CN114158102B - 面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，包括以下步骤：步骤1、构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型和终端通信网的网络状态矩阵；步骤2、分析模型中通信终端在不同运行状态下的通信需求特征；步骤3、计算配电网馈线通信网络的综合权重值；步骤4、确定网络状态值，对不同无线网络通信方案进行排序，选择网络状态值较大的无线网络作为馈线自动化终端的通信方案。本发明构建的面向馈线自动化的无线通信网络选择方案，通过多种无线网络的融合切换，保证配电网通信的可靠性，对配电网馈线终端安全稳定运行具有重要的意义。

Description

面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法
技术领域
本发明属于配电网通信技术领域，涉及电力无线异构通信网络切换方法，尤其是一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法。
背景技术
配电网建设的重要目标是提高供电可靠性，而馈线自动化是一种提高配电网供电可靠性的重要技术手段。当线路发生故障时，配电终端应能实现故障自动判别，自动隔离故障区域，完成非故障区域的供电恢复。由于智能分布式馈线自动化终端对通信性能有着严苛的要求，目前主要采用基于工业以太网技术的光纤通信方式，该方式需要铺设费用昂贵的光缆通道，因此难以适用于旧线路改造。目前，飞速发展的无线通信技术具备组网方式简单灵活、通信速率高、传输距离远、无需铺设专用通信通道等优势，解决传统光纤通信难以铺设的“最后一公里”问题。随着以5G为代表的新型通信技术的快速发展与应用，可以通过增加信息量、降低时延优化配电网馈线的保护原理，提升动作判断的性能，从而提高配电网馈线反应的可靠性。
与光纤通信的有线网络相比，无线通信网络的通信质量受通信环境的影响较大，在配电终端间进行通信时可能会出现通信中断、延时、丢包等异常情况，为了保障无线通信的可靠性，需要通过多种网络的融合切换，选择更加可靠的通信网络，确保配电终端的安全运行。现有配电网馈线终端单一对应的通信方案，已经不能满足终端需求的动态变化，单一的无线通信网络无法保障终端稳定运行，以往方法已经不适用于现有的配电网馈线自动化系统。因此，面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，对配电网馈线终端安全稳定运行工作具有重要的积极意义。
经检索，未发现与本发明相同或相近似的现有技术的公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，能够解决现有方法不能满足配电网馈线自动化终端动态需求的技术问题。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，包括以下步骤：
步骤1：根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型；根据输入的终端信息和通信基站信息，构建终端通信网的网络状态矩阵；
步骤2、根据步骤1所构建的配电网馈线终端无线异构网络模型，分析模型中通信终端在不同运行状态下的通信需求特征；
步骤3、根据步骤2的通信终端在不同运行状态下的通信需求特征，构建层次决策模型，计算馈线通信网络指标的主观权重，通过熵权法计算客观权重，根据相关性原则融合通信网络的主客观指标，计算配电网馈线通信网络的综合权重值；
步骤4、结合步骤3计算获得的配电网馈线通信网络的综合权重值，确定网络状态值，对不同无线网络通信方案进行排序，选择网络状态值较大的无线网络作为馈线自动化终端的通信方案。
而且，所述步骤1的具体步骤包括：
(1)构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型选用时延K、误码率Q、通信带宽W、丢包率T和网络能耗P作为馈线终端通信网络的评估指标：
根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，利用图论构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型，用G(V,E)表示，其中V(G)＝{v1,v2,…vi,…vm}表示通信业务终端节点，vi为第i个终端节点；边集E(G)＝{s1,s2,s3,s4}表示网络中的通信方式，其中sj为第j种通信方式：
Figure BDA0003318789980000031
其中，[K,Q,W,T,P]T表示通信网络的性能参数集合，T(sj,vi)表示在异构通信网络中第i个终端节点选取第j种通信方式，K[T(sj,vi)]、Q[T(sj,vi)]、W[T(sj,vi)]、N[T(sj,vi)]、P[T(sj,vi)]分别表示终端vi在sj通信网络下的时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的参数信息。
(2)对网络状态的影响因素进行标准化处理，在标准化过程中，将网络带宽划分为效益型指标，将时延、丢包率、误码率和网络能耗划分为成本型指标；
δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗在网络性能集合[K,Q,W,T,P]T中的权重系数，可得：
δk+δq+δw+δn+δp＝1 (2)
标准化后的网络性能集合为[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T。
