CN117811614A - 一种中压电力载波通信系统网络优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于网络优化技术领域，具体为一种中压电力载波通信系统网络优化方法，包括具体步骤如下：通过梯度优化方法对中压电力载波通信进行一次优化，通过组网优化方法对中压电力载波通信进行一次优化，通过otn优化方法对中压电力载波通信进行一次优化，所述梯度优化方法的流程如下：分析BPP模型中断概率，分析通信网络传输能力，梯度搜索网络优化，本发明通过梯度优化方法、组网优化方法和otn优化方法对中压电力载波通信进行多次网络优化，具有能够解决目前是只采用一组优化方式来对中压电力载波通信进行优化的问题，进而能够在一定程度上对中压电力载波通信进行全面优化。
Description
技术领域
本发明涉及网络优化技术领域，具体为一种中压电力载波通信系统网络优化方法。
背景技术
网络优化是指通过各种硬件或软件技术使网络性能达到我们需要的最佳平衡点，网络优化也是SEO。网络优化主要分为设备及服务两个方面，其中规划、测评、优化属于服务行业；硬件方面指在合理分析系统需要后在性能和价格方面作出最优解方案。软件方面指通过对软件参数的设置以期取得在软件承受范围内达到最高性能负载。目前对中压电力载波通信进行网络优化时，通常是只采用一组优化方式来对中压电力载波通信进行优化，进而会在一定程度上无法对中压电力载波通信进行全面优化。因此，发明一种中压电力载波通信系统网络优化方法。
发明内容
鉴于上述和/或现有一种中压电力载波通信系统网络优化方法中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种中压电力载波通信系统网络优化方法，能够解决上述提出现有的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其包括具体步骤如下：
步骤一：通过梯度优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
步骤二：通过组网优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
步骤三：通过otn优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
所述梯度优化方法的流程如下：
流程一：分析BPP模型中断概率；
流程二：分析通信网络传输能力：
步骤三：梯度搜索网络优化；
所述组网优化方法的步骤如下：
S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；
S2：所述从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向所述主节点发送入网请求报文；
S3：所述主节点根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网；
S4：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比；
步骤S5：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前系统的路由信息；并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出从所述主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表；
所述otn优化方法的过程如下：
过程一：网络结构优化；
过程二：优化网络路由；
过程三：光放大器系统配置优化。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述流程一的具体流程如下：考虑某一固定能耗数据监测区域，该区域内存在一个呈环形分布的干扰信号区，干扰信号区域内半径为干扰最小距离，外半径为干扰最大距离，半径大小均由电力通信网络物理覆盖区域决定，通常监测区域节点数可以是固定的，也可以是随机的，在节点数固定的情况下，节点位置是实现二项式点过程的关键，其通信中断概率1Ω是在已知归一化逆功率集Ω的条件下得出的，因此通信网络中各终端的地理位置对其有决定性影响，若要得到Ω在未知情况下的非条件的中断概率，能够通过在网络空间布局中求平均来实现，在BPP模型中，干扰源数目固定，且随机分布于网络任意位置，其中断概率1M能够用条件中断概率/>对归一化逆功率集Ω的期望来表示：
其中，式(1)中，为ZM的累积分布函数，为了利用蒙特卡洛定律分析求得非条件中断概率/>考虑N个(N足够大)通信网络,每个网络均为包含M个干扰源的BPP模型，利用上面的方法计算每个模型的条件中断概率/>然后取每个网络的平均条件中断概率，令Ωn为第n个随机网络的归一化逆功率系数，/>的蒙特卡洛估计为：
之后，求得：
式中，β0＝βΩ0，
