CN110708752A - 一种基于电力lte无线专网的变电站上行链路传输方法 - Google Patents

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汪勋婷
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何开元
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赵恒阳
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Abstract

本发明公开了一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，使传输过程达到最大化的能量效率和合理的资源分配，其步骤包括：1、变电站设备中的传感器采样出所需监控的数据；2、将采样的数据按变电站设备、传感器种类和采样次数进行编码；3、根据无线系统的总资源数量为采样的数据分配最优的调制编码方式和资源块，从而更有效地将采样的数据传输给电力专用网络。本发明能很好地提高上行传输过程的能量效率、资源利用率，在采样的数据量过多的情况下降低丢包率。

Description

一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法
技术领域
本发明涉及LTE上行通信数据传输领域，具体的说是一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，使传输过程达到最大化的能量效率和合理的资源分配。
背景技术
国网浙江省电力公司的张磊等人发明了一种变电站及其监控系统及其监控方法(公开号：CN104967216A),其监控系统包括：调度主站以及厂站；厂站包括：多个智能电子设备；与智能电子设备一一对应连接的重启控制器模块；与各个重启控制器模块均连接的中央控制器；监控方法包括：调度主站用于在多个智能电子设备中具有发生死机问题的智能电子设备时，向中央控制器发送第一报文信号；中央控制器接收到第一报文信号时，根据第一报文信号向与发生死机问题的智能电子设备对应连接的重启控制器模块发送重启指令；接收到重启指令的重启控制器模块根据重启指令控制对应连接的智能电子设备进行重启。此方法可以实现死机的智能电子设备的自动重启，提高了工作效率。但是此种方法没有考虑在上行传输网络中的资源分配问题，数据量过大时传输速率可能出现影响。
中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司的常东旭等人发明了一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统(公开号：CN208351269U),其方法包括：实时仿真装置、数据分发装置、数据终端装置以及现场稳控装置；实时仿真装置的仿真结果输出端与数据分发装置的仿真信号输入端连接，数据分发装置的仿真信号输出端通过数据终端装置与现场稳控装置的仿真信号接收端连接；现场稳控装置的出口信号发送端通过数据终端装置与数据分发装置的出口信号输入端连接，数据分发装置的出口信号输出端与实时仿真装置的出口信号输入端连接。此方法可以实现稳控系统的远程闭环动态测试，全面验证稳控策略的有效性和可靠性。但是此方法没有考虑传输过程的最大能量效率问题，可能会造成通信资源浪费。
东南大学的刘楠等人发明了一种MIMO分布式基站系统中能量效率最优化的方法(公开号：CN105072632B),其方法包括：建立给定远程接入点集合下的能量效率最优化问题模型，并将问题模型转化为速率最大化问题、没有速率约束下能效最优化问题和有速率约束下功率最小化问题的三个子问题进行求解，得到发送协方差的最优解和最大能量效率；然后，根据用户与接入点距离从小到大的顺序依次将接入点纳入激活接入点集合，基于能量效率最优化问题模型求解最大能量效率，确定最终选择给用户发送信息的接入点集合。此方法能够解决基站发送预编码设计问题及系统的能量效率最大化问题。但是此方法没有考虑数据传输过程中的调制编码方式MCS的选择问题和发送功率约束问题，资源分配不一定最优。
宁波大学的付彩梅等人发明了一种基于基于比特交换的多用户电力线通信系统资源分配方法(公开号：CN105656612A),其方法包括：根据所有用户各自对应的目标速率比例约束系数进行子载波分配；然后根据每个用户的目标速率要求，对每个用户所占用的所有子载波进行等比特分配；接着根据功率最小化准则，将剩余比特分配给增加1比特所需额外功率最小的子载波；最后在各用户分配总比特不变情况下，根据比特交换准则在子载波间进行比特交换；此方法根据比特交换准则，使得功率分配达到最优，从而使多用户电力线通信系统的总发射功率最小化。但是此方法没有考虑传输过程中的上行链路能量效率问题，发送功率最小的同时可能会造成资源分配不合理的情况出现。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，以期能同时考虑传输过程中的能量效率问题、资源分配问题和能量消耗问题，从而能够更好地提高资源利用率，提高传输过程中的能量效率和在采样数据量过大的情况下降低丢包率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法的特点征是应用在拥有N个变电器设备、K个不同种类传感器的变电站和1个电力LTE无线专网的基站所构成的上行网络环境中，并按如下步骤进行：
步骤一、在所述上行网络环境中，将需要监控的变电站设备编号记为{1,2,…,n,…,N}，n表示变电站中第n个需要监控的变电站设备的编号，1≤n≤N；
