其中，Q-1为标准正态分布的右尾函数的反函数，Pe *为传输网络所容忍的最大差错率，L为数据包的长度，φ为发射功率，σ2为噪声功率，α为路径损耗指数，O*为传输网络所容忍的最大丢包率，ζ为Zeta函数。
进一步的，所述在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点的步骤，包括：
建立设置ONU节点位置的规划模型；
采用禁忌搜索算法对所述规划模型中的初始解进行迭代，获取满足终止所述禁忌搜索算法的初始解；其中，终止禁忌搜索算法的初始解中包括：ONU节点在分组中的位置的数据。
进一步的，所述规划模型的数学表达式为：
其中，F为规划模型，E为N个分组内ONU节点的总能耗，M为N个分组中传感器节点的总个数；cn,m表示ONU节点n是否为传感器节点m的汇聚节点，cn,m＝1表示传感器节点m在ONU节点n的汇聚范围内，cn,m＝0传感器节点m在ONU节点n的汇聚范围之外，dn,m为传感器节点坐标(xm，ym)与ONU节点坐标(Xn，Yn)之间的通信距离，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M；ψ为每个分组内传感器节点的数目波动幅度，且0＜ψ＜1。
进一步的，采用禁忌搜索算法对所述规划模型中的初始解进行迭代满足终止所述禁忌搜索算法的解为所述ONU节点在分组中的位置，包括：
采用禁忌搜索算法对规划模型F中的总能耗E进行迭代，以获取总能耗E的最小值，所述总能耗E的最小值所对应的通信距离dn,m，即为ONU节点在分组中的位置。
另一方面，本发明还提供了一种规划电力通信网ONU的装置，包括：
分组单元，用于以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到终端网络中的传感器节点的分组数；
设置单元，用于在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。
进一步的，所述分组单元，包括：
第一计算模块，用于计算传感器节点发送数据包时的时延，根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值；
第二计算模块，用于计算传输信道中数据包的差错率和丢包率，根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值；
判断模块，用于判断所述第一最小值与所述第二最小值中最大值为传感器节点的分组数。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种规划电力通信网ONU的方法及装置，通过将传感器节点分为若干组，每组配置一个ONU节点作为汇聚节点，合理规划了ONU节点的数目，提高网络服务质量并克服ONU设备的冗余；优化规划了ONU节点的位置，提高ONU设备与传感器设备之间数据传输的可靠性，降低了ONU节点的设备的通信能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中步骤S101的一种具体实施方式的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中步骤S102的一种具体实施方式的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中禁忌搜索算法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中ONU节点数量、T*和传感器节点数量的曲线图；
图6是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中ONU节点数量、Pe *和O*的曲线图；
图7是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中ONU节点的规划位置示意图；
图8是本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法中规划位置前后的网络能耗图；
图9是本发明提供的一种规划电力通信网ONU的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法，参见图1，该方法具体包括如下步骤：
S101：以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到终端网络中的传感器节点的分组数；