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述流程二的具体流程如下：在所允许的最大中断概率为ζ情况下，传输能力能够表示为：
TC(ζ)＝1-1(ζ)(1-ζ) (4)
其中，式(4)中，1-1(ζ)表示局部中断概率满足1≤ζ的网络模型密度，1-ζ表示只考虑成功的传输，传输能力可反映空间频谱利用率，令参数归一化传输能力的单位为比特/秒/赫兹/平米((b/s)/Hz/m2)，考虑BPP网络模型，求瑞利衰落下传输能力的闭式解：
设令M＝λA，代入式(3)得：
利用式(5)解得入并令其等于1-1(ζ)：
将式(6)带入式3可得BPP网络模型的传输能力：
由于传输能力表达式是关于信扰噪比阈值β的函数，因此，信扰噪比阈值可用关于调制方式和信道编码方式的函数来表示，设C(γ)是某一调制方式下瞬时信扰噪比为γ时所能达到的最大有效传输速率，则当网络传输速率R满足C(γ)≤R时，传输中断将发生，跳频系统采用OFDM调制技术时，设OFDM调制指数为h，用C(h，γ)表示调制指数为h时的最大有效传输速率，令C(h，γ)＝R求得的信扰噪比γ即为此时的信扰噪比阈值β，然而，实践证明实际传输中要求的β要比理论计算值稍高，高出的经验值约为1dB，设η为调制的频谱利用率，单位为符号每秒每赫兹(S/s·Hz)，OFDM的调制效率能够由归一化功率谱密度的数值积分获得，为了体现调制指数h对η的制约，后面用η(h)代表调制频谱利用率，若再考虑速率为R的信道编码，则频谱效率可由每秒每赫兹所传输的信息比特数Rη(h)表示，网络平均传输速率或吞度量T可表示为：
将上式乘上网络节点密度，并归一化，可得网络归一化受限传输能力：
与式(3)不同的是，式(8)表述的网络传输能力考虑了编码率R、调制频谱效率η(h)和跳频带宽B/L′的影响。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述步骤三的具体流程如下：由于传输能力是参数(R，L′，h)的凹函数，穷举搜索优化实际是一种凸面优化，凸面优化可通过梯度搜索来完成，基于梯度搜索的通信网络参数优化方法步骤如下：
a1：分别为参数(L′，h，β)选取区间[Lmin，Lmax]、[βmin，βmax]和[hmin，hmax]；
a2：构建Lset＝{Lmin，(Lmin/2+Lmax/2)，Lmax}、
βset＝{βmin，(βmin/2+βmax/2)，βmax}和hset＝{hmin，(hmin/2+hmax/2)，hmax}3和集合，
集合中包含两个极值和一个中间值；
a3：在集合βset中任取一个β；
a4：在集合hset中任取一个h，利用R＝C(h，γ)求出当前β下的传输速率和频带利用率η(h)；
a5：对集合Lset中所有的L′值，利用式(6)计算a3和a4确定的h和R所对应的τ′(λ)；
a6：判断最大τ′(λ)所对应的L′值：
①如果最大τ′(λ)所对应的L′值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的L′值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a7：用新集合重新执行步骤a5，直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大；
a8：对集合hset中所有的h值重复步骤a5、a6和a7，并保存之前的最优TC和L；
a9：判断最大τ′(λ)所对应的h值：
①如果最大τ′(λ)所对应的h值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的h值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a10：用新集合重新执行步骤(8)直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大；
a11：对集合βset中所有的β值重复步骤(8)、(9)和(10)，并保存之前的最优TC和h；
a12：判断最大τ′(λ)所对应的β值：
①如果最大τ′(λ)所对应的β值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的β值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a13：用新集合重新执行a11直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大，并保存此时的最优τ′(λ)和β值。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述S1具体包括：
S11：寻找所有直接可达的一级从节点，然后通过所述一级从节点作为中继寻找所有二级从节点，依此类推寻找到所有最后一级从节点；
