CN117318071B - 一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统及方法，包括：资源调控层、聚合传输层和负荷终端层；负荷终端层，分别与各终端设备连接，用于采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，同时，向各终端设备下发控制指令或将融合后的信息传输至聚合传输层；聚合传输层，用于将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，并将调控资源层下发的控制指令传输至负荷终端层；调控资源层，用于基于融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并将控制指令传输至聚合传输层。本发明可实现连接稳定和高传输速率的统一，同时也满足较高的数据采集和传输速率要求，也可应对复杂多变的信道传输场景。

Description

一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统及方法
技术领域
本发明涉及电力调控领域，具体涉及一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统及方法。
背景技术
电力通信系统与电网运行有重要联系，电力通信系统稳定、高效能够保障电网运行更加安全可靠，而在电力通信系统中运用无线专网能够使电力通信系统更具智能化，也能保障电网运行的安全性。电力无线专网技术能够提高电力通信的工作效率，同时硬件资源得到充分利用，运用无线专网技术也可以有效降低设备投入，比传统的配用电通信更加方便；布线系统简单，所提供的通信网络更加稳定，提高信息通道传输速度。
传统的电力负荷管理方法以限电为目的对负荷资源进行监视与调控，而新型电力负荷管理系统坚持需求响应优先，充分利用需求侧的资源，让用户主动参与负荷管理，这可以提高电能质量，使电力资源的利用率最大化。这就对电力用户的覆盖率与采集率提出了新的要求。传统信息采集方法又难以将所有电力用户的信息在短时间内采集、所采集的信息缺乏完整性等缺点。
例如申请号为202110268635.X，名称为一种230MHz与1800MHz电力无线专网融合组网方法和系统的申请，如图2所示，使用两个特殊的控制分离器，即接入控制分离管理器和传输控制分离管理器，将230MHz与1800MHz两个频段的无线专网分为两个独立的网络并有效结合这两种独立网络的各自优势。具体来讲，接入控制分离管理器，用于将获取的230MHz基站与1800MHz基站发送的S1-MME控制数据分别发往不同的MME协议栈或MME信令控制器，再根据MME处的MME信令控制器的指令选择对应的用户数据协议；传输控制分离管理器，用于根据接入控制器选择的用户数据协议将S1-U用户数据发送到相关协议栈以完成传输。本发明实现了核心网的集成，集成后的网络系统的数据传输速率得到了显著提高，并且提高了网络的可靠性以及覆盖范围。但通信模式和频段单一，没有解决传统230MHz与1800MHz电力无线专网带宽受限的问题。
例如申请号为201911099873.1，名称为一种电力无线专网的中继选择、频率分配方法及装置的申请，如图3所示，根据其接收到的业务请求从众多终端设备中选择最合适的终端设备进行连接，而并非将处于基站覆盖范围作为选择中继设备的唯一标准，通过这种方法建立的中继连接，保证了后续业务传输时的传输质量。频率分配的方法是：首先对未反馈频率资源的中继接入请求进行优先级排序；然后按照所述优先级排序从高到低的顺序，对各未反馈频率资源的中继接入请求执行。该方案通过中继选择和频率分配虽然能保障传输质量，但组网效率相对低下，还令时延大大提高，不能满足组网实时性要求。另外，传统电网无线专用一直存在带宽限制，终端上传数据有限，传输速率较低。
传统的电力负荷管理方法还通过移峰填谷实现对负荷资源的调控，但该方法通信速率低，面对灵活多变的负载场景不能实现很好的资源利用，影响用电侧的工作效率。因此，通过收集电力用户信息从而实现动态电力负荷分配的方案相较于静态方案更适合灵活多变的负荷场景。但当前方案采用的设备多为频段或模态单一的微波、毫米波传输设备，无法满足较高的数据采集和传输速率要求，也无法应对复杂多变的信道传输场景，无法实现连接稳定和高传输速率的统一。此外，由于无线信道的开放性，在传输数据时易受到非法用户的窃听和篡改，现有的方案大多基于方向调制，这的确可以让接收端在期望的方向上获得较高的安全容量，但在其他方向，很大可能会增加误码率；并且没有考虑窃听者的随机分布特性，因此亟需一种有效方案以获得较高安全性。
发明内容