S102：在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。
在具体实施时，在电力光纤到终端网络中，将所有用户家中的传感器设备划分为若干分组，一个传感器设备对应一个传感器的节点；并且在每一个分组内设置一个ONU节点作为分组内传感器节点的汇聚节点，传感器节点轮流将数据包发送至ONU节点。ONU节点的数目过多造成冗余以及过少影响网络通信质量，因此根据评价服务质量的参数对传感器节点的分组数进行限定，提高传感器节点进行数据传输的可靠性，还能够提高电力光纤到终端网络的服务质量，其中评价服务质量的参数包括：数据包的时延、数据包的差错率和数据包的丢包率。
通过上述描述可知，本发明实施例提供的一种规划电力通信网ONU的方法，通过将传感器设备分为若干组，每组配置一个ONU节点作为汇聚节点，汇聚本组内传感器节点的数据信息，实现了每组内的传感器共享网络的带宽资源，降低传感器数据传输时发生冲突的概率，提高传感器节点进行数据传输的可靠性，还能够提高电力光纤到终端网络的服务质量。
在一种可选实施方式中，提供了上述步骤S101的一种具体实施方式。参见图2，上述步骤S101具体包括如下步骤：
S1011：计算传感器节点发送数据包时的时延，根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值；
在本步骤中，传感器节点产生数据包的概率服从泊松过程分布，数据包到达传感器节点的发送队列的速率用λ表示，数据包到达发送队列后，传感器节点以数据包先进先出的方式将其发送出去，处于发送队列头的数据包最先被传送，如果数据包传输成功，则将该数据包从发送队列中删除，否则重传直到被目的节点成功接收。因此，数据包的服务时间，是从数据包到达发送队列头的时刻开始，到其从队列中删除为止，用S表示；而数据包的时延则是从数据包到达发送队列尾的时刻开始，到其从发送队列中删除为止，用T表示。数据包服务时间的倒数为数据包服务速率，用μ表示；而且每个传感器节点的待传输队列视为一个M/G/1排队系统，通过排队理论计算数据包的时延。
将一定区域内M个传感器节点划分为N个组，每组通过一个ONU节点汇聚该组内传感器节点的数据信息。每组内传感器节点的数目为H，组内传感器节点以时分复用的方式访问信道，避免传感器节点争夺带宽资源，实现降低数据传输过程中发生冲突的可能性。
每组内传感器节点发送数据包的概率均等，发送概率为传感器节点发送了一个数据包，数据包传输过程中无信道差错，且同组其余传感器节点在相同时间间隔内不发送数据，则该数据包要被ONU节点成功接收。
因此，数据包成功发送概率Ps可表示如下：
Ps＝p(1-Pe)(1-ρp)H-1
其中，Pe为数据包差错概率，为传感器节点发送队列中至少有一个数据包可以发送的概率。
设传感器节点一次传输成功之前尝试传输的次数服从几何分布，传输的次数用K表示，其概率密度函数可表示如下：
PK(k)＝Ps(1-Ps)k-1
传感器节点的一个数据包总的服务时间取决于尝试传输次数K和单次传输时间，一个数据包在一个时隙间隔Ts内完成一次传输，则数据包的平均服务时间计算方式如下：
其中，k＝1,2,3…K。
数据包到达速率不能超过传感器所能最大容忍值λmax，则能够实现提高传感器节点的性能。最大容忍值λmax可由如下公式确定：
根据M/G/1排队系统，则传感器节点的数据包传输的时延计算公式如下：
其中，为数据包的平均服务时间，ρ为传感器节点的队列中至少有一个数据包可以发送的概率，为服务时间的均方值，且λmax为传感器节点所能容忍的最大的数据包到达传感器节点发送队列的速率，p为传感器节点发送数据包的概率，Ts为数据包完成一次传输的时隙间隔，M为N个分组中传感器节点的总个数。
根据传感器节点发送数据包时的时延T的最大值Tmax小于等于传输网络所容忍的最大时延T*。
传感器节点发送数据包时的时延T的最大值Tmax，采用下式计算：
则传感器节点分组数的第一最小值N1为：
由上述描述可知，数据包的时延最大值未超过传输网络的最大容忍限度T*，则提高了传输网络的服务质量。
S1012：计算传输信道中数据包的差错率和丢包率，根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值；
在本步骤中，数据包的长度为L，在传输信道中，其信道误码率为Pb，则数据包的差错率为：Pe＝1-(1-Pb)L。数据包采用BPSK编码的编码方式，则信道误码率其中，Q为标准正态分布的右尾函数，r为信噪比。数据包在信号传输中，其差错率小于等于通信系统可容忍的最大差错率Pe *为通信系统，即Pe≤Pe *，可推导出：