S12：所述主节点分别通过一级从节点作为中继下发组网命令，所述命令包括单个从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数，该时间及范围根据未知节点数大小的变化而动态变化，在信道抢占需要的时间内等待接收所有节点的信道抢占消息。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述S2具体包括：
S21：所述从节点根据收到的组网命令中信道抢占需要的时间及从节点数随机产生一个信道抢占时间点进行信道抢占，并向主节点发送信道抢占消息，该信道抢占消息为消息标识和节点地址；
S22：所述主节点收到信道抢占消息后发送信道抢占回应消息，所述回应消息为回应消息标识和发起节点地址；
S23：所述从节点收到主节点的信道抢占回应消息后，将该回应消息中的发起节点地址与本节点地址进行匹配，若匹配，则进入步骤S204；若不匹配，则所述从节点等待下一轮抢占；
S24：所述从节点信道抢占成功，所述从节点向主节点发送入网请求报文，所述入网请求报文包括该从节点和已入网邻居节点的地址以及该从节点与邻居节点通信的信度值。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述S24还包括：所述从节点同时监听其他邻居从节点与主节点的组网通信，得到该从节点与邻居节点通信的信度值，并将该邻居节点信度值保存至存储空间。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述S3具体包括：
S31：所述主节点收到从节点的入网请求报文后，提取该从节点的地址及邻居信度信息，依此给该从节点被分配网络标识；
S32：所述主节点发送入网应答报文，所述入网应答报文包括该从节点分配网络标识；
S33：所述从节点收到所述入网应答报文后向所述主节点回应入网确认报文，所述入网确认报文包括该从节点被分配的网络标识；
S34：所述从节点在空闲时刻监听其他从节点的入网确认报文，将监听到的入网确认报文中的网络标识作为自身的邻居节点网络标识，并将该邻居节点信息保存至存储空间。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述S4具体包括：
S41：所述从节点空闲时间监听邻居节点的会话，根据该邻居节点和该从节点的信噪比来决定该从节点与邻居节点间信度值大小，并将具有最优信度值的邻居节点信息保存至存储空间；
S42：所述从节点与主节点通信携带信度值信息，每个信度值信息包括所述从节点与周围多个邻居节点的信度；
S43：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。
作为本发明所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法的一种优选方案，其中：所述S5具体包括：
S51：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前系统的路由信息；
S52：所述主节点根据信度值表中的信度，计算出从主节点到各个从节点的最优路径，并定时更新路由表；
S53：主节点通信时携带包括下行路由的消息，每到达一个从节点则将消息转发至路由中的下一个从节点，每个所述从节点向上一级父亲节点发送消息，即能够实现上行通信，并将上行路由保存在该从节点中；
S54：当所述从节点根据主节点指定的路由进行上行通信失败，则从邻居表中查找层级最低且信度较好的邻居节点作为下一跳节点进行上行通信；
S55：当所述主节点下行通信出现异常情况，则寻找断开的节点，并将其与父节点的信度降低一定比例，重新计算路由。
与现有技术相比：
通过梯度优化方法、组网优化方法和otn优化方法对中压电力载波通信进行多次网络优化，具有能够解决目前是只采用一组优化方式来对中压电力载波通信进行优化的问题，进而能够在一定程度上对中压电力载波通信进行全面优化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种中压电力载波通信系统网络优化方法，包括具体步骤如下：
步骤一：通过梯度优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
步骤二：通过组网优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
步骤三：通过otn优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
梯度优化方法的流程如下：
流程一：分析BPP模型中断概率；
流程二：分析通信网络传输能力：
步骤三：梯度搜索网络优化。