将第n个变电站设备中各个种类的传感器编号记为{1,2,…,k,…,K}，k表示第n个变电站设备中的第k种传感器的编号，并将各个种类的传感器采样周期记为{T1,T2,…,Tk,…,TK}，Tk表示第n个变电站设备中第k种传感器的采样周期，令所有种类的传感器采样周期的最小公倍数为T；1≤k≤K；
第k种传感器在采样周期T内采样J次，则将第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量记为DSn,k,j；1≤j≤J且j＝T/Tk；
步骤二、建立以上行传输过程的能量效率最大值为目标函数，所述能量效率为传输的数据量之和与传输过程中消耗的能量之比；
根据3GPPLTE-A协议、SC-FDMA上行链路通道访问协议和设备硬件的限制因素建立一系列约束条件；
步骤三、假设所述上行网络环境中的调制编码方式为{1,2,…,m,…,M}，其中，m为第m种调制编码方式的编号，1≤m≤M；
将调制编码方式MCS引入所述目标函数和一系列约束条件中；令DSn,k,j,m,t表示利用分配的第m种调制编码方式在第t个时隙内传输的第j次采样数据量；1≤t≤T；
步骤四、将第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t降成一维的数据量DSa，并将目标函数和一系列约束条件进行相应的变换；
步骤五、将变换后的目标函数和一系列约束条件再进行Charnes-Cooper变换，得到重构的目标函数和约束条件；并利用Glover线性化方法进行线性化处理，得到线性化后的约束问题；
步骤六、将线性化后的约束问题进行线性求解，得出最优资源分配方案，并按照所述最优资源分配方案将所采集的数据传输给基站，从而实现数据监控。
本发明所述的基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法的特点也在于，所述步骤二是按如下过程进行：
步骤2.1、利用式(2-1)构建目标函数：
Figure BDA0002231613540000031
式(2-1)中，将第t个时隙上的资源块个数编号记为{1,2,…,b,…,Y}，b表示第t个时隙上的第b个资源块，1≤b≤Y；
Figure BDA0002231613540000032
为决策变量，表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上是否被传输，若
Figure BDA0002231613540000033
则表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上被传输，若
Figure BDA0002231613540000034
则表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上未被传输；Pn,k,j,t,b表示在第t个时隙和第b个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j时所消耗的能量；
步骤2.2、利用式(2-2)-式(2-7)构建约束条件：
Pn,j,k,t,b≤Pmax (2-2)
Figure BDA0002231613540000041
Figure BDA0002231613540000042
Figure BDA0002231613540000043
Figure BDA0002231613540000044
Figure BDA0002231613540000045
Figure BDA0002231613540000046
式(2-2)表示在第t个时隙和第b个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量Pn,k,j,t,b不能超过变电器设备的最大允许能量Pmax；
式(2-3)表示在第t个时隙和第b1个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量
Figure BDA0002231613540000047
与在第t个时隙和第b2个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量
Figure BDA0002231613540000048
相同；
式(2-4)表示第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量DSn,k,j的传输速率R(mn,k,j)与第m种调制编码方式有关；
式(2-5)表示3GPP规定的上行功率控制条件，α表示上行链路损耗补偿因子，PL(dn)是第n个变电站设备到基站的链路损耗，且与第n个变电站设备到基站的距离dn有关；SINR(mn,k,j)表示第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量DSn,k,j选择第m种调制编码方式传输时的信号干扰噪声比；IoT表示第j次采样的数据量DSn,k,j选择第m种调制编码方式在第t个时隙传输时的干扰噪声；
式(2-6)表示在第t个时隙内传输的所有数据量的所分配资源块总数不超过Y；
式(2-7)表示分配给第j次采样的数据量DSn,k,j的多个资源块必须相邻；
式(2-8)表示第j次采样的数据量DSn,k,j只能传输一次。
所述步骤三是按如下过程进行：
步骤3.1、根据式(3-1)得到引入调制编码方式MCS后的目标函数：