其中，r*为Pe *要求下的最小信噪比，Q-1为Q函数的反函数。
信噪比r是指通信系统中信号功率与噪声和干扰功率的比值，其计算公式如下：
其中，信号功率为φd-α，φ为发射功率，d为收发节点间的距离，α为路径损耗指数，I为干扰功率。干扰功率I的计算方式如下：
其中，ξ(.)为Zeta函数，定义式为
综上：
数据包的丢包率其实是系统容量的另一种表达方式，当系统容量不能满足要求时，就会产生丢包事件，其概率分布取决于系统的平均信噪比及其信道衰落分布模型。定义O*为系统可容忍的最大丢包率，综合考虑差错概率和丢包率的要求，得出传感器节点分组数的第二最小值N2：
其中，Q-1为标准正态分布的右尾函数的反函数，Pe *为传输网络所容忍的最大差错率，L为数据包的长度，φ为发射功率，σ2为噪声功率，α为路径损耗指数，O*为传输网络所容忍的最大丢包率，ζ为Zeta函数。
S1013：所述第一最小值与所述第二最小值中最大值为传感器节点的分组数。
在本步骤中，根据步骤S1011中计算的传感器节点分组数的第一最小值N1和步骤S1012计算的传感器节点分组数的第二最小值N2，选取N1与N2中最大值为传感器节点的分组数。即可得到满足评价服务质量的参数的最小传感器节点分组数，即ONU节点个数。
从上述描述可知，每个分组内的传感器节点以时分复用的方式访问信道，避免传感器节点争夺带宽资源，实现降低数据传输过程中发生冲突的可能性。而且信号中的数据包的时延最大值未超过传输网络的最大容忍限度，提高了传输网络的服务质量。
在一种可选实施方式中，提供了上述步骤S102的一种具体实施方式。参见图3，上述步骤S102具体包括如下步骤：
S1021：建立设置ONU节点位置的规划模型；
在本步骤中，将ONU节点设置在分组内的不同位置，ONU节点与多个传感器节点的通信距离不同，通信距离越远则ONU节点接收传输的数据包的可靠性越低。为了不降低ONU节点的可靠性则相应的需要提高ONU节点的功率，消耗更多的能耗。ONU节点不具有检测感知分组内传感器节点的功能，它分组内传感器节点分别通信，因此通过规划ONU节点在分组内的位置，可以提高ONU节点接收数据包的可靠性以及降低ONU节点的通信能耗，实现节能的有益效果。
根据上述实施例，可以确定传感器节点的分组数，该分组数即为ONU节点的个数。区域内共有M个传感器节点，将M个传感器节点划分为N个分组，每个分组内的传感器节点数目为H，则传感器节点与ONU节点之间的汇聚关系通过如下矩阵进行表示：
其中，cn,m∈{0,1},1≤n≤N,1≤m≤M。
汇聚关系矩阵C中，cn,m表示ONU节点n是否为传感器节点m的汇聚节点，cn,m＝1表示传感器节点m在ONU节点n的汇聚范围内，cn,m＝0传感器节点m在ONU节点n的汇聚范围之外。矩阵C中每一行元素的和为每个ONU节点分组包含的传感器节点数目H，并且每个传感器节点只能被一个ONU节点覆盖，因此每一列中只能有一个元素为1，即初始化矩阵C＝0。
设传感器节点坐标为(xm,ym)，m＝1,2,...M，ONU节点坐标为(Xn,Yn)，n＝1,2,...N，二者之间的通信距离n＝1,2,...N，m＝1,2,...M，因此可以将传感器节点与ONU节点的距离关系矩阵表示如下：
其中，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M。
根据传感器节点m的汇聚节点为离其最近的ONU节点，在D矩阵每列中分别比较得出最小的元素，将其相应的C矩阵元素设为1。将系统所有ONU节点的设备的能耗用E表示，单个ONU节点的设备能耗计算方式如下：
n＝1,2,...N，m＝1,2,...M，
其中，u为ONU节点通信参数，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M。
则N个ONU节点的设备的能耗可表示如下：
n＝1,2,...N，m＝1,2,...M
由此得出ONU节点位置规划模型如下：
其中，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M。
根据负载均衡的需要，每个分组内传感器节点的数目H应大致均等，则每个分组内传感器节点的数目波动幅度ψ，且0＜ψ＜1。
由此可以得出上述ONU节点位置规划模型F的限定条件，如下所示：
其中，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M。