(3)由此可得单个配电网馈线终端vi在t时刻采用sj种通信方式情况下的网络状态值G[T(sj,vi)]作为通信网络质量的评价因素，网络状态值G[T(sj,vi)]如下：
G[T(sj,vi)]＝[δk,δq,δw,δn,δp]×[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T (4)
其中，δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的权重系数，[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T为标准化后的网络性能集合。
而且，所述步骤2的具体步骤包括：
(1)根据馈线自动化终端通信带宽量的动态变化，对通信终端运行状态进行分类，可分为故障状态和正常运行状态。
(2)分别计算不同的馈线自动化通信终端，在两种运行状态下，对通信网络的时延、误码率、带宽和丢包率的需求量。
(3)统计不同通信终端网络需求值的动态变化，得出馈线自动化通信终端的通信需求特征。
而且，所述步骤3的具体步骤包括：
(1)构建层次决策模型为3层结构，目标层元素选取为网络状态值，选取时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗作为属性层元素，选取适配馈线通信终端的无线通信网络作为方案层元素；
(2)根据步骤3第(1)步所构建的层次决策模型，计算配电网馈线终端通信网络指标的主观权重；
(3)通过的熵权法计算馈线终端通信网络指标的客观权重，采用相关性融合的方法求解配电网馈线通信网络的综合权重值，方法如下：
Figure BDA0003318789980000051
其中，θ与ω分别代表配电网馈线通信网络指标的主观权重值和客观权重值，λ代表馈线通信网络指标的综合权重值。确定不同无线网络方案下的馈线通信网络状态值，根据网络状态值大小对不同馈线的通信网络方案进行排序，优先选取网络状态值较大的无线通信网络。
本发明的优点和有益效果：
本发明公开了一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，包括根据预先采集的配电网馈线通信设备信息，构建配电网终端的无线异构通信网络模型；确定配电网馈线通信网络的评估指标，求解反映馈线网络通信能力的通信网络状态值；对配电网馈线终端运行状态进行分类，分析不同状态下馈线终端的通信需求；通过构建馈线终端层次决策模型，求解馈线通信网络的主观权重，通过熵权法确定馈线通信网络的客观权重，采用相关性融合的方法确定馈线网络指标的融合权重；最后求解不同通信方案下的馈线终端网络状态值，确定馈线终端通信切换的网络选择。本发明构建的面向馈线自动化的无线通信网络选择方案，通过多种无线网络的融合切换，保证配电网通信的可靠性，对配电网馈线终端安全稳定运行具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型；根据输入的终端信息和通信基站信息，构建终端通信网的网络状态矩阵；
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型选用时延K、误码率Q、通信带宽W、丢包率T和网络能耗P作为馈线终端通信网络的评估指标：
根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，利用图论构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型，用G(V,E)表示，其中V(G)＝{v1,v2,…vi,…vm}表示通信业务终端节点，vi为第i个终端节点；边集E(G)＝{s1,s2,s3,s4}表示网络中的通信方式，其中sj为第j种通信方式：
Figure BDA0003318789980000061
其中，[K,Q,W,T,P]T表示通信网络的性能参数集合，T(sj,vi)表示在异构通信网络中第i个终端节点选取第j种通信方式，K[T(sj,vi)]、Q[T(sj,vi)]、W[T(sj,vi)]、N[T(sj,vi)]、P[T(sj,vi)]分别表示终端vi在sj通信网络下的时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的参数信息。
(2)对网络状态的影响因素进行标准化处理，在标准化过程中，将网络带宽划分为效益型指标，将时延、丢包率、误码率和网络能耗划分为成本型指标；
δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗在网络性能集合[K,Q,W,T,P]T中的权重系数，可得：
δk+δq+δw+δn+δp＝1 (2)
标准化后的网络性能集合为[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T。
(3)由此可得单个配电网馈线终端vi在t时刻采用sj种通信方式情况下的网络状态值G[T(sj,vi)]作为通信网络质量的评价因素，网络状态值G[T(sj,vi)]如下：
G[T(sj,vi)]＝[δk,δq,δw,δn,δp]×[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T (4)
其中，δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的权重系数，[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T为标准化后的网络性能集合。
在本实施例中，所述步骤1的根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型，根据输入的终端信息和通信基站信息，构建终端通信网的网络状态矩阵的具体步骤包括：
