中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，該方法在獲取變電站通信匯聚節(jié)點的業(yè)務性能參數(shù)與配置參數(shù)基礎(chǔ)上，定義混合業(yè)務最優(yōu)化帶寬預測模型及其的解的二維搜索平面；其次針對最優(yōu)帶寬預測求解，采用最優(yōu)化目標偏導數(shù)下降梯度選擇可行搜索方向和可行解排序；最后按照排序可行解依次計算最優(yōu)目標，選取最優(yōu)目標對應帶寬參數(shù)為通信匯聚節(jié)點的預測傳輸帶寬并以此為依據(jù)實現(xiàn)變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬配置。本發(fā)明通過優(yōu)化搜索方向和路徑有效降低了求解計算的復雜性。
【專利說明】中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，特別涉及一種中低壓電力通信接入網(wǎng) 帶寬預測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力通信網(wǎng)與電網(wǎng)密不可分，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。作為電力系統(tǒng)中第二 個實體網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)依托電網(wǎng)建設(shè)，同時為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行與電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)代化管理 提供重要支撐。隨著智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展和新通信業(yè)務的不斷出現(xiàn)，電力通信網(wǎng)快速高效 可靠的信息傳輸方式已成為電力系統(tǒng)生產(chǎn)和管理的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)在設(shè)計其通信網(wǎng)絡(luò)時， 必須依據(jù)業(yè)務特點及其通信服務質(zhì)量（Quality of Service, QoS)要求預測通信系統(tǒng)必需 的傳輸帶寬。電力通信網(wǎng)絡(luò)帶寬預測是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計和優(yōu)化的基礎(chǔ)，與實際 不符的高帶寬預測將可能造成網(wǎng)絡(luò)資源配置冗余，而帶寬預測較低則可能導致通信網(wǎng)絡(luò)瓶 頸。
[0003] 中低壓通信接入網(wǎng)業(yè)務流量包括三部分：配電信息采集點業(yè)務流量、用電信息采 集點業(yè)務流量及營業(yè)所業(yè)務流量，以上業(yè)務的混合數(shù)據(jù)流將通過變電站通信匯聚節(jié)點接入 到三級電力通信主干網(wǎng)。當多種業(yè)務流到達變電站，則構(gòu)成包含多種業(yè)務的匯聚流，變電站 通信匯聚節(jié)點的帶寬預測是中低壓通信接入網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的關(guān)鍵。
[0004] 基于最優(yōu)化理論的帶寬預測方法是中低壓通信接入網(wǎng)業(yè)務帶寬預測的一種可行 方法。最優(yōu)化理論帶寬預測方法的基本步驟具體是：首先可以參照通信最優(yōu)化理論模型進 行帶寬預測分析；其次在最優(yōu)化理論模型分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建最優(yōu)化帶寬最優(yōu)化模型目標； 最后采用最優(yōu)化求解方法（如枚舉法和迭代法）計算獲得最優(yōu)預測帶寬?；谧顑?yōu)化理論 的帶寬預測方法由于其最優(yōu)化帶寬最優(yōu)化模型多為非線性最優(yōu)化問題，優(yōu)化求解困難且計 算復雜性高，很大程度上制約了該方法在電力帶寬應用的深入。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種計算復雜性低的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法。
[0006] 本發(fā)明提供的這種中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，該方法包括如下步驟：
[0007] 步驟一，獲取變電站通信匯聚節(jié)點的業(yè)務性能參數(shù)與配置參數(shù)；
[0008] 步驟二，建立求解變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬預測模型的二維搜索平面；
[0009] 步驟三，在所述二維搜索平面上，初步判定帶寬預測模型的解的搜索方向；
[0010] 步驟四，通過平均下降梯度選擇帶寬預測模型的可行解的可行搜索方向；