S1022：采用禁忌搜索算法对所述规划模型中的初始解进行迭代，获取满足终止所述禁忌搜索算法的初始解；其中，终止禁忌搜索算法的初始解中包括：ONU节点在分组中的位置的数据。
在本步骤中，禁忌搜索算法是启发式算法的一种，是局部搜索算法的扩展。禁忌搜索算法通过引入禁忌表和相应的禁忌准则来避免迂回搜索，并通过藐视准则来赦免一些被禁忌的优良状态，进而保证多样化的有效探索以最终实现全局优化。具体实施时，采用禁忌搜索算法对规划模型F中的总能耗E进行迭代，以获取总能耗E的最小值，所述总能耗E的最小值所对应的通信距离dn,m，即为ONU节点在分组中的位置。
从上述描述可知，本实施例可以提高ONU节点接收数据包的可靠性以及降低ONU节点的通信能耗，实现节能的有益效果。并且通过赦免一些被禁忌的优良状态，进而保证多样化的有效探索以最终实现全局优化，提高优化的效率。
近一步的对本发明的禁忌搜索算法进行详细说明，具体内容如下：
所述禁忌搜索算法包括：
1)候选集合：要规划的区域是A*A的二维空间，将其视为一个A*A的网格，且传感器和ONU节点只能取在网格的顶点。一个优化问题常用三个参数(S,f,F)，其中S表示定义域，f表示可行解区域，F表示目标函数。该问题模型的定义域S＝{(Xn,Yn)|0≤Xn,Yn≤A}，定义域中除去不满足限制条件要求的解，得到可行解区域。若定义域S上存在一个邻域映射U:f1∈S→U(f1)∈2S，2S表示S的所有子集组成的集合，U(f1)为f1的邻域，f1'∈U(f1)称为f1的一个邻居。侯选集合由邻域中的邻居组成，常规的方法是从邻域中选择若干个目标值或评价值最佳的邻居入选。
2)禁忌对象和禁忌长度：禁忌算法中，由于我们要避免一些操作的重复进行，就要将一些元素放到禁忌表中以禁止对这些元素进行操作，这些元素就是禁忌对象。禁忌长度是被禁对象不允许选取的迭代次数。一般是给被禁对象x一个数(禁忌长度)t，要求对象x在t步迭代内被禁，在禁忌表中采用tabu(x)＝t记忆，每迭代一步，该项指标做运算tabu(x)＝t-1，直到tabu(x)＝0时解禁。于是可将所有元素分成两类，被禁元素和自由元素。禁忌长度t的选取可以有多种方法，选取其中|U(f1)|为邻域中邻居的个数。
3)评价函数：评价函数是侯选集合元素选取的一个评价公式，侯选集合的元素通过评价函数值来选取。通常将目标函数作为评价函数。
4)特赦规则：在禁忌搜索算法的迭代过程中，会出现侯选集中的全部对象都被禁忌，或有一对象被禁，但若解禁则其目标值将有非常大的下降情况。在这样的情况下，为了达到全局最优，就使一些禁忌对象重新可选。这种方法称为特赦，相应的规则称为特赦规则。具体操作是：若某个候选禁忌解的适配值优于“best so far”状态，则无视其禁忌属性，解禁此候选解为当前状态和新的“best so far”状态。该准则可理解为算法搜索到了一个更好的解。
5)终止准则：禁忌搜索需要一个终止准则来结束算法的搜索进程。本文采用的终止准则是设定某个对象的最大禁忌频率，即若某个状态、适配值或对换等对象的禁忌频率超过某一阈值则终止算法。
参见图4，基于禁忌搜索算法的ONU位置规划方法(TOPPM)的实现步骤如下：
第一步：在ONU节点位置规划模型的可行解空间中随机选定一个初始解，作为当前解和初始最优解，并初始化禁忌表；
第二步：若当前解满足终止准则，则终止禁忌搜索算法，否则产生当前解的临近解存入候选集；
第三步：从候选集中选取一个候选解，判断候选解是否满足特赦规则，若满足，计算评价函数值并更新最优解，否则，重新选择一个候选解；
第四步：选取步骤三中的最优解作为当前解，同时将其放在禁忌表第一个位置。
第五步：重复步骤二～四，直到满足终止条件。
下面结合实施例来对本发明更进一步的说明：
在某电力光纤到终端试点小区进行仿真，此仿真部分参数及其取值如下：数据包的长度L＝200bytes，时隙间隔Ts＝0.001s，噪声功率σ2＝4*10-15W。通过仿真得到：时延、差错率、丢包率和ONU节点数量的关系。根据相关服务质量指标(以下称为QoS)，得到ONU节点的最优规划方案；比较规划前后，系统能耗与传感器数量的关系。
首先，在网络可容忍最大差错率和丢包率一定时，考虑时延和传感器数量对ONU节点的数量的影响。此次仿真中，可容忍的最大差错率Pe *＝0.005，可容忍的最大丢包率O*＝0.01。仿真结果参见图5所示，可以看出，随着传感器数量增加，网络所需的ONU节点的数量大致成比例增加，同时，网络中传感器数量相同时，时延要求越高，所需的ONU节点的数量越多。