Figure BDA0002231613540000051
式(3-1)中，xn,k,j,m,t为决策变量，表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t是否被传输，若xn,k,j,m,t＝1，则表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t被传输，若xn,k,j,m,t＝0，则表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t未被传输；Pn,k,j,m,t表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备所消耗的能量；
步骤3.2、利用式(3-2)-式(3-6)构建引入调制编码方式MCS后的约束条件：
Figure BDA0002231613540000052
Figure BDA0002231613540000053
Figure BDA0002231613540000054
Figure BDA0002231613540000055
xn,k,j,m,t∈{0,1} (3-6)
式(3-2)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t所占用的资源块个数b不超过Y；
式(3-3)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备所消耗的能量Pn,k,j,m,t必须满足3GPP规定的上行功率控制条件；
式(3-4)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备消耗的能量不能超过变电站设备的最大允许能量Pmax；
式(3-5)表示第j次采样的数据量DSn,k,j只能选择一种调制编码方式MCS，且只能在第t个时隙内传输；
式(3-6)表示目标函数的决策变量xn,k,j,m,t只能取0或1。
所述步骤四是按如下过程进行：
步骤4.1、对第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t的下标进行简化，令：
Figure BDA0002231613540000061
A为h1+h2+h3+h4+h5位的二进制数，且规定用A的前h1位表示n的变化范围，用A的第h1+1位到第h1+h2位表示k的变化范围，用A的第h1+h2+1位到第h1+h2+h3位表示j的变化范围，用A的第h1+h2+h3+1位到第h1+h2+h3+h4位表示m的变化范围，用A的第h1+h2+h3+h4+1位到第h1+h2+h3+h4+h5位表示t的变化范围；令a是二进制数A的十进制表示，且
Figure BDA0002231613540000062
步骤4.2、将式(3-1)-式(3-6)重新表示为式(4-1)-式(4-6)：
Figure BDA0002231613540000064
Figure BDA0002231613540000065
Figure BDA0002231613540000066
Figure BDA0002231613540000067
xa∈{0,1} (4-6)。
5、根据权利要求4所述的基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，其特征是，所述步骤五是按如下过程进行：
步骤5.1、利用式(5-1)得到重构后的目标函数：
式(5-1)中，利用Charnes-Cooper变换，引入正向变量u，并有：
Figure BDA0002231613540000072
步骤5.2、根据Glover线性化方法，引入辅助变量wa＝xa×u，从而将式(5-1)所示的重构后的目标函数转换为式(5-3)所示的线性化后的目标函数：
步骤5.3、将式(4-2)-式(4-6)所示的约束条件变换为式(5-4)-式(5-8)所示的线性化后的约束条件：
Figure BDA0002231613540000074
Figure BDA0002231613540000075
Figure BDA0002231613540000077
wa∈{0,u} (5-8)
其中，式(5-9)是Charnes-Cooper变换的另一种等效表示方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.本发明提出了一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，包含了传输过程的最大化能量效率、最优化调制编码方式MCS、合理化分配的资源块和降低能量损耗，从而使变电站数据传输过程的资源分配更合理，传输的效率更高。
2.本发明将基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输的问题转换为一种NP-hard混合整数线性分式规划问题，并使用Charnes-Cooper变换，使传输问题从混合整数线性分式规划问题转变为混合整数非线性规划问题；再利用Glover线性化方法将变换后的传输问题从混合整数非线性规划问题转变为混合整数线性规划问题，从而大大减少了求解问题时的运算量，提高了运算速度，优化了数据在上行传输过程中的资源分配，使得监控中心更加及时的接收到实时的数据信息。
附图说明
图1为本发明变电站上行链路传输方法的应用架构图。
具体实施方式
