CN111800823A - 一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，所述方法获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及数据流包括的业务信息，获取电力无线终端的优先级，获取可用信道信息数据。以信道需求建立目标函数和约束条件，得到信道需求的最小值，根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案，根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。本申请提供的基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，能够根据电力无线终端的优先级分配可用信道，能够缓解电力系统通信网络在传输数据时容易发生网络堵塞的问题。

Description

一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置

技术领域

本申请涉及电力系统数据传输领域，尤其涉及一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置。

背景技术

在电力系统中，主站与电力无线终端之间有着频繁的数据通信，数据一般包括业务数据和管理数据。业务数据是终端管控中心对终端设备进行远程管理的数据，管理数据是电力无线终端与前置机之间的电力约规数据。

一般的数据传输方法是采用管线连接的以太网结构，按照IEEE802.3协议建立以太网链路层的数据帧模型，实现主站与电力无线终端之间的数据传输。

但是数据帧模型并不能有效对传输数据以及对数据进行管理，不能解决通信网络在高峰时段可能产生网络阻塞问题，并且无法考虑数据传输性能，因此需要对通信网络中的可用信道资源进行调配，并依赖调配后的信道进行数据传输。

发明内容

本申请提供了一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，以解决电力系统通信网络容易发生网络阻塞的问题。

一方面，本申请提供一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法，包括：

获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及所述数据流包括的业务信息，获取所述电力无线终端的优先级，获取电力系统中的可用信道信息数据；

以信道需求建立目标函数和约束条件；

将所述业务信息、所述优先级、所述可用信道信息数据输入到所述目标函数和所述约束条件中，得到所述信道需求的最小值；

根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案并根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。

可选的，所述目标函数为：

其中，Ω_Opt为信道需求，f(Ω)为约束条件。

可选的，所述约束条件的公式为：

其中，f(Ω)为约束条件，K_D为业务数据通道数目，K_S为管理数据通道数目，K为K_D和K_S的总和，λ_k为业务数据通道数据传输量需求，

为业务数据通道的实际传输量，n_k为管理数据通道数据传输量需求，

为管理数据通道的实际传输量，r_k为λ_k和n_k的总和，

为

和

的总和，α_k,t为数据t的优先级，η_k,t为数据t在业务数据通道k中的占用比例。

可选的，所述方法还包括：

获取所述最优信道分配方案包括的信道中的一条作为当前信道，以及获取当前信道对应的优先级最高的电力无线终端，所述优先级最高的电力无线终端获取当前信道的第一时隙并占据第一时隙传输数据。

可选的，所述方法还包括：

获取当前信道对应的除优先级最高的电力无线终端外的其他电力无线终端，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据。

可选的，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据的步骤包括：

所述其他电力无线终端获取当前时隙，并判断当前时隙是否为主时隙的主要侦听时段；

如果是，所述其他电力无线终端判断是否有待传输数据，如果有待传输数据，发送所述待传输数据。

可选的，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据的步骤还包括：

如果当前时刻不是主时隙的主要侦听时段，所述其他电力无线终端判断当前时隙是否为非主时隙的主要节点侦听时段，如果是，所述其他电力无线终端启动退避计数器；如果不是，使用随机退避算法更新侦听时刻。

可选的，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据的步骤还包括：

当所述退避计数器的数值减为0时，所述其他电力无线终端判断当前信道是否存在碰撞，如果不存在，发送数据；如果存在，使用随机退避算法更新侦听时刻。

另一方面，本申请提供一种基于优先级的电力无线终端数据传输装置，包括：

获取模块：获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及所述数据流包括的业务信息，获取所述电力无线终端的优先级，获取电力系统中的可用信道信息数据；

建立模块：以信道需求建立目标函数和约束条件；

计算模块：将所述业务信息、所述优先级、所述可用信道信息数据输入到所述目标函数和所述约束条件中，得到所述信道需求的最小值；

方案生成模块：根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案并根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，所述方法获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及数据流包括的业务信息，获取电力无线终端的优先级，获取可用信道信息数据。以信道需求建立目标函数和约束条件，得到信道需求的最小值，根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案，根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。本申请提供的基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，能够根据电力无线终端的优先级分配可用信道，能够缓解电力系统通信网络在传输数据时容易发生网络堵塞的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法流程图；