在网络中传感器数量和可容忍最大时延一定时，考虑丢包率和差错率对ONU节点的数量的影响。此次仿真中，传感器节点的总个数M＝450，可容忍的最大时延T*＝0.5s。仿真结果参见图6所示，可以看出，Pe *和O*越小，所需要的ONU节点的数量越多，这是因为严格的QoS限制要求每个分组内传感器数量尽可能少，相应QoS性能才能得到提升。同时仿真设置了两个分组波动幅度ψ＝0.2和ψ＝0.5，分组波动幅度越大，分组均衡度越差，满足同样QoS指标所需的ONU节点的数量就越多。
参见图7，给定范围为A*A的二维空间，A＝1000，网络中传感器数量M＝100，三个QoS指标分别为：可容忍的最大时延T*＝0.5s，可容忍的最大差错率Pe *＝0.005，可容忍的最大丢包率O*＝0.01，每个分组内传感器数量波动幅度ψ＝0.08，通过仿真得到ONU节点的规划方案如下，参见表1：
表1相关参数和规划方案表
通过禁忌搜索算法对ONU节点位置进行规划前后，网络能耗与传感器数量的关系参见图8所示。可以发现，分组规划后网络能耗有了明显的下降，并且随着传感器数量的增加，能耗依然保持在较低的范围，说明该算法对降低网络能耗起了实际作用。
本发明实施例提供了一种规划电力通信网ONU的装置，参见图9，该装置具体包括：
分组单元10，用于以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到终端网络中的传感器节点的分组数；
设置单元20，用于在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。
进一步的，所述分组单元10，包括：
第一计算模块101，用于计算传感器节点发送数据包时的时延，根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值；
第二计算模块102，用于计算传输信道中数据包的差错率和丢包率，根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值；
判断模块103，用于判断所述第一最小值与所述第二最小值中最大值为传感器节点的分组数。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种规划电力通信网ONU的装置，通过将传感器设备分为若干组，每组配置一个ONU节点作为汇聚节点，汇聚本组内传感器节点的数据信息，实现了每组内的传感器共享网络的带宽资源，降低传感器数据传输时发生冲突的概率，提高传感器节点进行数据传输的可靠性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种规划电力通信网ONU的方法，其特征在于，所述方法包括：
以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到户网络中的传感器节点的分组数；
在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评价服务质量的参数包括：数据包的时延、数据包的差错率和数据包的丢包率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述评价服务质量的参数，采用以下步骤确定传感器节点的分组数：
计算传感器节点发送数据包时的时延，根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值；
计算传输信道中数据包的差错率和丢包率，根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值；
所述第一最小值与所述第二最小值中最大值为传感器节点的分组数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算传感器节点发送数据包时的时延根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值的步骤，包括：
计算传感器节点发送数据包时的时延T的最大值Tmax，采用下式计算：
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根据传感器节点发送数据包时的时延T的最大值Tmax小于等于传输网络所容忍的最大时延T*，则传感器节点分组数的第一最小值N1为：
