本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)領(lǐng)域，特別是涉及通信網(wǎng)絡(luò)，以及優(yōu)化理論。

背景技術(shù)：

智能電網(wǎng)是一種用來提高電網(wǎng)效率、可靠性和安全性的現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,其通過自動化控制和通信技術(shù)將可再生替代能源與現(xiàn)有電網(wǎng)整合起來,并且具有自我恢復(fù)和應(yīng)對電網(wǎng)異常的能力。電力公司通過智能電網(wǎng),能夠?qū)υO(shè)備和服務(wù)進(jìn)行全面的可視化控制。

在智能電網(wǎng)中,可靠和實時的信息是保證電力從發(fā)電單元可靠地傳輸?shù)浇K端用戶的關(guān)鍵因素。通過在線電力系統(tǒng)監(jiān)控、診斷和控制,能夠極大地避免設(shè)備故障、容量限制和自然災(zāi)害導(dǎo)致的電力失調(diào)或中斷。因此,先進(jìn)的信息監(jiān)控和通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中顯得十分重要。隨著工業(yè)界的不斷推動,智能電網(wǎng)從單向通信的自動化抄表(Automated Meter Reading,AMR)系統(tǒng)向雙向通信的先進(jìn)測量體系(Advanced Metering Infrastructure,AMI)發(fā)展。AMI整合了傳感器、智能電表、監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),實現(xiàn)智能電表和電網(wǎng)設(shè)施之間的信息釆集和分配。另一方面,AMI雙向通信使得用戶可以及時通過智能電表獲取相關(guān)的使用信息,根據(jù)實時的電價調(diào)整用電,減少用電高峰給電網(wǎng)帶來的壓力,提高資源利用率。這就要求承載AMI的鄰居區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Neighbor Area Network,NAN)保證不間斷通信,同時具有較好的用戶服務(wù)質(zhì)量(Quality of Services,QoS)保障能力。因此,使用具有較高帶寬并且能自組織自恢復(fù)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來搭建鄰居區(qū)域網(wǎng)絡(luò)有很好的前景。此外,在電網(wǎng)出現(xiàn)緊急狀況的時候,系統(tǒng)將會收到或者轉(zhuǎn)發(fā)許多供電中斷信息,網(wǎng)絡(luò)流量快速上升,甚至?xí)斐删W(wǎng)絡(luò)擁塞；或者在父節(jié)點出現(xiàn)故障的時候,子節(jié)點無法與數(shù)據(jù)中心通信,造成信息中斷。而提供QoS保障并具有高可靠性的無線Mesh網(wǎng)絡(luò),能夠在通信鏈路中斷時,通過本地緩存的多網(wǎng)關(guān)備選路由或者路由發(fā)現(xiàn)進(jìn)程建立到其他網(wǎng)關(guān)的路徑,保證數(shù)據(jù)傳輸不中斷,同時控制傳輸時延在一定范圍內(nèi)。從長遠(yuǎn)來看,使用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)鄰居區(qū)域網(wǎng)絡(luò),其高帶寬特性還可以為未來的智能家居提供更好的可拓展性。

因此為滿足智能電網(wǎng)的用戶信息高效交互，有必要建立基于智能電網(wǎng)的高效通信優(yōu)化機制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：通過建立分層傳輸網(wǎng)絡(luò)模型、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入資源的優(yōu)化調(diào)度和提升通信系統(tǒng)的QoE(用戶體驗)能力，實現(xiàn)智能電網(wǎng)中通信資源在大時空域分布和高能量域條件下的利用效能提升。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

A、建立建立分層傳輸網(wǎng)絡(luò)模型；

B、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入資源的優(yōu)化調(diào)度；

C、提升通信系統(tǒng)的QoE能力。

所述步驟A中，具體為：將智能電網(wǎng)分為兩個功能層面，具體為：自下而上第一層為電力傳輸層，其實現(xiàn)電力設(shè)備與用戶之間的電力傳輸；第二層為數(shù)據(jù)通信層，其實現(xiàn)智能電網(wǎng)中各電力設(shè)備之間以及用戶的信息傳輸，為精細(xì)化安全控制數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)通信層上疊加高效的路由發(fā)現(xiàn)控制平面。