流程一的具体流程如下：考虑某一固定能耗数据监测区域，该区域内存在一个呈环形分布的干扰信号区，干扰信号区域内半径为干扰最小距离，外半径为干扰最大距离，半径大小均由电力通信网络物理覆盖区域决定，通常监测区域节点数可以是固定的，也可以是随机的，在节点数固定的情况下，节点位置是实现二项式点过程的关键，其通信中断概率1Ω是在已知归一化逆功率集Ω的条件下得出的，因此通信网络中各终端的地理位置对其有决定性影响，若要得到Ω在未知情况下的非条件的中断概率，能够通过在网络空间布局中求平均来实现，在BPP模型中，干扰源数目固定，且随机分布于网络任意位置，其中断概率1M能够用条件中断概率/>对归一化逆功率集Ω的期望来表示：
其中，式(1)中，为ZM的累积分布函数，为了利用蒙特卡洛定律分析求得非条件中断概率/>考虑N个(N足够大)通信网络,每个网络均为包含M个干扰源的BPP模型，利用上面的方法计算每个模型的条件中断概率/>然后取每个网络的平均条件中断概率，令Ωn为第n个随机网络的归一化逆功率系数，/>的蒙特卡洛估计为：
之后，求得：
式中，β0＝βΩ0，
流程二的具体流程如下：在所允许的最大中断概率为ζ情况下，传输能力能够表示为：
TC(ζ)＝1-1(ζ)(1-ζ) (4)
其中，式(4)中，1-1(ζ)表示局部中断概率满足1≤ζ的网络模型密度，1-ζ表示只考虑成功的传输，传输能力可反映空间频谱利用率，令参数归一化传输能力的单位为比特/秒/赫兹/平米((b/s)/Hz/m2)，考虑BPP网络模型，求瑞利衰落下传输能力的闭式解：
设令M＝λA，代入式(3)得：
利用式(5)解得入并令其等于1-1(ζ)：
将式(6)带入式3可得BPP网络模型的传输能力：
由于传输能力表达式是关于信扰噪比阈值β的函数，因此，信扰噪比阈值可用关于调制方式和信道编码方式的函数来表示，设C(γ)是某一调制方式下瞬时信扰噪比为γ时所能达到的最大有效传输速率，则当网络传输速率R满足C(γ)≤R时，传输中断将发生，跳频系统采用OFDM调制技术时，设OFDM调制指数为h，用C(h，γ)表示调制指数为h时的最大有效传输速率，令C(h，γ)＝R求得的信扰噪比γ即为此时的信扰噪比阈值β，然而，实践证明实际传输中要求的β要比理论计算值稍高，高出的经验值约为1dB，设η为调制的频谱利用率，单位为符号每秒每赫兹(S/s·Hz)，OFDM的调制效率能够由归一化功率谱密度的数值积分获得，为了体现调制指数h对η的制约，后面用η(h)代表调制频谱利用率，若再考虑速率为R的信道编码，则频谱效率可由每秒每赫兹所传输的信息比特数Rη(h)表示，网络平均传输速率或吞度量T可表示为：
将上式乘上网络节点密度，并归一化，可得网络归一化受限传输能力：
与式(3)不同的是，式(8)表述的网络传输能力考虑了编码率R、调制频谱效率η(h)和跳频带宽B/L′的影响。
步骤三的具体流程如下：由于传输能力是参数(R，L′，h)的凹函数，穷举搜索优化实际是一种凸面优化，凸面优化可通过梯度搜索来完成，基于梯度搜索的通信网络参数优化方法步骤如下：
a1：分别为参数(L′，h，β)选取区间[Lmin，Lmax]、[βmin，βmax]和[hmin，hmax]；
a2：构建Lset＝{Lmin，(Lmin/2+Lmax/2)，Lmax}、
βset＝{βmin，(βmin/2+βmax/2)，βmax}和hset＝{hmin，(hmin/2+hmax/2)，hmax}3和集合，
集合中包含两个极值和一个中间值；
a3：在集合βset中任取一个β；
a4：在集合hset中任取一个h，利用R＝C(h，γ)求出当前β下的传输速率和频带利用率η(h)；
a5：对集合Lset中所有的L′值，利用式(6)计算a3和a4确定的h和R所对应的τ′(λ)；
a6：判断最大τ′(λ)所对应的L′值：
①如果最大τ′(λ)所对应的L′值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的L′值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a7：用新集合重新执行步骤a5，直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大；
a8：对集合hset中所有的h值重复步骤a5、a6和a7，并保存之前的最优TC和L；
a9：判断最大τ′(λ)所对应的h值：
①如果最大τ′(λ)所对应的h值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的h值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a10：用新集合重新执行步骤(8)直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大；
a11：对集合βset中所有的β值重复步骤(8)、(9)和(10)，并保存之前的最优TC和h；
a12：判断最大τ′(λ)所对应的β值：