本实施例中，一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，是应用在拥有N个变电器设备、K个不同种类传感器的变电站和1个电力LTE无线专网的基站所构成的上行网络环境中，带宽为20MHz，时隙持续间隔为0.5ms，如图1所示，K个不同种类传感器采样的数据按照优化后的分配方案通过上行链路传输给基站，再通过基站传输给电力专网和监控中心，该方法具体包含如下步骤：
步骤一、在上行网络环境中，将需要监控的变电站设备编号记为{1,2,…,n,…,N}，n表示变电站中第n个需要监控的变电站设备的编号，1≤n≤N；
将第n个变电站设备中各个种类的传感器编号记为{1,2,…,k,…,K}，k表示第n个变电站设备中的第k种传感器的编号，并将各个种类的传感器采样周期记为{T1,T2,…,Tk,…,TK}，Tk表示第n个变电站设备中第k种传感器的采样周期，令所有种类的传感器采样周期的最小公倍数为T；1≤k≤K；
第k种传感器在采样周期T内采样J次，则将第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量记为DSn,k,j，1≤j≤J且j＝T/Tk；
步骤二、建立以上行传输过程的能量效率最大值为目标函数，能量效率为传输的数据量之和与传输过程中消耗的能量之比；
根据3GPPLTE-A协议、SC-FDMA上行链路通道访问协议和设备硬件的限制因素建立一系列约束条件；
步骤2.1、利用式(2-1)构建目标函数：
式(2-1)中，将第t个时隙上的资源块个数编号记为{1,2,…,b,…,Y}，b表示第t个时隙上的第b个资源块，1≤b≤Y；
Figure BDA0002231613540000091
为决策变量，表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上是否被传输，若
Figure BDA0002231613540000092
则表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上被传输，若
Figure BDA0002231613540000093
则表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上未被传输；Pn,k,j,t,b表示在第t个时隙和第b个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j时所消耗的能量；通过优化目标函数，即传输过程中的能量效率，可以使得第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量记为DSn,k,j得到最优的资源分配。
步骤2.2、利用式(2-2)-式(2-7)构建约束条件：
Pn,j,k,t,b≤Pmax (2-2)
Figure BDA0002231613540000094
Figure BDA0002231613540000095
Figure BDA0002231613540000096
Figure BDA0002231613540000098
Figure BDA0002231613540000099
式(2-2)表示在第t个时隙和第b个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量Pn,k,j,t,b不能超过变电器设备的最大允许能量Pmax，取Pmax＝23dBm；
式(2-3)表示在第t个时隙和第b1个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量与在第t个时隙和第b2个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量
Figure BDA00022316135400000911
相同，即传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量与传输过程中所占用的第b个资源块的位置无关；
式(2-4)表示第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量DSn,k,j的传输速率R(mn,k,j)与第m种调制编码方式有关；
式(2-5)表示3GPP规定的上行功率控制条件，α表示上行链路损耗补偿因子，α∈{0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0}；PL(dn)是第n个变电站设备到基站的链路损耗，与第n个变电站设备到基站的距离dn有关，对于静止的变电站设备PL(dn)可以看作常数，由PL(dn)＝15.3+37.6×log10(dn)(dB)求得此常数，20≤dn≤300(单位米)；SINR(mn,k,j)表示第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量DSn,k,j选择第m种调制编码方式传输时的信号干扰噪声比；IoT表示第j次采样的数据量DSn,k,j选择第m种调制编码方式在第t个时隙传输时的干扰噪声，由于网络环境中属于单个小区环境，可将IoT设置为0；
式(2-6)表示在第t个时隙内传输的所有数据量的所分配资源块总数不超过Y，Y是第t个时隙内的最大资源块个数，Y＝100；
式(2-7)表示分配给第j次采样的数据量DSn,k,j的多个资源块必须相邻；
式(2-8)表示第j次采样的数据量DSn,k,j只能传输一次。
步骤三、假设上行网络环境中的调制编码方式为{1,2,…,m,…,M}，其中，m为第m种调制编码方式的编号，1≤m≤M，一般M≥16，上述网络环境中的M取16；调制编码方式与传输速率的关系如表1所示。