所述步驟A中，路由發(fā)現(xiàn)控制平面由接收端路由信息建立單元、發(fā)送端路由信息建立單元、路由測量單元，認(rèn)證單元以及密鑰和用戶信用卡信息庫組成，其中路由測量單元實現(xiàn)用戶信任值計算和帶寬測量，接收端路由信息建立單元實現(xiàn)建立面向目的節(jié)點的源路由信息和進(jìn)行目的路由器至目的節(jié)點的信息傳輸，發(fā)送端路由信息建立單元實現(xiàn)建立面向源路由的源路由信息和進(jìn)行源節(jié)點至源路由器的信息傳輸，認(rèn)證單元由密鑰喚醒、密鑰生成和分布、用戶信用卡生成和分布組成，密鑰和用戶信用卡信息均來至于密鑰和用戶信用卡信息庫，認(rèn)證單元實現(xiàn)匿名用戶在源路由器登錄和匿名信息至目的路由器的傳輸，以及接收端路由信息建立單元和發(fā)送端路由信息建立單元的發(fā)送端和接收端用戶信息認(rèn)證，如圖1所示。

所述步驟B中，具體為：

其中I＝{1,2,...,i,...}為業(yè)務(wù)請求TD的集合，TD為業(yè)務(wù)流標(biāo)識，J＝{1,2,...,j,...}為集中器集合，CS_j為集中器標(biāo)識，為集中器CS_j的使用代價，為集中器CS_j與CS_l之間帶寬的使用代價，為集中器CS_j與業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端之間傳輸帶寬的使用代價，為集中器CS_j和業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端之間傳輸帶寬的使用代價，TD_i與d_i具有相同物理意義，u_jl為集中器CS_j與CS_l之間的鏈路容量，v_j為CS_j的入口端和出口端的業(yè)務(wù)需求容量總和，a_ij為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端與集中器CS_j具有直接相連的能力，則a_ij＝1，反之則a_ij＝0，b_jl為決策變量，當(dāng)集中器CS_j與CS_l之間具有直接相連的能力，則b_jl＝1，反之則b_jl＝0，e_ji為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端與集中器CS_j具有直接相連的能力，則e_ji＝1，反之則e_ji＝0，為業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端與集中器CS_j之間的傳輸時延，為集中器CS_j與CS_l之間的傳輸時延，為業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端與集中器CS_j之間的傳輸時延，為TD_i的最大容許時延，g_j為決策變量，若集中器CS_j處于正常工作狀態(tài)時則g_j＝1，反之則g_j＝0，x_ij為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端與集中器CS_j直接相連時，則x_ij＝1，反之則x_ij＝0，w_ji為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端與集中器CS_j直接相連時，則w_ji＝1，反之則w_ji＝0，為決策變量，若TD_i使用鏈路(j,l)進(jìn)行傳輸，則反之則h_ik為決策系數(shù)，p_jl為鏈路(j,l)失效的概率，r_i為進(jìn)行業(yè)務(wù)請求TD_i傳輸時的所用路徑最小可靠概率的期望值。

所述步驟C中，其主要由歷史分析單元、實時分析單元、診斷單元和測量單元聯(lián)合實現(xiàn)，歷史分析單元主要用于對State+Audio+Video進(jìn)行歸一化處理，并進(jìn)行業(yè)務(wù)統(tǒng)計分析，然后對經(jīng)過統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理以便于進(jìn)行自適應(yīng)診斷；實時分析單元主要用于對State+Audio+Video進(jìn)行歸一化處理，并將經(jīng)過處理后的上述數(shù)據(jù)發(fā)送至診斷單元；診斷單元主要用于對歷史分析單元獲得的State+Audio+Video統(tǒng)計分析結(jié)果和實時分析單元獲得的State+Audio+Video瞬態(tài)信息，進(jìn)行自診斷，并將診斷結(jié)果發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)控制單元用于網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的修正。