图2为本申请实施例一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法流程图；

图3为本申请一种基于优先级的电力无线终端数据传输装置结构示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法流程图。由图1可知，本申请提供的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，包括以下步骤：

S1：获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及所述数据流包括的业务信息，获取所述电力无线终端的优先级，获取电力系统中的可用信道信息数据。

在电力系统中，电力无线终端与前置机之间的通信数据包括不同的数据流，一般分为管理数据和业务数据，传输管理数据的信道为管理数据通道，传输业务数据的信道为业务数据通道。

由于各个数据具有不同的类型及不同的业务速率，并且在实际应用中，数据流一般为混合数据的情况，因此在数据传输过程中，需要获取数据流中包括业务信息。所述业务信息一般包括业务速率、所需服务质量、网络时延等。电力无线终端的优先级越高，代表其传输的数据优先级越高，数据对业务速率、所需服务质量以及网络时延等要求越高。例如，所述数据流可以是数据采集与监控数据(Supervisory control and data acquisition,SCADA)、智能抄表数据、动态需求响应管理(Demand Response Management,DRM)以及应急响应(Emergency Response,ER)等。SCADA由于需要实时监测输电线路、变电站以及其他设备，网络时延及所需服务质量要求较高，即传输SCADA数据的电力无线终端的优先级高。智能抄表数据对网络时延要求较低，电表数据在传输过程中可允许分钟级以上的网络时延，即传输智能抄表数据的电力无线终端优先级低。可用信道信息为通信网络中，所有可以用于数据传输的信道的信息。在实际应用中，本申请提供的基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，能够满足优先级高的数据的通信需求，又能保证其他数据的性能。

S2：以信道需求建立目标函数和约束条件。

信道需求即在数据传输过程中，所需的信道的数量。在实际应用中，为避免网络阻塞的发生，需要对信道进行调度分配，一般以信道需求建立目标函数和约束条件。

本申请一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法，目标函数为：

其中，Ω_Opt为信道需求，f(Ω)为约束条件。

进一步地，所述约束条件为：

其中，f(Ω)为约束条件，K_D为业务数据通道数目，K_S为管理数据通道数目，K为K_D和K_S的总和，λ_k为业务数据通道数据传输量需求，

为业务数据通道的实际传输量，n_k为管理数据通道数据传输量需求，

为管理数据通道的实际传输量，r_k为λ_k和n_k的总和，

为

和

的总和，α_k,t为数据t的优先级，η_k,t为数据t在业务数据通道k中的占用比例。

在实际应用中，如果

也就是说，实际传输量小于传输量需求，则会导致数据传输资源的浪费。如果

也就是说，实际传输量大于传输量需求，则会发生通信中断。因此需要最小化

求得

最小值后，有以下两种情况：

(1)当

时，传输通道浪费得到了最小化，进而可以节约更多的信道资源用于其他电网业务；

(2)当

时，通信中断概率得到了最小化。

由于α_k,t代表了数据t的优先级，η_k,t为数据t在业务数据通道k中的占用比。对于业务数据，

的值越高，则代表业务通道k拥有更多的高优先级的业务。对于管理数据，

在实际应用中，通过优先级为可用信道分配传输数据，能够减少信道资源的浪费，缓解网络压力。

S3：将所述业务信息、所述优先级、所述可用信道信息数据输入到所述目标函数和所述约束条件中，得到所述信道需求的最小值。

信道需求的最小值即

的最小值，在实际应用中，通过求得信道需求最小值，可以实现在数据传输过程中使用最少的数据传输通道，能够节约信道资源。

S4：根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案并根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。

所述最优信道分配方案为通信网络中的每条可用信道分配了数据流，也就是说，为每条可用信道分配了需要传输的数据。在实际应用中，所述数据流所属的电力无线终端可以根据所述最优信道分配方案传输数据，从而实现了对电力系统中数据的管理和传输，避免了网络堵塞情况的发生。