为了解决现有技术无法实现连接稳定和高传输速率的统一的问题，本发明提出了一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统，包括：资源调控层、聚合传输层和负荷终端层；
所述负荷终端层，分别与各终端设备连接，用于采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，向各终端设备下发控制指令或将融合后的信息传输至聚合传输层；
所述聚合传输层，用于将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，并将所述调控资源层下发的控制指令传输至负荷终端层；
所述调控资源层，用于基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并将所述控制指令传输至所述聚合传输层。
可选的，所述负荷终端层，包括：多个智慧单元和集线器；
每个智慧单元与其中一个观测目标连接，用于采集观测目标的数据；
所述多个智慧单元均与所述集线器连接。
可选的，所述聚合传输层，包括：多模态微波系统、多模态毫米波系统和频段自适应切换系统；
所述多模态毫米波系统，用于根据信道状态选择传输频段，若负荷终端与所述调控资源层距离小于设定阈值，则将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，否则将负荷终端层采集的信息传输至微波设备；
所述多模态微波系统，用于根据信道状态选择传输频段，将微波设备中的信息通过安全传输技术传输至调控资源层；
所述频段自适应切换系统，用于根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。
再一方面本发明还提供了一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控方法，包括：
通过负荷终端层采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，得到融合信息；
通过聚合传输层将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层；
通过调控资源层基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并基于所述控制指令控制所述聚合传输层。
可选的，所述通过负荷终端层采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，得到融合信息，包括：
通过与观测目标连接的智慧单元采集观测目标的数据，并对所述观测目标的数据进行特征提取，并对提取的特征矢量进行识别，得到智慧单元的数据标注以及目标的说明数据；
将各智慧单元的目标的说明数据按照同一目标进行分组；
通过集线器采用融合算法将同一组的智慧单元采集的观测目标的数据进行合成，得到观测目标的一致性解释与描述；
由所述观测目标的一致性解释与描述作为融合信息。
可选的，所述通过聚合传输层将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，包括：多模态微波系统、多模态毫米波系统和频段自适应切换系统；
通过聚合传输层中的多模态毫米波系统根据信道状态选择传输频段，若负荷终端与调控资源层距离小于设定阈值，则将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，否则将负荷终端层采集的信息传输至微波设备；
通过聚合传输层中的多模态微波系统根据信道状态选择传输频段，将微波设备中的信息通过安全传输技术传输至调控资源层；
通过聚合传输层中的频段自适应切换系统根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。
可选的，所述将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，包括：
将负荷终端层采集的信息通过预先构建的窃听信道模型；
计算预先构建的窃听信道模型的合法信道中冲击响应欧式距离，并合并合法信道中冲击响应欧式距离最小的子信道，提升合法信道的可达速率；
将人工噪声插入到预先构建的窃听信道模型的发射信号中，将负荷终端层采集的信息进行安全性传输；
其中，预先构建的窃听信道模型是由发射端、主信道、接收端、窃听信道和窃听端构建的。
可选的，所述预先构建的窃听信道模型包括：发射端、主信道、接收端、窃听信道和窃听端；
所述发射端与所述接收端通过所述主信道传输保密信息；
所述窃听端通过所述窃听信道窃听所述主信道传输的保密信息。