所述步驟C中，測量單元主要用于對QoE能力進(jìn)行分析，a.其對數(shù)據(jù)源進(jìn)行編碼，然后對編碼后的數(shù)據(jù)所需的通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行分析，并通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源與存儲資源進(jìn)行進(jìn)一步處理，最后到達(dá)用戶；b.一方面用戶對到達(dá)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行主觀體驗，并獲得回饋信息ACK，將ACK發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計特征描述單元和服務(wù)資源與存儲資源統(tǒng)計分布信息獲取單元，另一方面對到達(dá)的數(shù)據(jù)信息的視頻特性進(jìn)行分析和對到達(dá)的數(shù)據(jù)信息的音頻特性進(jìn)行分析；c.網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析單元將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計特征描述單元；d.服務(wù)資源與存儲資源將其相關(guān)狀態(tài)信息發(fā)送至服務(wù)資源與存儲資源統(tǒng)計分布信息獲取單元；e.測量單元將獲得的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息State和到達(dá)數(shù)據(jù)的音頻特性信息Audio、視頻特性信息Video一同發(fā)送至歷史分析單元和實時分析單元，如圖2所示。

附圖說明

圖1路由發(fā)現(xiàn)控制平面功能示意圖

圖2通信系統(tǒng)的QoE能力提升實現(xiàn)示意圖

具體實施步驟

第一步，建立建立分層傳輸網(wǎng)絡(luò)模型，具體為：將智能電網(wǎng)分為兩個功能層面，具體為：自下而上第一層為電力傳輸層，其實現(xiàn)電力設(shè)備與用戶之間的電力傳輸；第二層為數(shù)據(jù)通信層，其實現(xiàn)智能電網(wǎng)中各電力設(shè)備之間以及用戶的信息傳輸，為精細(xì)化安全控制數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)通信層上疊加高效的路由發(fā)現(xiàn)控制平面。

第二步，路由發(fā)現(xiàn)控制平面由接收端路由信息建立單元、發(fā)送端路由信息建立單元、路由測量單元，認(rèn)證單元以及密鑰和用戶信用卡信息庫組成，其中路由測量單元實現(xiàn)用戶信任值計算和帶寬測量，接收端路由信息建立單元實現(xiàn)建立面向目的節(jié)點的源路由信息和進(jìn)行目的路由器至目的節(jié)點的信息傳輸，發(fā)送端路由信息建立單元實現(xiàn)建立面向源路由的源路由信息和進(jìn)行源節(jié)點至源路由器的信息傳輸，認(rèn)證單元由密鑰喚醒、密鑰生成和分布、用戶信用卡生成和分布組成，密鑰和用戶信用卡信息均來至于密鑰和用戶信用卡信息庫，認(rèn)證單元實現(xiàn)匿名用戶在源路由器登錄和匿名信息至目的路由器的傳輸，以及接收端路由信息建立單元和發(fā)送端路由信息建立單元的發(fā)送端和接收端用戶信息認(rèn)證。

第三步，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入資源的優(yōu)化調(diào)度，具體為：具體為：