参见图2，本申请实施例一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法流程图，由图2可知，本申请提供的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，还包括：

S5：获取所述最优信道分配方案包括的信道中的一条作为当前信道，以及获取当前信道对应的优先级最高的电力无线终端，所述优先级最高的电力无线终端获取当前信道的第一时隙并占据第一时隙传输数据。

在实际应用中，在获取当前信道后，需要获取当前信道对应的所有电力无线终端数据，由于优先级高的电力无线终端能够优先传输数据，因此，进一步地，获取当前信道对应的优先级最高的电力无线终端，所述优先级最高的电力无线终端可以获取当前信道的第一时隙并占据第一时隙传输数据。能够保证优先级高的数据的通信需求，避免了优先级最高的数据无法传输的情况的发生。

S6：获取当前信道对应的除优先级最高的电力无线终端外的其他电力无线终端，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据。

根据最优信道分配方案，当前信道对应的所有电力无线终端中，除优先级最高的电力无线终端外的电力无线终端，可以确定为其他电力无线终端，其他电力无线终端也有优先级的差异。

进一步地，所述方法还包括：

S61：所述其他电力无线终端获取当前时隙，并判断当前时隙是否为主时隙的主要侦听时段；

如果是，所述其他电力无线终端判断是否有待传输数据，如果有待传输数据，发送所述待传输数据。

S62：如果当前时刻不是主时隙的主要侦听时段，所述其他电力无线终端判断当前时隙是否为非主时隙的主要节点侦听时段，如果是，所述其他电力无线终端启动退避计数器；如果不是，使用随机退避算法更新侦听时刻。

S63：当所述退避计数器的数值减为0时，所述其他电力无线终端判断当前信道是否存在碰撞，如果不存在，发送数据；如果存在，使用随机退避算法更新侦听时刻。

在电力系统中，一个电力无线终端可以作为一个节点，时隙和节点是一一对应的关系，即，当某一时隙被分配给某一节点后，那么该节点被称为该时隙的主节点，相应的，将主节点被分配的时隙称为主节点的主时隙。对于一个节点，有两种侦听时段状态，即主时隙侦听时间段和非主时隙侦听时间段。

当其他电力无线终端节点判断当前时刻为其主时隙的主要侦听时段后，所述其他电力无线终端节点可以占据当前时隙并传输数据，传输数据后，继续执行S61，如果没有待传输数据，直接执行S61。如果当前时刻不是其他电力无线终端节点的主时隙的主要侦听时段，所述其他电力无线终端节点可以继续判断当前时刻是否为其非主时隙的主要节点侦听时段，如果是，所述其他电力无线终端节点可以启动退避计数器，利用所述退避计数器决定是否竞争信道占用时隙传输数据，如果不是，使用随机退避算法更新侦听时刻。在实际应用中，其他电力无线终端节点监听到当前信道的空闲时长超过一定值后，所述退避计数器即可减1。如果一定时间后，退避计数器的数值减为0，即可说明其他电力无线终端节点完成退避，可以进行信道竞争，如果此时有其他退避计数器的数值也为0，则需要采用随机退避算法更新侦听时刻。当前信道的状态从空闲转为忙时，需要冻结退避计数器，当前信道空闲时长超过一定值后，可以解冻退避计数器。其他电力无线终端的优先级不同，退避计数器的窗口时间也不同，优先级低则窗口时间长，优先级高则窗口时间短，也就越容易竞争成功。

随机退避算法即，同时竞争信道的其他电力无线终端节点利用退避计数器随机退避的过程。使用随机退避算法更新侦听时刻后，继续执行S61。

可见，本申请提供的基于优先级的电力无线数据传输方法能够实现退避，合理利用信道的空闲和正忙时段，避免了网络阻塞情况的发生。既能满足高优先级数据的通信需求，同时又能保证其他数据的顺利传输。达到根据不同的服务要求，提供不同服务质量的目的。

参见图3，为本申请一种基于优先级的电力无线终端数据传输装置结构示意图。基于上述基于优先级的电力无线终端数据传输方法，如图3所示，本申请还提供一种基于优先级的电力无线终端数据传输装置，包括：