①如果最大τ′(λ)所对应的β值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的β值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a13：用新集合重新执行a11直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大，并保存此时的最优τ′(λ)和β值。
组网优化方法的步骤如下：
S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；
S2：从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向主节点发送入网请求报文；
S3：主节点根据从节点发送的入网请求报文，提取从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网；
S4：在主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比；
步骤S5：在主节点内部建立一个路由表，用来保存当前系统的路由信息；并根据信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出从主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表。
S1具体包括：
S11：寻找所有直接可达的一级从节点，然后通过一级从节点作为中继寻找所有二级从节点，依此类推寻找到所有最后一级从节点；
S12：主节点分别通过一级从节点作为中继下发组网命令，命令包括单个从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数，该时间及范围根据未知节点数大小的变化而动态变化，在信道抢占需要的时间内等待接收所有节点的信道抢占消息。
S2具体包括：
S21：从节点根据收到的组网命令中信道抢占需要的时间及从节点数随机产生一个信道抢占时间点进行信道抢占，并向主节点发送信道抢占消息，该信道抢占消息为消息标识和节点地址；
S22：主节点收到信道抢占消息后发送信道抢占回应消息，回应消息为回应消息标识和发起节点地址；
S23：从节点收到主节点的信道抢占回应消息后，将该回应消息中的发起节点地址与本节点地址进行匹配，若匹配，则进入步骤S204；若不匹配，则从节点等待下一轮抢占；
S24：从节点信道抢占成功，从节点向主节点发送入网请求报文，入网请求报文包括该从节点和已入网邻居节点的地址以及该从节点与邻居节点通信的信度值。
S24还包括：从节点同时监听其他邻居从节点与主节点的组网通信，得到该从节点与邻居节点通信的信度值，并将该邻居节点信度值保存至存储空间。
S3具体包括：
S31：主节点收到从节点的入网请求报文后，提取该从节点的地址及邻居信度信息，依此给该从节点被分配网络标识；
S32：主节点发送入网应答报文，入网应答报文包括该从节点分配网络标识；
S33：从节点收到入网应答报文后向主节点回应入网确认报文，入网确认报文包括该从节点被分配的网络标识；
S34：从节点在空闲时刻监听其他从节点的入网确认报文，将监听到的入网确认报文中的网络标识作为自身的邻居节点网络标识，并将该邻居节点信息保存至存储空间。
S4具体包括：
S41：从节点空闲时间监听邻居节点的会话，根据该邻居节点和该从节点的信噪比来决定该从节点与邻居节点间信度值大小，并将具有最优信度值的邻居节点信息保存至存储空间；
S42：从节点与主节点通信携带信度值信息，每个信度值信息包括从节点与周围多个邻居节点的信度；
S43：在主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。
S5具体包括：
S51：在主节点内部建立一个路由表，用来保存当前系统的路由信息；
S52：主节点根据信度值表中的信度，计算出从主节点到各个从节点的最优路径，并定时更新路由表；
S53：主节点通信时携带包括下行路由的消息，每到达一个从节点则将消息转发至路由中的下一个从节点，每个从节点向上一级父亲节点发送消息，即能够实现上行通信，并将上行路由保存在该从节点中；
S54：当从节点根据主节点指定的路由进行上行通信失败，则从邻居表中查找层级最低且信度较好的邻居节点作为下一跳节点进行上行通信；
S55：当主节点下行通信出现异常情况，则寻找断开的节点，并将其与父节点的信度降低一定比例，重新计算路由。
otn优化方法的过程如下：
过程一：网络结构优化；
对otn技术进行应用开展电力通信传输网络优化工作时，需要完成网络结构优化设计工作。在具体的优化设计工作中，科学选择路由确保站距合理均匀，能够为电力通信传输网络优化提供更加可靠的支撑。对一些不能进行路由选择的区段，需要充分发挥光放大器的作用，防止站距过长影响信号的可靠性。此外，在业务分配时，需要避免出现性能比较差或者资源不足的线路，要保证线路的可靠性。以此为基础开展分配作业，减少光路调节点，对拓扑结构进行有效优化。在对网络拓扑和端口进行配置的过程中，必须遵循网络拓扑和端口配置原则，在完善网络功能的同时，对设备的使用量进行控制。这样不仅能够提升网络建设的经济效益，而且可以减少在后期运营维护管理过程中的难度。在网络拓扑方案优化过程中，必须按照相应的业务需求开展科学配置，要保证选择的网络配置能够满足10年内的应用需求。同时要根据不同地区的客观情况，适当增加扩容余量，方便在后期电力通信网络系统发展过程中进行升级改造。此外，需要利用中继站有效解决传输距离较短的问题，可以利用电交叉设备完成不同站点的业务调度工作。尤其是对一些消耗大的线路，可以利用光放大器配置提高信号的可靠性。