表1 3GPP上行传输协议支持的传输速率示例表
Figure BDA0002231613540000101
Figure BDA0002231613540000111
将调制编码方式MCS引入目标函数和一系列约束条件中；令DSn,k,j,m,t表示利用分配的第m种调制编码方式在第t个时隙内传输的第j次采样数据量；1≤t≤T；
步骤3.1、根据式(3-1)得到引入调制编码方式MCS后的目标函数：
Figure BDA0002231613540000112
式(3-1)中，xn,k,j,m,t为决策变量，表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t是否被传输，若xn,k,j,m,t＝1，则表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t被传输，若xn,k,j,m,t＝0，则表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t未被传输；Pn,k,j,m,t表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备所消耗的能量；
步骤3.2、利用式(3-2)-式(3-6)构建引入调制编码方式MCS后的约束条件：
Figure BDA0002231613540000113
Figure BDA0002231613540000114
Figure BDA0002231613540000115
Figure BDA0002231613540000116
xn,k,j,m,t∈{0,1} (3-6)
式(3-2)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t所占用的资源块个数b不超过Y；
式(3-3)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备所消耗的能量Pn,k,j,m,t必须满足3GPP规定的上行功率控制条件；
式(3-4)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备消耗的能量不能超过变电站设备的最大允许能量Pmax；
式(3-5)表示第j次采样的数据量DSn,k,j只能选择一种调制编码方式MCS，且只能在第t个时隙内传输；
式(3-6)表示目标函数的决策变量xn,k,j,m,t只能取0或1。
步骤四、将第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t降成一维的数据量DSa，并将目标函数和一系列约束条件进行相应的变换；
步骤4.1、对第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t的下标进行简化，令：
Figure BDA0002231613540000121
A为h1+h2+h3+h4+h5位的二进制数，且规定用A的前h1位表示n的变化范围，用A的第h1+1位到第h1+h2位表示k的变化范围，用A的第h1+h2+1位到第h1+h2+h3位表示j的变化范围，用A的第h1+h2+h3+1位到第h1+h2+h3+h4位表示m的变化范围，用A的第h1+h2+h3+h4+1位到第h1+h2+h3+h4+h5位表示t的变化范围；令a是二进制数A的十进制表示，且
Figure BDA0002231613540000122
步骤4.2、将式(3-1)-式(3-6)重新表示为式(4-1)-式(4-6)：
Figure BDA0002231613540000124
Figure BDA0002231613540000125
Figure BDA0002231613540000127
xa∈{0,1} (4-6)
式(4-1)-式(4-6)与式(3-1)-式(3-6)含义相同。
步骤五、将变换后的目标函数和一系列约束条件再进行Charnes-Cooper变换，得到重构的目标函数和约束条件；并利用Glover线性化方法进行线性化处理，得到线性化后的约束问题；
步骤5.1、利用式(5-1)得到重构后的目标函数：
式(5-1)中，利用Charnes-Cooper变换，引入正向变量u，并有：
步骤5.2、根据Glover线性化方法，引入辅助变量wa＝xa×u，由于u≥0且xa∈{0,1}，所以辅助变量wa≥0，将式(5-1)所示的重构后的目标函数转换为式(5-3)所示的线性化后的目标函数：
步骤5.3、将式(4-2)-式(4-6)所示的约束条件变换为式(5-4)-式(5-8)所示的线性化后的约束条件：
Figure BDA0002231613540000134
Figure BDA0002231613540000135
Figure BDA0002231613540000136
Figure BDA0002231613540000137
wa∈{0,u} (5-8)
Figure BDA0002231613540000138
式(5-3)-式(5-8)与式(3-1)-式(3-6)含义相同，式(5-9)是Charnes-Cooper变换的另一种等效表示方法。
式(5-8)在实际求解过程中可以用式(5-10)-式(5-13)等效代替：
wa≤u (5-10)
wa≤Cxa (5-11)
wa≥u-C(1-xa) (5-12)
xa∈{0,1} (5-13)