再一方面，本申请还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；
处理器，用于执行一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的一种电力负荷调控方法。
再一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的一种电力负荷调控方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统，包括：资源调控层、聚合传输层和负荷终端层；所述负荷终端层，分别与各终端设备连接，用于采集各终端设备信息，并将信各终端设备信息融合，同时，向各终端设备下发控制指令或将融合后的信息传输至聚合传输层；所述聚合传输层，用于将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，并将所述调控资源层下发的控制指令传输至负荷终端层；所述调控资源层，用于基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并将所述控制指令传输至所述聚合传输层。本发明可实现连接稳定和高传输速率的统一，同时也满足较高的数据采集和传输速率要求，也可应对复杂多变的信道传输场景。
附图说明
图1为高速无线专用传输组网场景；
图2为现有技术中电力无线专网融合组网系统核心网组网结构示意图；
图3为现有技术中电力无线专网的频率分配方法的具体示例的流程图；
图4为本发明的一种电力负荷调控系统结构示意图；
图5为本发明的多传感器融合技术处理流程示意图；
图6为本发明的多模微波/毫米波组网方案总体架构图；
图7为本发明的室内多点多模双频段组网方案示意图；
图8为本发明的信道变化时的变化情况示意图；
图9为本发明的窃听信道模型示意图；
图10为本发明的信号发送端和合法接收端同时产生人工噪声的安全通信模型图。
具体实施方式
毫米波通信因其高带宽特性而备受瞩目，同时，毫米波频段的使用相对较少，干扰较低，可以使通信更加稳定可靠。然而由于毫米波信号容易受到障碍物和大气吸收影响的特性比较适用于短距离通信场景，如室内通信和局部无线网络。微波信号则相对稳定，有较强的抗干扰性，可以实现广域覆盖，适用于建立较大范围的通信网络以及长距离复杂通信场景。将二者融合，不仅可以实现更高的传输速率和容量，还可以更加稳定、安全的满足各种通信场景需求。因此，电力负荷管理终端多模态无线组网技术能促进新能源消纳，降低环境污染，保障新型电力系统安全稳定运行。
本发明考虑针对电力无线专网系统中的负荷调控业务优化，特别是电力负荷管理用户终端信息采集问题，设计微波/毫米波多模态组网方案，如图1所示。电力用户分布广泛且场景复杂，目前国内已有的毫米波或者微波数传设备存在频段和模态单一、不能适应复杂多变的应用环境等问题，因此采用复合组网方案。对于室外高塔或楼顶间等的骨干长距离传输，采用广域覆盖、抗干扰能力强的微波通信；对于室内短距离传输，采用高频带、稳定可靠的毫米波通信，以满足电力无线专网远距离、高速率的传输需求。同时，在上述系统中融合自适应频率切换技术，实现点到点或者点到多点的灵活配置和高速数据传输，保障系统网络中电力用户的高覆盖率和采集率。面对不同传输环境的差异性，设计多跳组网技术，实现大尺度到小尺度的无缝衔接。
本发明针对电力无线专网海量接入用户场景，用于更加高效可靠地采集终端信息，以智能化调控电力负荷。不同于传统的230MHz或1.8GHz电力无线专网，本发明采用微波/毫米波无线传输技术，提出一种新的负载管理终端接入方案，提升电力负荷调控业务承载能力。本发明同时引入多频段传输和自适应切换技术，实现无线电力专网的远距离、高速率传输和点对点数据传输。针对复杂传输场景，设计多跳组网方案，实现传输大尺度与小尺度无缝衔接。
实施例1：
一种电力负荷调控系统，如图4所示，包括：资源调控层、聚合传输层和负荷终端层；
所述负荷终端层，分别与各终端设备连接，用于采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，向各终端设备下发控制指令或将融合后的信息传输至聚合传输层；
所述聚合传输层，用于将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，并将所述调控资源层下发的控制指令传输至负荷终端层；
所述调控资源层，用于基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并将所述控制指令传输至所述聚合传输层。
进一步的，所述负荷终端层，包括：多个智慧单元和集线器；
每个智慧单元与其中一个观测目标连接，用于采集观测目标的数据；