(1)根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，利用图论构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型，用G(V,E)表示，其中V(G)＝{v1,v2,…vi,…vm}表示通信业务终端节点，vi为第i个终端节点；边集E(G)＝{s1,s2,s3,s4}表示网络中的通信方式，其中sj为第j种通信方式：
Figure BDA0003318789980000081
其中[K,Q,W,T,P]T表示通信网络的性能参数集合，T(sj,vi)表示在异构通信网络中第i个终端节点选取第j种通信方式，K[T(sj,vi)]、Q[T(sj,vi)]、W[T(sj,vi)]、N[T(sj,vi)]、P[T(sj,vi)]分别表示终端vi在sj通信网络下的时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的参数信息。
δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗在网络性能集合[K,Q,W,T,P]T中的权重系数，可得：
δk+δq+δw+δn+δp＝1 (2)
对配电网馈线通信网络进行切换决策前，需明确电力通信指标量纲，由于选择的指标属性差异较大，为达到科学的评估结果，需要网络状态的影响因素进行标准化处理。标准化指标包括成本型和效益型两种，其中网络带宽属于效益型指标，其值越大对终端节点的网络状态影响越大。时延、丢包率、误码率和网络能耗属于成本型指标，其值越小对终端节点的网络效果越好。
Figure BDA0003318789980000082
式中，rij为第i个属性的第j个指标的标准化值，r'ij为标准化前的原始数据。
Figure BDA0003318789980000083
和/>
Figure BDA0003318789980000084
分别表示取r'ij的最大值和最小值。标准化后的网络性能集合为[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T。
综上可得单个配电网馈线终端vi在t时刻采用sj种通信方式情况下的网络状态值G[T(sj,vi)]如式(4)所示。
G[T(sj,vi)]＝[δk,δq,δw,δn,δp]×[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T (4)
步骤2、根据步骤1所构建的配电网馈线终端无线异构网络模型，分析模型中通信终端在不同运行状态下的通信需求特征；
所述步骤2的具体步骤包括：
(1)根据馈线自动化终端通信带宽量的动态变化，对通信终端运行状态进行分类，可分为故障状态和正常运行状态。
(2)分别计算不同的馈线自动化通信终端，在两种运行状态下，对通信网络的时延、误码率、带宽和丢包率的需求量。
(3)统计不同通信终端网络需求值的动态变化，得出馈线自动化通信终端的通信需求特征。
在本实施例中，所述步骤2中，配电网馈线终端的状态可以分为正常运行状态和故障状态，配电网故障分为主干联络线故障、环网单元母线故障和用户馈线故障三种，为保证终端运行的可靠性，馈线终端在正常运行状态下对误码率要求较高。
馈线终端在故障状态下需要与相邻节点共同排查故障原因，上传故障代码以及故障信息，接收主站的控制信息，对配电网故障进行自愈，在故障恢复过程中对通信的带宽要求较高。
步骤3、根据步骤2的通信终端在不同运行状态下的通信需求特征，构建层次决策模型，计算馈线通信网络指标的主观权重，通过熵权法计算客观权重，根据相关性原则融合通信网络的主客观指标，计算配电网馈线通信网络的综合权重值。
所述步骤3的具体步骤包括：
(1)构建层次决策模型为3层结构，目标层元素选取为网络状态值，选取时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗作为属性层元素，选取适配馈线通信终端的无线通信网络作为方案层元素；
(2)根据步骤3第(1)步所构建的层次决策模型，计算配电网馈线终端通信网络指标的主观权重；
(3)通过的熵权法计算馈线终端通信网络指标的客观权重，采用相关性融合的方法求解配电网馈线通信网络的综合权重值，方法如下：
Figure BDA0003318789980000101
其中，θ与ω分别代表配电网馈线通信网络指标的主观权重值和客观权重值，λ代表馈线通信网络指标的综合权重值。确定不同无线网络方案下的馈线通信网络状态值，根据网络状态值大小对不同馈线的通信网络方案进行排序，优先选取网络状态值较大的无线通信网络。
在本实施例中，所述步骤3的具体步骤包括：
(1)构建层次决策模型为3层结构，目标层元素选取为网络状态值，选取时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗作为属性层元素，选取适配馈线通信终端的无线通信网络作为方案层元素；
(2)判断矩阵构造，根据专家对各级指标权重进行赋值，并且按照九标度法，两两比较构造判断矩阵。层次排序及一致性检验，根据判断矩阵可以计算其对应的最大特征值λmax和它的特征向量θ即配电网馈线通信网络指标的主观权重值，判断矩阵的一致性指标CI如下式所示：
Figure BDA0003318789980000111
式中：n为矩阵的阶数，λmax是矩阵最大特征值。
熵权法是对标准化后的指标数据进行熵值计算，第i个专家对第j个指标的熵值所示：
Figure BDA0003318789980000112
其中Hj为所求的熵值，j＝1,2…n，rij是标准化后的指标值。
当uij＝0，则令uijlnuij＝0，计算出第j个指标的熵值权重如下式：