过程二：优化网络路由；
在otn技术应用过程中，要优化网络路由设置，需要对相关的优化算法进行科学计算。在原有的网络路由运行中，网络负载不均衡会对路由系统产生不良影响。为了高效解决这一问题，要对网络系统的负载均衡指标进行全面掌握。在网络路由优化设计中，可以在业务分配机制应用的基础上综合分析不同因素对网络路由的具体影响。之后要对不同因素进行合理控制降低网络路由受到的干扰，提升路由优化设计水平。现阶段，在网络路由优化过程中可以将具体的优化问题转换为数学线性规划问题。正在计算时，可以对多目标优化问题高效解决，但是存在较强的随机性，并且收敛性相对较差。除此之外，还可以利用蚁群算法对网络路由进行优化，这种方法需要从资源分配与规划的角度出发，开展网络路由资源分配工作，虽然能在一定程度上解决均衡负载问题，但是该方法并没有充分考虑业务功能，线路的可靠性比较差。为了对网络路由优化方案进行科学设计，可以综合考虑光功率、光传输约束条件以及跳数约束等内容。在具体的优化研究过程中，通过网络路由业务研发电流通信传输优化算法，建立与路由优化相关的数学模型。在建立数学模型时，可以利用定义图位移对网络拓扑结构进行表示。在网络中的光缆集合研究过程中，利用网络拓扑图可以对模型进行处理，形成临界矩阵。在这种情况下，可以对两个节点的连接关系矩阵进行标记，能够获取相应的节点数值。在otn技术应用过程中，每一条光缆的实际业务承载数量有一定限制。在计算中可以将这个限制表示为某个特定的数值，可以获取不同节点之间承载业务数量的具体关系。在对网络路由进行优化的过程中，只需要降低每一条线路承载的业务数量分布差，就可以对整体负载进行均衡化处理，防止个别线路负载过高而出现风险问题。
过程三：光放大器系统配置优化；
在优化配置光放大器系统时，要综合考虑光缆的物理条件与业务传输能力。要对电力通信传输网络中存在的问题科学解决，减少在系统优化时的成本投入，降低后期运维管理难度。在光放大器系统优化配置过程中，线路跨度比较大，数量相对较多，为了确保配置方案的科学性，要根据光放大器的特点制定合理的配置方案：1)线路跨损为30～-35dB时，可以不设置后向拉曼放大器，将无电中继维持在7段以下；2)跨损为40～45dB时，主要设置后向拉曼放大器，将无电中继维持在3段以下；3)在45～50dB之间的线路跨损，可以根据具体情况判断是否需要配置拉曼放大器，无电中继在1段以下；4)线路跨损为50dB以上时，需要在配置光放大器的同时，综合应用前向拉曼、后向拉曼以及摇泵等放大设备，对无电中继要进行控制，使其在1段以下。在光放大器系统配置优化过程中，必须严格遵循相应的要求和应用规范，才能够充分发挥光放大器系统的应用优势，确保电力传通信传输网络的优化效益。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，包括具体步骤如下：
步骤一：通过梯度优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
步骤二：通过组网优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
步骤三：通过otn优化方法对中压电力载波通信进行一次优化；
所述梯度优化方法的流程如下：
流程一：分析BPP模型中断概率；
流程二：分析通信网络传输能力：
步骤三：梯度搜索网络优化；
所述组网优化方法的步骤如下：
S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；
S2：所述从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向所述主节点发送入网请求报文；
S3：所述主节点根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网；
S4：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比；
步骤S5：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前系统的路由信息；并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出从所述主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表；