所述多个智慧单元均与所述集线器连接。在本实施例中智慧单元采用主动响应型智慧能源单元。集线器将多个智慧单元汇聚到一个单一的终端，使信息的收发更加便捷和高效。
本发明总体流程图如图4所示。总体上分为三层，即资源调控层、聚合传输层、负荷终端层。
首先，多元负荷调控终端支持多协议多场景应用，采取多跳接入技术，通过主动响应型的智慧能源单元实现商业楼宇、储能、充电桩等多业务不同类型的用电设备、传感设备的互联与信息感知。
同时可实时响应多元负荷终端下发的调控指令。
然后，前端设备采集后对用电信息进行聚合传输，利用多模微波/毫米波系统，对商业楼宇、储能、充电桩等场景下海量离散负荷资源进行采集和汇聚，此系统兼容多设备物理接口，支持多协议接入。通过上述步骤，终端用电信息能快速、实时、高效地传到调控调度层，最终实现快速高效负荷调控。
为了更好地管理多个智慧能源单元，本发明采用集线器技术，将它们汇聚到一个单一的终端，使信息的收发更加便捷和高效。这项技术的应用为电力负荷调控系统的顺畅运行提供了可靠的数据接入和传输解决方案。
进一步的，聚合传输层，包括：多模态微波系统、多模态毫米波系统和频段自适应切换系统；
所述多模态毫米波系统，用于根据信道状态选择传输频段，若负荷终端与所述调控资源层距离小于设定阈值，则将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，否则将负荷终端层采集的信息传输至微波设备；
所述多模态微波系统，用于根据信道状态选择传输频段，将微波设备中的信息通过安全传输技术传输至调控资源层；
所述频段自适应切换系统，用于根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。
前端调控设备数据融合技术应用：
前端传感器融合技术是利用计算机技术，将来自多传感器或多源的信息和数据以一定的准则进行自动分析和综合，并完成所需的决策和估计而进行的信息处理过程。具体而言，多传感器融合技术如图5所示，主要分为4个步骤。
S1:多个不同类型的传感器（主动响应型智慧能源单元或视频设备）收集观测目标的数据；
S2:对传感器的输出数据（离散或连续的时间函数数据，输出矢量，成像数据或一个直接的属性说明）进行特征提取，并对提取的特征矢量进行识别处理，完成各传感器的数据标注以及关于目标的说明数据；
S3:将各传感器关于目标的说明数据按照同一目标进行分组，即关联；
S4:利用融合算法将目标的各传感器数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。
为实现保供电，安装主动响应型智慧能源单元和视频监控设备作为电力负荷调控的终端设备，具有数据量大、并发程度高的特点，提升承载能力，实现更智能的电力负荷调控。上述设备在新型电力负荷管理系统中发挥着核心作用。然而，这些设备的引入可能会对通信传输网络产生巨大的压力。因此，设计高速率、高可靠性以及低时延的电力无线专网显得尤为重要。
为了满足保供视频指挥需要，本系统支持视频设备拟接入多种类型摄像机；其中，智慧能源单元发挥了重要作用。
S1:智慧能源单元基于先进技术进行能源管理和监控的概念,利用传感器和网络通信技术实现对能源的智能监控和调节,从而提高能源利用效率,减少能源浪费；
S2:通过前端多传感器融合技术，在前端原始层将每个传感器作为一部分融合成一个单一的传感器，从整体上考虑信息，对数据进行融合使其具有关联性，
S3:然后利用感知算法对融合后的多维综合数据进行感知分析，并输出处理结果。根据不同功能需求进行数据处理的前端多传感器融合技术将为室内室外多种高效负荷调控提供可靠的数据支撑。
基于多模微波/毫米波系统的多业务多跳接入技术：
多个智慧单元根据业务优先级接入传输系统，在获得充足可靠的数据之后，构建多模多频段融合的电力无线专网方案，即多模微波/毫米波组网方案，总体架构图如图6所示。
S1:为了实现短距离传输，根据电力专网终端海量高并发的特点，设计干扰较少的多模态毫米波通信方案。前端各类智慧终端采集的电力信息可根据信道状态灵活选择60GHz或5.8GHz频段传输汇聚的信息可直接传输至调控资源层，若与处理中心距离较远，则转发至微波设备进而发送到上层。
S2:为了实现长距离传输，满足电力专网远距离通信需求，设计多模态微波通信方案。前端各类智慧终端采集的电力信息可根据信道状态灵活选择6GHz或11GHz频段传输。由微波设备汇聚的信息可直接传输至负荷调控层。
S3:为了保障电力信息传输过程中频段的灵活切换，设计频段自适应切换技术。以传输速率为判决门限，确保提供稳定的通信连接，同时还考虑了因抖动导致频段的频繁切换问题。通过大尺度和小尺度的无缝衔接，有效降低有线布设的成本。