[0011] 步驟五，對變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬預測模型的可行解進行優(yōu)先級排序；
[0012] 步驟六，變電站通信匯聚節(jié)點的最優(yōu)預測傳輸帶寬的求解與配置。
[0013] 所述帶寬預測模型框架是針對語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體的四類混合業(yè)務，以變電 站通信匯聚節(jié)點帶寬利用率最大化為目標的最優(yōu)化理論帶寬預測模型，其表達式框架為：
[0014] max {Yata (BuffNum, Bandff)}
[0015] 其中，Yata為變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬利用率，BuffNum為變電站通信匯聚節(jié) 點的配置緩存，BandW為變電站通信匯聚節(jié)點的傳輸帶寬。
[0016] 所述二維搜索平面是以變電站通信匯聚節(jié)點的傳輸帶寬BandW為X軸、其配置緩 存BuffNum為Y軸建立的基于排隊論帶寬預測模型的解的二維搜索平面。
[0017] 所述帶寬預測模型的解的搜索方向的選擇包括如下步驟：
[0018] (1)設(shè)定最優(yōu)化目標閾值為Gama，其取值范圍為[50%，100% ];
[0019] (2)在所述二維搜索平面上，選定某一搜索方向：傳輸帶寬搜索方向Xi或配置緩 存搜索方向Yj ;
[0020] (3)對于（2)中給定的搜索方向，選擇該方向上的某個點i或點j，根據(jù)該點i或 j對應的傳輸帶寬BandW和配置緩存BuffNum來求得帶寬利用率Yata，獲取該點對應的帶 寬利用率 Yata_i *Yata_j ;
[0021] (4)當該點的帶寬利用率Yata大于所述閾值Gama時，則將該搜索方向Xi或Yj加 入初選可行方向集合 InitSet= {{XjlHYj} :Yata_i>Gama 或 Yata_j>Gama}。
[0022] 所述帶寬預測模型的可行解的可行搜索方向的選擇包括通過平均下降梯度對傳 輸帶寬可行搜索方向的選擇和通過平均下降梯度對配置緩存可行搜索方向的選擇。
[0023] 所述傳輸帶寬可行搜索方向的選擇包括如下步驟：
[0024] (1)設(shè)傳輸帶寬梯度閾值為Alpha，該閾值是度量傳輸帶寬搜索方向上相鄰兩個 點的帶寬利用率相對帶寬變化快慢的度量參數(shù)；
[0025] (2)對于初選可行方向集合InitSet中每一個傳輸帶寬搜索方向Xi，選取該方向 上m點；m個點代表的是當配置緩存大小一定時不同的傳輸帶寬；
[0026] 若定義所述節(jié)點的最大傳輸帶寬為所有業(yè)務基礎(chǔ)帶寬之和，記為maxBandW，則m 個點在[maxBandW/2，maxBandW]范圍內(nèi)等間隔選?。?br> [0027] (3)按下式獲取m個點的傳輸帶寬下降梯度和傳輸帶寬平均下降梯度 avgGradXi ：
[0028] 傳輸帶寬下降梯度：

【權(quán)利要求】
1. 一種中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 步驟一，獲取變電站通信匯聚節(jié)點的業(yè)務性能參數(shù)與配置參數(shù)； 步驟二，建立求解變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬預測模型的二維搜索平面； 步驟三，在所述二維搜索平面上，初步判定帶寬預測模型的解的搜索方向； 步驟四，通過平均下降梯度選擇帶寬預測模型的可行解的可行搜索方向； 步驟五，對變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬預測模型的可行解進行優(yōu)先級排序； 步驟六，變電站通信匯聚節(jié)點的最優(yōu)預測傳輸帶寬的求解與配置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述帶 寬預測模型框架是針對語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體的四類混合業(yè)務，以變電站通信匯聚節(jié)點 帶寬利用率最大化為目標的最優(yōu)化理論帶寬預測模型，其表達式框架為：
其中，Yata為變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬利用率，BuffNum為變電站通信匯聚節(jié)點的 配置緩存，BandW為變電站通信匯聚節(jié)點的傳輸帶寬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述二 維搜索平面是以變電站通信匯聚節(jié)點的傳輸帶寬BandW為X軸、其配置緩存BuffNum為Y 軸建立的基于排隊論帶寬預測模型的解的二維搜索平面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述帶 寬預測模型的解的搜索方向的選擇包括如下步驟： (1) 設(shè)定最優(yōu)化目標閾值為Gama，其取值范圍為[50%，100% ]; (2) 在所述二維搜索平面上，選定某一搜索方向：傳輸帶寬搜索方向Xi或配置緩存搜 索方向Yj ; (3) 對于（2)中給定的搜索方向，選擇該方向上的某個點i或點j，根據(jù)該點i或j對 應的傳輸帶寬BandW和配置緩存BufTNum來求得帶寬利用率Yata，獲取該點對應的帶寬利 用率Yata_i或YataJ; (4) 當該點的帶寬利用率Yata大于所述閾值Gama時，則將該搜索方向Xi或t加入初 選可行方向集合