其中I＝{1,2,...,i,...}為業(yè)務(wù)請求TD的集合，TD為業(yè)務(wù)流標(biāo)識，J＝{1,2,...,j,...}為集中器集合，CS_j為集中器標(biāo)識，為集中器CS_j的使用代價，為集中器CS_j與CS_l之間帶寬的使用代價，為集中器CS_j與業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端之間傳輸帶寬的使用代價，為集中器CS_j和業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端之間傳輸帶寬的使用代價，TD_i與d_i具有相同物理意義，u_jl為集中器CS_j與CS_l之間的鏈路容量，v_j為CS_j的入口端和出口端的業(yè)務(wù)需求容量總和，a_ij為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端與集中器CS_j具有直接相連的能力，則a_ij＝1，反之則a_ij＝0，b_jl為決策變量，當(dāng)集中器CS_j與CS_l之間具有直接相連的能力，則b_jl＝1，反之則b_jl＝0，e_ji為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端與集中器CS_j具有直接相連的能力，則e_ji＝1，反之則e_ji＝0，為業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端與集中器CS_j之間的傳輸時延，為集中器CS_j與CS_l之間的傳輸時延，為業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端與集中器CS_j之間的傳輸時延，為TD_i的最大容許時延，g_j為決策變量，若集中器CS_j處于正常工作狀態(tài)時則g_j＝1，反之則g_j＝0，x_ij為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)發(fā)送端與集中器CS_j直接相連時，則x_ij＝1，反之則x_ij＝0，w_ji為決策變量，當(dāng)業(yè)務(wù)請求TD_i的數(shù)據(jù)接收端與集中器CS_j直接相連時，則w_ji＝1，反之則w_ji＝0，為決策變量，若TD_i使用鏈路(j,l)進(jìn)行傳輸，則反之則h_ik為決策系數(shù)，p_jl為鏈路(j,l)失效的概率，r_i為進(jìn)行業(yè)務(wù)請求TD_i傳輸時的所用路徑最小可靠概率的期望值。

第四步，提升通信系統(tǒng)的QoE能力，具體為：其主要由歷史分析單元、實時分析單元、診斷單元和測量單元聯(lián)合實現(xiàn)，歷史分析單元主要用于對State+Audio+Video進(jìn)行歸一化處理，并進(jìn)行業(yè)務(wù)統(tǒng)計分析，然后對經(jīng)過統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理以便于進(jìn)行自適應(yīng)診斷；實時分析單元主要用于對State+Audio+Video進(jìn)行歸一化處理，并將經(jīng)過處理后的上述數(shù)據(jù)發(fā)送至診斷單元；診斷單元主要用于對歷史分析單元獲得的State+Audio+Video統(tǒng)計分析結(jié)果和實時分析單元獲得的State+Audio+Video瞬態(tài)信息，進(jìn)行自診斷，并將診斷結(jié)果發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)控制單元用于網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的修正。

第五步，測量單元主要用于對QoE能力進(jìn)行分析，a.其對數(shù)據(jù)源進(jìn)行編碼，然后對編碼后的數(shù)據(jù)所需的通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行分析，并通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源與存儲資源進(jìn)行進(jìn)一步處理，最后到達(dá)用戶；b.一方面用戶對到達(dá)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行主觀體驗，并獲得回饋信息ACK，將ACK發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計特征描述單元和服務(wù)資源與存儲資源統(tǒng)計分布信息獲取單元，另一方面對到達(dá)的數(shù)據(jù)信息的視頻特性進(jìn)行分析和對到達(dá)的數(shù)據(jù)信息的音頻特性進(jìn)行分析；c.網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析單元將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計特征描述單元；d.服務(wù)資源與存儲資源將其相關(guān)狀態(tài)信息發(fā)送至服務(wù)資源與存儲資源統(tǒng)計分布信息獲取單元；e.測量單元將獲得的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息State和到達(dá)數(shù)據(jù)的音頻特性信息Audio、視頻特性信息Video一同發(fā)送至歷史分析單元和實時分析單元。

本發(fā)明提出了一種智能電網(wǎng)的通信資源優(yōu)化規(guī)劃方法，通過建立分層傳輸網(wǎng)絡(luò)模型、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入資源的優(yōu)化調(diào)度和提升通信系統(tǒng)的QoE能力，實現(xiàn)智能電網(wǎng)中通信資源在大時空域分布和高能量域條件下的利用效能提升。