S4:针对复杂场景，考虑到各类智慧终端高并发的特点，摒弃传统的单一的点对点通信方式，设计多跳组网技术，多个设备之间可以通过多个中继节点进行通信。采用主节点+中继节点+终端节点的方式，支持较多并发用户的接入。以满足电力负荷调控业务快速数据采集的需求，实现负荷调控业务、视频传输业务和传统的低速率等通信设备的接入，提高传输的灵活性和可靠性。
对于长距离骨干传输，采用微波频段通信，本发明拟采用频段为6-13GHz，最大业务吞吐量单向2.2Gbps，传输距离最远40km，信道带宽5-112MHz，调制方式为4QAM-4096QAM自适应调制，完全能够满足4G网络LTE基站业务回传、5G建设前期基站回传WLAN无线传输等无线通信应用。可根据信道状况选择6GHz频段或11GHz频段，两者性能对比如表1所示。
表1 6GHz频段与11GHz频段性能对比
6GHz频段系统 11GHz频段系统
最高调制阶数 4096QAM 2048QAM
带宽 5-112MHz 3.5-56MHz
功耗 100W 65W
重量 8kg 6.5kg
双工方式 FDD FDD
同步协议 PTP PTP
对于室内短距传输，采用毫米波频段通信。本发明设计室内多点多模双频段组网方案如图7所示，由多个中继节点收集来自终端节点的数据，并将其向主节点传输。两次传输过程皆采用5.8Ghz和60Ghz的双频段组网方案。传输过程中需要实时根据信道状况和通信速率需求选择合适的频段进行传输，在60Ghz频段能够建立稳定连接的情况时选择60Ghz，否则选择5.8Ghz保证连接。
所述频段自适应切换系统，用于根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。下面对自适应切换技术做进一步介绍：
具体步骤如下：
S1:得到节点间的传输速率表达式。
每个节点之间的传输速率满足：
式中，的值大于0，指节点i与节点j之间的通信速率，为通道直接增益，为j的传输功率，为均值为零的高斯噪声。为节点i与节点j之间的路径损耗。
S2：得到频段切换的判决条件。
切换频段所依据的条件即的大小，设某一传输速率门限值，当衰减至说明信道条件不再能为60Ghz提供稳定的通信连接，需要切换5.8G，选择频段可表示为：
(2)
S3:考虑信道状态的抖动，优化判决式。
考虑到信道变化不一定平滑，使得的变化也会出现抖动，即理想状态下的为图8中的线，当信道变化存在抖动时的变化为x线。
在该情况下，假设=31，即图中◇线时，在t=1.5至t=3的过程中会因抖动导致频段的频繁切换。为了缓解这个问题，设定高门限速率和低门限速率，且>。当处于5.8Ghz时，大于才会切换至60Ghz，当处于60Ghz，小于才会切换至5.8Ghz，即将式（2）改进为:
(3)
多模态毫米波系统和多模态微波系统，均通过安全传输技术进行信息传输，下面对安全传输技术做详细介绍：
由于无线信道的开放性，使得通信系统在进行无线传输时易受到非法用户的恶意窃听或篡改，针对这一问题，设计安全传输方案如下：
S1: 构造窃听信道模型。
窃听信道模型如图9所示，该模型由三个部分组成：一个合法发射端、一个合法接收端和一个潜在窃听端，其中发射端向接收端发送保密信息，窃听端试图窃听发射端发送的保密信息。
已证明当合法链路的信道质量优于窃听链路的信道质量时，合法节点之间可在不依靠密钥的基础上实现完全保密通信，并且能够达到的最大速率被称为安全容量，用于衡量合法用户通信的安全性能指标，数学上可以表示为：
（4）
其中和分别表示合法链路和窃听链路的互信息。在此基础上，Leung和Hellman提出了高斯窃听信道模型，安全容量的表达式可以简化为：
（5）
式中，为安全容量，和分别表示主链路和窃听链路的信息容量。表示源端发射功率，和分别表示目的端和窃听端的噪声功率。
S2: 天线分组
天线间距应适当拉开以保证发射、接收信号的相互独立性，因此建立一个子信道矩阵的相关系数，通过设计天线分组算法，令所有分组的相关系数之和最小，以达到最优分组方案。以最小化相关系数为目标函数，进行分组优化。将该优化问题表达为如下公式：
（6）
其中，用代表两子信道之间的相关系数，和代表子信道i和j，Z代表天线组数，表示组内天线数。
对于远方某一终端，基站会分出来一部分天线与其通信，这部分天线在转发其他信号时相当于中继。在双方通信时，对每一组组内天线发射的信号进行时域交织，然后选定特定的分组和特定的用户进行通信。对安全等级较低的中继而言，中继的天线数量是小于基站的天线数量。在这种情况下，基站天线利用信道状态信息的随机性进行分组，并进行时域交织。此时，中继无法获得天线组合列表，进而无法解时域交织，因此也无法进行解码。