式(5-10)-式(5-13)是式(5-8)的线性表示，C表示相对正向变量u、辅助变量wa、决策变量xa的值都非常大的常数，当决策变量xa＝1时，由式(5-10)和式(5-12)可得wa≤u且wa≥u，即wa＝u；当决策变量xa＝0时，由式(5-11)可得wa≤0，又因步骤5.2中推导得wa≥0，所以wa＝0。
线性化后的目标函数和约束条件中的未知变量有正向变量u、辅助变量wa、决策变量xa，其中正向变量u、辅助变量wa是正变量，决策变量xa是整数变量，目标函数和约束条件均为线性，所以线性化后的目标函数和约束条件是一种混合整数线性规划问题，简化了求解复杂度。
步骤六、将线性化后的约束问题进行线性求解，得出最优资源分配方案，并按照最优资源分配方案将所采集的数据传输给基站，从而实现数据监控。

Claims (5)

1.一种基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，其特征是应用在拥有N个变电器设备、K个不同种类传感器的变电站和1个电力LTE无线专网的基站所构成的上行网络环境中，并按如下步骤进行：
步骤一、在所述上行网络环境中，将需要监控的变电站设备编号记为{1,2,…,n,…,N}，n表示变电站中第n个需要监控的变电站设备的编号，1≤n≤N；
将第n个变电站设备中各个种类的传感器编号记为{1,2,…,k,…,K}，k表示第n个变电站设备中的第k种传感器的编号，并将各个种类的传感器采样周期记为{T1,T2,…,Tk,…,TK}，Tk表示第n个变电站设备中第k种传感器的采样周期，令所有种类的传感器采样周期的最小公倍数为T；1≤k≤K；
第k种传感器在采样周期T内采样J次，则将第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量记为DSn,k,j；1≤j≤J且j＝T/Tk；
步骤二、建立以上行传输过程的能量效率最大值为目标函数，所述能量效率为传输的数据量之和与传输过程中消耗的能量之比；
根据3GPPLTE-A协议、SC-FDMA上行链路通道访问协议和设备硬件的限制因素建立一系列约束条件；
步骤三、假设所述上行网络环境中的调制编码方式为{1,2,…,m,…,M}，其中，m为第m种调制编码方式的编号，1≤m≤M；
将调制编码方式MCS引入所述目标函数和一系列约束条件中；令DSn,k,j,m,t表示利用分配的第m种调制编码方式在第t个时隙内传输的第j次采样数据量；1≤t≤T；
步骤四、将第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t降成一维的数据量DSa，并将目标函数和一系列约束条件进行相应的变换；
步骤五、将变换后的目标函数和一系列约束条件再进行Charnes-Cooper变换，得到重构的目标函数和约束条件；并利用Glover线性化方法进行线性化处理，得到线性化后的约束问题；
步骤六、将线性化后的约束问题进行线性求解，得出最优资源分配方案，并按照所述最优资源分配方案将所采集的数据传输给基站，从而实现数据监控。
2.根据权利要求1所述的基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，其特征是，所述步骤二是按如下过程进行：
步骤2.1、利用式(2-1)构建目标函数：
Figure FDA0002231613530000021
式(2-1)中，将第t个时隙上的资源块个数编号记为{1,2,…,b,…,Y}，b表示第t个时隙上的第b个资源块，1≤b≤Y；
Figure FDA0002231613530000022
为决策变量，表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上是否被传输，若
Figure FDA0002231613530000023
则表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上被传输，若
Figure FDA0002231613530000024
则表示第j次采样的数据量DSn,k,j在第t个时隙和第b个资源块上未被传输；Pn,k,j,t,b表示在第t个时隙和第b个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j时所消耗的能量；
步骤2.2、利用式(2-2)-式(2-7)构建约束条件：
Pn,j,k,t,b≤Pmax (2-2)
Figure FDA0002231613530000026
Figure FDA0002231613530000027
Figure FDA0002231613530000028
Figure FDA0002231613530000029
Figure FDA00022316135300000210
式(2-2)表示在第t个时隙和第b个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量Pn,k,j,t,b不能超过变电器设备的最大允许能量Pmax；
式(2-3)表示在第t个时隙和第b1个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量
Figure FDA00022316135300000211
与在第t个时隙和第b2个资源块上传输第j次采样的数据量DSn,k,j所消耗的能量
Figure FDA00022316135300000212
相同；
式(2-4)表示第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量DSn,k,j的传输速率R(mn,k,j)与第m种调制编码方式有关；