获取模块：获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及所述数据流包括的业务信息，获取所述电力无线终端的优先级，获取电力系统中的可用信道信息数据；

建立模块：以信道需求建立目标函数和约束条件；

计算模块：将所述业务信息、所述优先级、所述可用信道信息数据输入到所述目标函数和所述约束条件中，得到所述信道需求的最小值；

方案生成模块：根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案并根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，所述方法获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及数据流包括的业务信息，获取电力无线终端的优先级，获取可用信道信息数据。以信道需求建立目标函数和约束条件，得到信道需求的最小值，根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案，根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。获取所述最优信道分配方案包括的信道中的一条作为当前信道，以及获取当前信道对应的优先级最高的电力无线终端，所述优先级最高的电力无线终端获取当前信道的第一时隙并占据第一时隙传输数据。获取当前信道对应的除优先级最高的电力无线终端外的其他电力无线终端，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据。本申请提供的基于优先级的电力无线终端数据传输方法及装置，能够根据电力无线终端的优先级分配可用信道，既能满足高优先级数据的通信需求，同时又能保证其他数据的性能，能够缓解电力系统通信网络在传输数据时容易发生网络堵塞的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，包括：

获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及所述数据流包括的业务信息，获取所述电力无线终端的优先级，获取电力系统中的可用信道信息数据；

以信道需求建立目标函数和约束条件；

将所述业务信息、所述优先级、所述可用信道信息数据输入到所述目标函数和所述约束条件中，得到所述信道需求的最小值；

根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案并根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。

2.根据权利要求1所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述目标函数为：

其中，Ω_Opt为信道需求，f(Ω)为约束条件。

3.根据权利要求1所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述约束条件的公式为：

其中，f(Ω)为约束条件，K_D为业务数据通道数目，K_S为管理数据通道数目，K为K_D和K_S的总和，λ_k为业务数据通道数据传输量需求，

为业务数据通道的实际传输量，n_k为管理数据通道数据传输量需求，

为管理数据通道的实际传输量，r_k为λ_k和n_k的总和，

为

和

的总和，α_k,t为数据t的优先级，η_k,t为数据t在业务数据通道k中的占用比例。

4.根据权利要求1所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述最优信道分配方案包括的信道中的一条作为当前信道，以及获取当前信道对应的优先级最高的电力无线终端，所述优先级最高的电力无线终端获取当前信道的第一时隙并占据第一时隙传输数据。

5.根据权利要求4所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取当前信道对应的除优先级最高的电力无线终端外的其他电力无线终端，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据。

6.根据权利要求5所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据的步骤包括：

所述其他电力无线终端获取当前时隙，并判断当前时隙是否为主时隙的主要侦听时段；

如果是，所述其他电力无线终端判断是否有待传输数据，如果有待传输数据，发送所述待传输数据。

7.根据权利要求6所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据的步骤还包括：

如果当前时刻不是主时隙的主要侦听时段，所述其他电力无线终端判断当前时隙是否为非主时隙的主要节点侦听时段，如果是，所述其他电力无线终端启动退避计数器；如果不是，使用随机退避算法更新侦听时刻。

8.根据权利要求7所述的基于优先级的电力无线终端数据传输方法，其特征在于，所述其他电力无线终端获取当前信道的当前时隙并占据当前时隙传输数据的步骤还包括：

当所述退避计数器的数值减为0时，所述其他电力无线终端判断当前信道是否存在碰撞，如果不存在，发送数据；如果存在，使用随机退避算法更新侦听时刻。

9.一种基于优先级的电力无线终端数据传输装置，其特征在于，包括：

获取模块：获取电力无线终端与前置机之间的数据流，以及所述数据流包括的业务信息，获取所述电力无线终端的优先级，获取电力系统中的可用信道信息数据；

建立模块：以信道需求建立目标函数和约束条件；

计算模块：将所述业务信息、所述优先级、所述可用信道信息数据输入到所述目标函数和所述约束条件中，得到所述信道需求的最小值；

方案生成模块：根据所述信道需求的最小值生成最优信道分配方案并根据所述最优信道分配方案传输所述数据流。

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