从整个系统角度分析，相互叠加的空时信号对协作中继来说是一种干扰，而对通信匹配对双方来说，这完全可以解码。天线分组方案在降低信道相关性的同时，相当于恶化了中继窃听信道，增大了合法信道对非法信道的优势，进而提高系统安全性能。通过合并子信道可以提升合法信道的可达速率。此时，由于窃听信道的随机性，窃听方的可达速率不会升高，因此所提天线分组方法能提升系统安全速率。
S3: 添加人工噪声
窃听者不是单一存在的，而是随机分布在目标发射接受点周围实施窃听过程，如果窃听者的位置比合法接收者更加靠近发送端，就会造成短距离拦截问题。在这种情况下，由于窃听者接收增益相较于合法接收者会更大，即使使用空间波束成形也很难获得满意的安全性能，可以选择将人工噪声被插入到发射信号中以迷惑窃听者。值得注意的是，合法发送端和合法接收端都可以产生人工噪声，如图10所示。
人工噪声设计的关键在于避免干扰泄漏到合法接收者端的同时影响窃听者端的接收信号。通过借助大规模天线阵列提供的空间自由度，利用波束成形的方式来联合调整人工噪声和传输信号的方向，从而提高通信系统的安全性。
本发明具有以下有益效果：
通过多模态融合和自适应切换等，在高传输要求、复杂信道条件下实现智慧能源单元的快速可靠接入，高效传输电力负荷调控。
通过多频段融合和多跳组网等，在多尺度传输距离、低时延高可靠传输要求下实现远近分布的多种智慧能源单元的无缝交互，增强负荷调控的效率和性能。
通过天线分组和添加人工噪声等，在无线信道易受到非法窃听的前提下，降低窃听者的信干燥比，实现鲁棒性的最大安全速率，进一步增强毫米波通信安全性。
实施例2：
基于同一发明构思的本发明还提供了一种电力负荷调控方法，包括：
通过负荷终端层采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，得到融合信息；
通过聚合传输层将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层；
通过调控资源层基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并基于所述控制指令控制所述聚合传输层。
进一步的，所述通过负荷终端层采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，得到融合信息，包括：
通过与观测目标连接的智慧单元采集观测目标的数据，并对所述观测目标的数据进行特征提取，并对提取的特征矢量进行识别，得到智慧单元的数据标注以及目标的说明；
通过集线器采用融合算法将观测目标的智慧单元采集的观测目标的数据进行合成，得到观测目标的一致性解释与描述；
由所述观测目标的一致性解释与描述作为融合信息。
进一步的，所述通过聚合传输层将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，包括：
通过聚合传输层中的多模态毫米波系统根据信道状态选择传输频段，若负荷终端与调控资源层距离小于设定阈值，则将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，否则将负荷终端层采集的信息传输至微波设备；
通过聚合传输层中的多模态微波系统根据信道状态选择传输频段，将微波设备中的信息通过安全传输技术传输至调控资源层；
通过聚合传输层中的频段自适应切换系统根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。
下面对自适应切换技术做进一步介绍：
为了保障电力信息传输过程中频段的灵活切换，设计频段自适应切换技术。以传输速率为判决门限，确保提供稳定的通信连接，同时还考虑了因抖动导致频段的频繁切换问题。通过大尺度和小尺度的无缝衔接，有效降低有线布设的成本。
具体步骤如下：
S1:得到节点间的传输速率表达式
每个节点之间的传输速率满足：
式中，的值大于0，指节点i与节点j之间的通信速率，为通道直接增益，为j的传输功率，为均值为零的高斯噪声。为节点i与节点j之间的路径损耗。
S2：得到频段切换的判决条件
切换频段所依据的条件即的大小，设某一传输速率门限值，当衰减至说明信道条件不再能为60Ghz提供稳定的通信连接，需要切换5.8G，选择频段可表示为：
(5)
S3:考虑信道状态的抖动，优化判决式
考虑到信道变化不一定平滑，使得的变化也会出现抖动，即理想状态下的为图8中的线，当信道变化存在抖动时的变化为x线。
在该情况下，假设=31，即图中的◇线时，在t=1.5至t=3的过程中会因抖动导致频段的频繁切换。为了缓解这个问题，设定高门限速率chigh和低门限速率clow，且chigh>clow。当处于5.8Ghz时，大于chigh才会切换至60Ghz，当处于60Ghz，小于clow才会切换至5.8Ghz，即将式（2）改进为:
(6)
进一步的，所述将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，包括：
将负荷终端层采集的信息代入预先构建的窃听信道模型；
计算预先构建的窃听信道模型的主信道中冲击响应欧式距离，并合并主信道中冲击响应欧式距离最小的子信道；
将人工噪声插入到预先构建的窃听信道模型的发射信号中，将负荷终端层采集的信息进行安全性传输；
其中，预先构建的窃听信道模型是由发射端、主信道、接收端、窃听信道和窃听端构建的。
进一步的，所述预先构建的窃听信道模型包括：发射端、主信道、接收端、窃听信道和窃听端；
所述发射端与所述接收端通过所述主信道传输保密信息；
所述窃听端通过所述窃听信道窃听所述主信道传输的保密信息。
下面对安全传输技术做具体介绍：
S1: 构造窃听信道模型
窃听信道模型如图9所示，该模型由三个部分组成：一个合法发射端、一个合法接收端和一个潜在窃听端，其中发射端向接收端发送保密信息，窃听端试图窃听发射端发送的保密信息。
已证明当合法链路的信道质量优于窃听链路的信道质量时，合法节点之间可在不依靠密钥的基础上实现完全保密通信，并且能够达到的最大速率被称为安全容量，用于衡量合法用户通信的安全性能指标，数学上可以表示为：
（4）
其中，I(X；Y)和I(X；E)分别表示合法链路和窃听链路的互信息。在此基础上，Leung和Hellman提出了高斯窃听信道模型，安全容量的表达式可以简化为：
（5）
S2: 天线分组
天线间距应适当拉开以保证发射、接收信号的相互独立性，因此建立一个子信道矩阵的相关系数，通过设计天线分组算法，令所有分组的相关系数之和最小，以达到最优分组方案。以最小化相关系数为目标函数，进行分组优化。将该优化问题表达为如下公式：
（6）
其中，用代表两子信道之间的相关系数，和代表子信道i和j，Z代表天线组数，表示组内天线数。
对于远方某一终端，基站会分出来一部分天线与其通信，这部分天线在转发其他信号时相当于中继。在双方通信时，对每一组组内天线发射的信号进行时域交织，然后选定特定的分组和特定的用户进行通信。对安全等级较低的中继而言，中继的天线数量是小于基站的天线数量。在这种情况下，基站天线利用信道状态信息的随机性进行分组，并进行时域交织。此时，中继无法获得天线组合列表，进而无法解时域交织，因此也无法进行解码。
从整个系统角度分析，相互叠加的空时信号对协作中继来说是一种干扰，而对通信匹配对双方来说，这完全可以解码。天线分组方案在降低信道相关性的同时，相当于恶化了中继窃听信道，增大了合法信道对非法信道的优势，进而提高系统安全性能。通过合并子信道可以提升合法信道的可达速率。此时，由于窃听信道的随机性，窃听方的可达速率不会升高，因此所提天线分组方法能提升系统安全速率。
S3: 添加人工噪声
窃听者不是单一存在的，而是随机分布在目标发射接受点周围实施窃听过程，如果窃听者的位置比合法接收者更加靠近发送端，就会造成短距离拦截问题。在这种情况下，由于窃听者接收增益相较于合法接收者会更大，即使使用空间波束成形也很难获得满意的安全性能，可以选择将人工噪声被插入到发射信号中以迷惑窃听者。值得注意的是，合法发送端和合法接收端都可以产生人工噪声，如图10所示。
人工噪声设计的关键在于避免干扰泄漏到合法接收者端的同时影响窃听者端的接收信号。通过借助大规模天线阵列提供的空间自由度，利用波束成形的方式来联合调整人工噪声和传输信号的方向，从而提高通信系统的安全性。
本发明根据传输场景，将室外和室内划分至多模态微波系统和多模态毫米波系统，在确保传输稳定的前提下尽可能提高传输速率，实现了电力负荷系统的快速调控。
此外，本发明还分别对多模态微波系统和多模态毫米波系统确定各自的多频段组网方案，解决了当前市场上已有的微波、毫米波设备的频段和模态单一的问题，实现多种设备、不同通信设备间的无缝切换。
实施例3：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种电力负荷调控方法的步骤。
实施例4：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质（Memory），所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM 存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种电力负荷调控方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在发明待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控系统，其特征在于，包括：资源调控层、聚合传输层和负荷终端层；