式(2-5)表示3GPP规定的上行功率控制条件，α表示上行链路损耗补偿因子，PL(dn)是第n个变电站设备到基站的链路损耗，且与第n个变电站设备到基站的距离dn有关；SINR(mn,k,j)表示第n个变电站设备的第k种传感器在第j次采样的数据量DSn,k,j选择第m种调制编码方式传输时的信号干扰噪声比；IoT表示第j次采样的数据量DSn,k,j选择第m种调制编码方式在第t个时隙传输时的干扰噪声；
式(2-6)表示在第t个时隙内传输的所有数据量的所分配资源块总数不超过Y；
式(2-7)表示分配给第j次采样的数据量DSn,k,j的多个资源块必须相邻；
式(2-8)表示第j次采样的数据量DSn,k,j只能传输一次。
3.根据权利要求2所述的基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，其特征是，所述步骤三是按如下过程进行：
步骤3.1、根据式(3-1)得到引入调制编码方式MCS后的目标函数：
Figure FDA0002231613530000031
式(3-1)中，xn,k,j,m,t为决策变量，表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t是否被传输，若xn,k,j,m,t＝1，则表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t被传输，若xn,k,j,m,t＝0，则表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t未被传输；Pn,k,j,m,t表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备所消耗的能量；
步骤3.2、利用式(3-2)-式(3-6)构建引入调制编码方式MCS后的约束条件：
Figure FDA0002231613530000033
Figure FDA0002231613530000034
Figure FDA0002231613530000041
xn,k,j,m,t∈{0,1} (3-6)
式(3-2)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t所占用的资源块个数b不超过Y；
式(3-3)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备所消耗的能量Pn,k,j,m,t必须满足3GPP规定的上行功率控制条件；
式(3-4)表示第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t在传输过程中变电站设备消耗的能量不能超过变电站设备的最大允许能量Pmax；
式(3-5)表示第j次采样的数据量DSn,k,j只能选择一种调制编码方式MCS，且只能在第t个时隙内传输；
式(3-6)表示目标函数的决策变量xn,k,j,m,t只能取0或1。
4.根据权利要求3所述的基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，其特征是，所述步骤四是按如下过程进行：
步骤4.1、对第t个时隙内传输的第j次采样数据量DSn,k,j,m,t的下标进行简化，令：
Figure FDA0002231613530000042
A为h1+h2+h3+h4+h5位的二进制数，且规定用A的前h1位表示n的变化范围，用A的第h1+1位到第h1+h2位表示k的变化范围，用A的第h1+h2+1位到第h1+h2+h3位表示j的变化范围，用A的第h1+h2+h3+1位到第h1+h2+h3+h4位表示m的变化范围，用A的第h1+h2+h3+h4+1位到第h1+h2+h3+h4+h5位表示t的变化范围；令a是二进制数A的十进制表示，且
Figure FDA0002231613530000043
步骤4.2、将式(3-1)-式(3-6)重新表示为式(4-1)-式(4-6)：
Figure FDA0002231613530000044
Figure FDA0002231613530000052
Figure FDA0002231613530000054
xa∈{0,1} (4-6)。
5.根据权利要求4所述的基于电力LTE无线专网的变电站上行链路传输方法，其特征是，所述步骤五是按如下过程进行：
步骤5.1、利用式(5-1)得到重构后的目标函数：
Figure FDA0002231613530000055
式(5-1)中，利用Charnes-Cooper变换，引入正向变量u，并有：
Figure FDA0002231613530000056
步骤5.2、根据Glover线性化方法，引入辅助变量wa＝xa×u，从而将式(5-1)所示的重构后的目标函数转换为式(5-3)所示的线性化后的目标函数：
Figure FDA0002231613530000057
步骤5.3、将式(4-2)-式(4-6)所示的约束条件变换为式(5-4)-式(5-8)所示的线性化后的约束条件：
Figure FDA0002231613530000058
Figure FDA00022316135300000510
Figure FDA0002231613530000061
wa∈{0,u} (5-8)
Figure FDA0002231613530000062
其中，式(5-9)是Charnes-Cooper变换的另一种等效表示方法。
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