所述otn优化方法的过程如下：
过程一：网络结构优化；
过程二：优化网络路由；
过程三：光放大器系统配置优化。
2.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述流程一的具体流程如下：考虑某一固定能耗数据监测区域，该区域内存在一个呈环形分布的干扰信号区，干扰信号区域内半径为干扰最小距离，外半径为干扰最大距离，半径大小均由电力通信网络物理覆盖区域决定，通常监测区域节点数可以是固定的，也可以是随机的，在节点数固定的情况下，节点位置是实现二项式点过程的关键，其通信中断概率1Ω是在已知归一化逆功率集Ω的条件下得出的，因此通信网络中各终端的地理位置对其有决定性影响，若要得到Ω在未知情况下的非条件的中断概率，能够通过在网络空间布局中求平均来实现，在BPP模型中，干扰源数目固定，且随机分布于网络任意位置，其中断概率1M能够用条件中断概率/>对归一化逆功率集Ω的期望来表示：
其中，式(1)中，为ZM的累积分布函数，为了利用蒙特卡洛定律分析求得非条件中断概率/>考虑N个(N足够大)通信网络,每个网络均为包含M个干扰源的BPP模型，利用上面的方法计算每个模型的条件中断概率/>然后取每个网络的平均条件中断概率，令Ωn为第n个随机网络的归一化逆功率系数，/>的蒙特卡洛估计为：
之后，求得：
式中，β0＝βΩ0，
3.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述流程二的具体流程如下：在所允许的最大中断概率为ζ情况下，传输能力能够表示为：
TC(ζ)＝1-1(ζ)(1-ζ) (4)
其中，式(4)中，1-1(ζ)表示局部中断概率满足1≤ζ的网络模型密度，1-ζ表示只考虑成功的传输，传输能力可反映空间频谱利用率，令参数归一化传输能力的单位为比特/秒/赫兹/平米((b/s)/Hz/m2)，考虑BPP网络模型，求瑞利衰落下传输能力的闭式解：
设令M＝λA，代入式(3)得：
利用式(5)解得入并令其等于1-1(ζ)：
将式(6)带入式3可得BPP网络模型的传输能力：
由于传输能力表达式是关于信扰噪比阈值β的函数，因此，信扰噪比阈值可用关于调制方式和信道编码方式的函数来表示，设C(γ)是某一调制方式下瞬时信扰噪比为γ时所能达到的最大有效传输速率，则当网络传输速率R满足C(γ)≤R时，传输中断将发生，跳频系统采用OFDM调制技术时，设OFDM调制指数为h，用C(h，γ)表示调制指数为h时的最大有效传输速率，令C(h，γ)＝R求得的信扰噪比γ即为此时的信扰噪比阈值β，然而，实践证明实际传输中要求的β要比理论计算值稍高，高出的经验值约为1dB，设η为调制的频谱利用率，单位为符号每秒每赫兹(S/s·Hz)，OFDM的调制效率能够由归一化功率谱密度的数值积分获得，为了体现调制指数h对η的制约，后面用η(h)代表调制频谱利用率，若再考虑速率为R的信道编码，则频谱效率可由每秒每赫兹所传输的信息比特数Rη(h)表示，网络平均传输速率或吞度量T可表示为：
将上式乘上网络节点密度，并归一化，可得网络归一化受限传输能力：
与式(3)不同的是，式(8)表述的网络传输能力考虑了编码率R、调制频谱效率η(h)和跳频带宽B/L′的影响。
4.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述步骤三的具体流程如下：由于传输能力是参数(R，L′，h)的凹函数，穷举搜索优化实际是一种凸面优化，凸面优化可通过梯度搜索来完成，基于梯度搜索的通信网络参数优化方法步骤如下：
a1：分别为参数(L′，h，β)选取区间[Lmin，Lmax]、[βmin，βmax]和[hmin，hmax]；
a2：构建Lset＝{Lmin，(Lmin/2+Lmax/2)，Lmax}、
βset＝{βmin，(βmin/2+βmax/2)，βmax}和hset＝{hmin，(hmin/2+hmax/2)，hmax}3和集合，
集合中包含两个极值和一个中间值；
a3：在集合βset中任取一个β；
a4：在集合hset中任取一个h，利用R＝C(h，γ)求出当前β下的传输速率和频带利用率η(h)；
a5：对集合Lset中所有的L′值，利用式(6)计算a3和a4确定的h和R所对应的τ′(λ)；
a6：判断最大τ′(λ)所对应的L′值：
①如果最大τ′(λ)所对应的L′值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的L′值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a7：用新集合重新执行步骤a5，直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大；
a8：对集合hset中所有的h值重复步骤a5、a6和a7，并保存之前的最优TC和L；
a9：判断最大τ′(λ)所对应的h值：