所述负荷终端层，分别与各终端设备连接，用于采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，向各终端设备下发控制指令或将融合后的信息传输至聚合传输层；
所述聚合传输层，用于将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，并将所述调控资源层下发的控制指令传输至负荷终端层；
所述调控资源层，用于基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并将所述控制指令传输至所述聚合传输层；
所述聚合传输层，包括：多模态微波系统、多模态毫米波系统和频段自适应切换系统；
所述多模态毫米波系统，用于根据信道状态选择传输频段，若负荷终端与所述调控资源层距离小于设定阈值，则将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，否则将负荷终端层采集的信息传输至微波设备；
所述多模态微波系统，用于根据信道状态选择传输频段，将微波设备中的信息通过安全传输技术传输至调控资源层；
所述频段自适应切换系统，用于根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负荷终端层，包括：多个智慧单元和集线器；
每个智慧单元与其中一个观测目标连接，用于采集观测目标的数据；
所述多个智慧单元均与所述集线器连接。
3.一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控方法，其特征在于，包括：
通过负荷终端层采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，得到融合信息；
通过聚合传输层将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层；
通过调控资源层基于所述融合后的信息生成各终端设备的控制指令，并基于所述控制指令控制所述聚合传输层；
所述通过聚合传输层将融合后的信息采用多业务多跳接入技术和安全传输技术传输至调控资源层，包括：
通过聚合传输层中的多模态毫米波系统根据信道状态选择传输频段，若负荷终端与调控资源层距离小于设定阈值，则将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，否则将负荷终端层采集的信息传输至微波设备；
通过聚合传输层中的多模态微波系统根据信道状态选择传输频段，将微波设备中的信息通过安全传输技术传输至调控资源层；
通过聚合传输层中的频段自适应切换系统根据传输速率和判决门限对传输频段采用自适应切换技术进行切换。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过负荷终端层采集各终端设备信息，并将各终端设备信息融合，得到融合信息，包括：
通过与观测目标连接的智慧单元采集观测目标的数据，并对所述观测目标的数据进行特征提取，并对提取的特征矢量进行识别，得到智慧单元的数据标注以及目标的说明数据；
将各智慧单元的目标的说明数据按照同一目标进行分组；
通过集线器采用融合算法将同一组的智慧单元采集的观测目标的数据进行合成，得到观测目标的一致性解释与描述；
由所述观测目标的一致性解释与描述作为融合信息。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将负荷终端层采集的信息通过安全传输技术传输至调控资源层，包括：
将负荷终端层采集的信息代入预先构建的窃听信道模型；
计算预先构建的窃听信道模型的主信道中冲击响应欧式距离，并合并主信道中冲击响应欧式距离最小的子信道；
将人工噪声插入到预先构建的窃听信道模型的发射信号中，将负荷终端层采集的信息进行安全性传输；
其中，预先构建的窃听信道模型是由发射端、主信道、接收端、窃听信道和窃听端构建的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预先构建的窃听信道模型包括：发射端、主信道、接收端、窃听信道和窃听端；
所述发射端与所述接收端通过所述主信道传输保密信息；
所述窃听端通过所述窃听信道窃听所述主信道传输的保密信息。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求3至6中任一项所述的一种基于高速无线传输网络的电力负荷调控方法。
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