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述帶 寬預測模型的可行解的可行搜索方向的選擇包括通過平均下降梯度對傳輸帶寬可行搜索 方向的選擇和通過平均下降梯度對配置緩存可行搜索方向的選擇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述傳 輸帶寬可行搜索方向的選擇包括如下步驟： (1) 設(shè)傳輸帶寬梯度閾值為Alpha，該閾值是度量傳輸帶寬搜索方向上相鄰兩個點的 帶寬利用率相對帶寬變化快慢的度量參數(shù)； (2) 對于初選可行方向集合InitSet中每一個傳輸帶寬搜索方向Xi,選取該方向上m 點；m個點代表的是當配置緩存大小一定時不同的傳輸帶寬； 若定義所述節(jié)點的最大傳輸帶寬為所有業(yè)務基礎(chǔ)帶寬之和，記為maxBandW，則m個點 在
范圍內(nèi)等間隔選??； (3) 按下式獲取m個點的傳輸帶寬下降梯度和傳輸帶寬平均下降梯度avgGradXi: 傳輸帶寬下降梯度：
傳輸帶寬平均下降梯度：
； (4) 記最大帶寬下降梯度為
記最小帶寬下降梯度為
；并 選取閾值A(chǔ)lpha的取值范圍為
； (5) 若avgGradXi大于Alpha，則選擇Xi為傳輸帶寬可行搜索方向，并加入傳輸帶寬可 行搜索方向集合
。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述配 置緩存可行搜索方向的選擇包括如下步驟： (1) 設(shè)緩存梯度閾值為Beta，該閾值時度量配置緩存搜索方向上相鄰兩個點的帶寬利 用率相對緩存變化快慢的度量參數(shù)； (2) 對于初選可行方向集合InitSet中每一個配置緩存搜索方向Yj,選取該方向上n個 點，n個點代表的是當傳輸帶寬一定時節(jié)點配置不同的緩存， 若記所述節(jié)點的最大緩存為maxBufTNum，則n個點在
范 圍內(nèi)等間隔選??； (3) 按下式獲取n個點的配置緩存下降梯度和配置緩存平均下降梯度avgGradYj: 配置緩存下降梯度：
配置緩存平均下降梯度：
； (4) 記最大緩存下降梯度為maxGradYj，
， 記最小緩存下降梯度為minGradYj，
》并 選取閾值Beta的取值范圍為
； (5) 若avgGradYj大于Beta，則選擇t為配置緩存可行搜索方向，并加入配置緩存可 行搜索方向集合
。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述帶 寬預測模型的可行解優(yōu)先級排序包括如下步驟： (1)在選定傳輸帶寬可行搜索方向和配置緩存可行搜索方向后，選取二維可行方向 (Xi,Yp的交點p為最優(yōu)帶寬求解得到的可行解； (2) 分別計算可行解交點p對應的傳輸帶寬下降梯度絕對值
和配置緩 存下降梯度絕對值
； (3) 按照從大到小以及優(yōu)先傳輸帶寬下降梯度的排序原則，對可行解進行排序，并加 入到排序可行解集合

其中，
8
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述變 電站通信匯聚節(jié)點的最優(yōu)預測傳輸帶寬求解與配置包括如下步驟： (1) 按照排序可行解集合
的排序，順序計算最優(yōu)化目標
_
，并加入到帶寬利用率集合
； (2) 定義迭代計算的目標閾值Deta以及相鄰兩次迭代計算最優(yōu)化目標分別記作 Yata(k)和Yata(k+1); (3) 若相鄰兩次迭代差值
小于Deta，則迭代終止；否則 迭代繼續(xù)進行直至排序可行解集合AvailSet內(nèi)所有可行解計算完畢； (4) 將方案解集合
中的可行解進行排序，選取帶寬利用率Yata最大值對應的傳輸帶寬BandW作為變電站通信匯聚節(jié)點的傳輸帶寬最優(yōu)預測值； (5) 然后按照最優(yōu)帶寬預測值實現(xiàn)變電站通信匯聚節(jié)點的帶寬配置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓電力通信接入網(wǎng)帶寬預測方法，其特征在于，所述業(yè) 務性能參數(shù)為中低壓電力通信接入網(wǎng)通信節(jié)點支撐業(yè)務的通信服務質(zhì)量性能參數(shù)，包括業(yè) 務數(shù)據(jù)速率、帶寬、時延和丟失率；所述配置參數(shù)包括變電站通信匯聚節(jié)點的處理速率和緩 存配置參數(shù)。
【文檔編號】H04B3/46GK104242993SQ201410512837
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】徐志強, 陸俊, 陳仲偉, 陳耀紅, 龔剛軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院