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其中，为数据包的平均服务时间，ρ为传感器节点的队列中至少有一个数据包可以发送的概率，为服务时间的均方值，λmax为传感器节点所能容忍的最大的数据包到达传感器节点发送队列的速率，p为传感器节点发送数据包的概率，Ts为数据包完成一次传输的时隙间隔，M为N个分组中传感器节点的总个数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算传感器节点发送数据包时的差错率和丢包率根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值N2，包括：
采用下式传感器节点分组数的第二最小值N2：
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其中，Q-1为标准正态分布的右尾函数的反函数，Pe *为传输网络所容忍的最大差错率，L为数据包的长度，φ为发射功率，σ2为噪声功率，α为路径损耗指数，O*为传输网络所容忍的最大丢包率，ζ为Zeta函数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点的步骤，包括：
建立设置ONU节点位置的规划模型；
采用禁忌搜索算法对所述规划模型中的初始解进行迭代，获取满足终止所述禁忌搜索算法的初始解；其中，终止禁忌搜索算法的初始解中包括：ONU节点在分组中的位置的数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述规划模型的数学表达式为：
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其中，F为规划模型，E为N个分组内ONU节点的总能耗，M为N个分组中传感器节点的总个数；cn,m表示ONU节点n是否为传感器节点m的汇聚节点，cn,m＝1表示传感器节点m在ONU节点n的汇聚范围内，cn,m＝0传感器节点m在ONU节点n的汇聚范围之外，dn,m为传感器节点坐标(xm，ym)与ONU节点坐标(Xn，Yn)之间的通信距离，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M；ψ为每个分组内传感器节点的数目波动幅度，且0＜ψ＜1。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用禁忌搜索算法对所述规划模型中的初始解进行迭代满足终止所述禁忌搜索算法的解为所述ONU节点在分组中的位置，包括：
采用禁忌搜索算法对规划模型F中的总能耗E进行迭代，以获取总能耗E的最小值，所述总能耗E的最小值所对应的通信距离dn,m，即为ONU节点在分组中的位置。
9.一种规划电力通信网ONU的装置，其特征在于，所述装置包括：
分组单元，用于以评价服务质量的参数为限制条件确定电力光纤到户网络中的传感器节点的分组数；
设置单元，用于在每一个分组中设置接收所述传感器节点发送的数据包的ONU节点；所述ONU节点将接收该分组内所述传感器节点发送的数据包通过光纤电线复合缆传输至光网络局端设备。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述分组单元，包括：
第一计算模块，用于计算传感器节点发送数据包时的时延，根据所述时延确定传感器节点分组数的第一最小值；
第二计算模块，用于计算传输信道中数据包的差错率和丢包率，根据所述差错率和所述丢包率确定传感器节点分组数的第二最小值；
判断模块，用于判断所述第一最小值与所述第二最小值中最大值为传感器节点的分组数。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110376971A (zh) * | 2018-04-12 | 2019-10-25 | 罗尼尔(天津)智能电力科技发展有限公司 | 一种能效管理系统 |
| CN113407336A (zh) * | 2021-05-15 | 2021-09-17 | 内蒙古工业大学 | 基于禁忌搜索优化算法的全比较数据分发方法 |
| CN117596297A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-23 | 中国海洋大学 | 一种复杂虚拟仪器软件聚合方法 |
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2017
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