①如果最大τ′(λ)所对应的h值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的h值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a10：用新集合重新执行步骤(8)直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大；
a11：对集合βset中所有的β值重复步骤(8)、(9)和(10)，并保存之前的最优TC和h；
a12：判断最大τ′(λ)所对应的β值：
①如果最大τ′(λ)所对应的β值是极值之一，就将中间值向该极值方向移动并更新极值使其距新中间值更近；
②如果最大τ′(λ)所对应的β值是中间值，直接更新极值使其距原中间值更近；
a13：用新集合重新执行a11直至极值间距足够小且中间值使得τ′(λ)最大，并保存此时的最优τ′(λ)和β值。
5.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S11：寻找所有直接可达的一级从节点，然后通过所述一级从节点作为中继寻找所有二级从节点，依此类推寻找到所有最后一级从节点；
S12：所述主节点分别通过一级从节点作为中继下发组网命令，所述命令包括单个从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数，该时间及范围根据未知节点数大小的变化而动态变化，在信道抢占需要的时间内等待接收所有节点的信道抢占消息。
6.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述S2具体包括：
S21：所述从节点根据收到的组网命令中信道抢占需要的时间及从节点数随机产生一个信道抢占时间点进行信道抢占，并向主节点发送信道抢占消息，该信道抢占消息为消息标识和节点地址；
S22：所述主节点收到信道抢占消息后发送信道抢占回应消息，所述回应消息为回应消息标识和发起节点地址；
S23：所述从节点收到主节点的信道抢占回应消息后，将该回应消息中的发起节点地址与本节点地址进行匹配，若匹配，则进入步骤S204；若不匹配，则所述从节点等待下一轮抢占；
S24：所述从节点信道抢占成功，所述从节点向主节点发送入网请求报文，所述入网请求报文包括该从节点和已入网邻居节点的地址以及该从节点与邻居节点通信的信度值。
7.根据权利要求6所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述S24还包括：所述从节点同时监听其他邻居从节点与主节点的组网通信，得到该从节点与邻居节点通信的信度值，并将该邻居节点信度值保存至存储空间。
8.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31：所述主节点收到从节点的入网请求报文后，提取该从节点的地址及邻居信度信息，依此给该从节点被分配网络标识；
S32：所述主节点发送入网应答报文，所述入网应答报文包括该从节点分配网络标识；
S33：所述从节点收到所述入网应答报文后向所述主节点回应入网确认报文，所述入网确认报文包括该从节点被分配的网络标识；
S34：所述从节点在空闲时刻监听其他从节点的入网确认报文，将监听到的入网确认报文中的网络标识作为自身的邻居节点网络标识，并将该邻居节点信息保存至存储空间。
9.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述S4具体包括：
S41：所述从节点空闲时间监听邻居节点的会话，根据该邻居节点和该从节点的信噪比来决定该从节点与邻居节点间信度值大小，并将具有最优信度值的邻居节点信息保存至存储空间；
S42：所述从节点与主节点通信携带信度值信息，每个信度值信息包括所述从节点与周围多个邻居节点的信度；
S43：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。
10.根据权利要求1所述的一种中压电力载波通信系统网络优化方法，其特征在于，所述S5具体包括：
S51：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前系统的路由信息；
S52：所述主节点根据信度值表中的信度，计算出从主节点到各个从节点的最优路径，并定时更新路由表；
S53：主节点通信时携带包括下行路由的消息，每到达一个从节点则将消息转发至路由中的下一个从节点，每个所述从节点向上一级父亲节点发送消息，即能够实现上行通信，并将上行路由保存在该从节点中；
S54：当所述从节点根据主节点指定的路由进行上行通信失败，则从邻居表中查找层级最低且信度较好的邻居节点作为下一跳节点进行上行通信；
S55：当所述主节点下行通信出现异常情况，则寻找断开的节点，并将其与父节点的信度降低一定比例，重新计算路由。
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