Figure BDA0003318789980000113
ωj(j＝1,2…n)分别代表配电网馈线通信网络指标的客观权重值。
由于AHP存在主观性因素，而熵权法缺少专家经验而无法反应评估指标在实际通信网络中重要程度，因此根据相关性原则将融合两类权重，得到更科学的综合权重，如下公式所示：
Figure BDA0003318789980000114
其中θ与ω分别代表配电网馈线通信网络指标的主观权重值和客观权重值，λ代表馈线通信网络指标的综合权重值。
步骤4、结合步骤3计算获得的配电网馈线通信网络的综合权重值，确定网络状态值，对不同无线网络通信方案进行排序，选择网络状态值较大的无线网络作为馈线自动化终端的通信方案。
在本实施例中，根据网络状态值大小对不同馈线的通信网络方案进行排序，网络状态值较大表明当前网络通信效果偏优，反映了配电网馈线终端的通信能力。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (2)

1.一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型；根据输入的终端信息和通信基站信息，构建终端通信网的网络状态矩阵；
步骤2、根据步骤1所构建的配电网馈线终端无线异构网络模型，分析模型中通信终端在不同运行状态下的通信需求特征；
步骤3、根据步骤2的通信终端在不同运行状态下的通信需求特征，构建层次决策模型，计算馈线通信网络指标的主观权重，通过熵权法计算客观权重，根据相关性原则融合通信网络的主客观指标，计算配电网馈线通信网络的综合权重值；
步骤4、结合步骤3计算获得的配电网馈线通信网络的综合权重值，确定网络状态值，对不同无线网络通信方案进行排序，选择网络状态值较大的无线网络作为馈线自动化终端的通信方案；
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型选用时延K、误码率Q、通信带宽W、丢包率T和网络能耗P作为馈线终端通信网络的评估指标：
根据预先采集的配电网馈线通信的设备信息，利用图论构建配电网馈线终端的电力无线异构通信网络模型，用G(V,E)表示，其中V(G)＝{v1,v2,…vi,…vm}表示通信业务终端节点，vi为第i个终端节点；边集E(G)＝{s1,s2,s3,s4}表示网络中的通信方式，其中sj为第j种通信方式：
Figure FDA0004200128170000021
其中，[K,Q,W,T,P]T表示通信网络的性能参数集合，T(sj,vi)表示在异构通信网络中第i个终端节点选取第j种通信方式，K[T(sj,vi)]、Q[T(sj,vi)]、W[T(sj,vi)]、N[T(sj,vi)]、P[T(sj,vi)]分别表示终端vi在sj通信网络下的时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的参数信息；
(2)对网络状态的影响因素进行标准化处理，在标准化过程中，将网络带宽划分为效益型指标，将时延、丢包率、误码率和网络能耗划分为成本型指标；
δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗在网络性能集合[K,Q,W,T,P]T中的权重系数，可得：
δk+δq+δw+δn+δp＝1 (2)
标准化后的网络性能集合为[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T；
(3)由此可得单个配电网馈线终端vi在t时刻采用sj种通信方式情况下的网络状态值G[T(sj,vi)]作为通信网络质量的评价因素，网络状态值G[T(sj,vi)]如下：
G[T(sj,vi)]＝[δk,δq,δw,δn,δp]×[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T (4)
其中，δk、δq、δw、δn、δp分别为通信网络属性时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗的权重系数，[Knc,Qnc,Wnb,Tnc,Pnc]T为标准化后的网络性能集合；
所述步骤3的具体步骤包括：
(1)构建层次决策模型为3层结构，目标层元素选取为网络状态值，选取时延、误码率、通信带宽、丢包率和网络能耗作为属性层元素，选取适配馈线通信终端的无线通信网络作为方案层元素；
(2)根据步骤3第(1)步所构建的层次决策模型，计算配电网馈线终端通信网络指标的主观权重；
(3)通过的熵权法计算馈线终端通信网络指标的客观权重，采用相关性融合的方法求解配电网馈线通信网络的综合权重值，方法如下：
Figure FDA0004200128170000031
其中，θ与ω分别代表配电网馈线通信网络指标的主观权重值和客观权重值，λ代表馈线通信网络指标的综合权重值；确定不同无线网络方案下的馈线通信网络状态值，根据网络状态值大小对不同馈线的通信网络方案进行排序，优先选取网络状态值较大的无线通信网络。
2.根据权利要求1所述的一种面向馈线自动化实时控制的无线异构通信网络切换方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：
(1)根据馈线自动化终端通信带宽量的动态变化，对通信终端运行状态进行分类，可分为故障状态和正常运行状态；
(2)分别计算不同的馈线自动化通信终端，在两种运行状态下，对通信网络的时延、误码率、带宽和丢包率的需求量；
(3)统计不同通信终端网络需求值的动态变化，得出馈线自动化通信终端的通信需求特征。
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