无线传感器在智能配电网中的通信网络设计

智能配电网可以有效地提高配电系统的供电质量、实现分布式电源的并网优化运行与配电设备的高效运转、完成与用户之间的有效互动。无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）具有建设成本低、快速自组网等特点,在智能配电网通信系统中具有广阔的应用前景。论文通过总结智能配电终端在配电网的分布特征以及WSN在电力系统中的应用现状,分析了WSN的网络结构及其在智能配电网中的应用特点,并以此为基础给出了智能配电网WSN的设计原则。根据该原则设计了智能配电网WSN的分层体系结构,包括终端采集网、汇聚网和信息接入网。智能配电网的通信系统通常由多种通信方式组成,本文给出了与其他通信方式联合组网的设计方案,该方案通过构建业务终端层、接入层、骨干层和配电主站层,可以有效地扩展智能配电通信网的通信范围,提高智能配电网的网络数据完整性。     

基于业务类型的网络切片可靠性映射算法

网络切片是5G网络的基础架构技术,为在多个切片共享同一底层网络资源的同时保证切片的可靠性,提出一种区分业务类型的网络切片可靠性映射算法,解决底层网络链路故障、网络切片可靠性与资源利用率相互矛盾的问题。通过区分切片承载业务类型,对高可靠低时延切片请求的链路提前构建备份路径,并采用基于最大生成树链路的备份资源共享保护方法,对高带宽切片请求则采用基于链路可靠性的重映射算法恢复故障链路。仿真结果验证了该算法的有效性,与SVNE1+1和DPS-VNRA算法相比,其在切片成功运行率、长期收益开销比、物理链路利用率和故障恢复率方面均具有优势。     

片上互连网络的功耗特征分析与优化

随着处理器核数的增加,片上互连网络NoC结构日趋复杂,导致片上互连网络功耗所占的比重和功耗分析的难度也在增加。片上互连网络的任务映射,既要保证多处理器核心之间通信的高性能,又要保证耗费尽可能少的功耗和面积,即在有限的功耗和面积开销下获得较高的性能。在进行任务映射时,核心之间的通信距离是减少任务通信功耗的关键。连续且近凸的区域有助于缩短任务的通信距离。分析了一种功耗最优的片上互连网络启发式映射算法（INC）,该算法由区域选择算法和节点映射算法组成。对区域选择算法的2个因子进行了改进,使应用总的通信开销最小化且保证后续应用以很小的通信代价进行区域选择。提出了新的基于选择区域的映射算法。它们在动态到达程序映射问题中的实验结果表明,新的区域选择算法和节点映射算法相比于INC,可以减少12.10%的通信功耗,并且带来11.23%的通信延迟优化。     

无线Mesh网络的高实时业务调度方法*

为了解决无线Mesh网络实时业务的规划调度问题,提出一种基于动态规划的实时业务调度算法。首先,通过边集映射,将网络中的边转化为映射节点,进行阶段划分。然后,每个Mesh路由器节点根据缓存中的队列情况预测数据包的排队时间,并结合业务截止期,进行优先级重新分配,得到映射边的接入权值。最后,利用动态规划算法,根据映射边的接入权值选择最优的映射节点接入次序,得到该业务在各阶段的最优调度顺序。仿真结果表明,该算法能够兼顾高、低优先级业务的实时需求,降低全网业务的平均时延和丢包率。     

基于IP通信网络的智能配电网通信体系构建

智能配电网通信体系作为现代电网的重要组成部分,其主要功能就是将电网故障与电网系统进行有效的隔离,以从根本上解决大面积停电的问题。重点对智能配电网通信体系在IP通信网络基础上的构建进行了研究。     

面向电力业务可靠性保障的PON-LTE融合接入网络资源分配机制

随着智能电网的发展,业务对终端通信接入网可靠性保障要求也越来越高。目前,正交频分复用技术有着广泛的应用,结合无源光网络技术,成为了电力终端通信接入网技术中的一个热点研究方向。然而,由于终端通信接入网中各类设备对可靠性要求的不同,有的设备要求接入网对其进行冗余覆盖以保证高可靠性的服务。现有的大多数融合网络资源分配算法未能考虑业务的可靠性要求,且存在算法复杂、计算量大以及容易陷入局部最优解等问题,不足以满足终端通信接入网的业务可靠性要求。论文提出了一种面向智能电网终端通信接入网的上行资源分配方案,仿真结果表明,本方案能够在可靠性要求高的环境下,相对单一智能优化算法,在10GHz的PON带宽情况下,实现20%的网络覆盖增强效果。     

多通信方式下的配电通信网融合管理信息模型

为了实现电网配电通信网融合管理,提高优质服务和运维管理能力,本文研究了在扁平化管理模式下的配电通信网的多源、多通信方式的智能管理技术,建立了基于粒子群算法的混合网络的资源映射模型.将WMN和PLC两个不同类型的网络映射到同一个物理网络上,对其安排不同的工作任务,发挥各自网络的优势和特点,将更多的子载波用于业务吞吐上,提高业务吞吐量.对新建立的模型进行仿真验证,通过与遗传算法的比较,证明本文的算法具有明显的优势.     

基于EPA的工业无线的工业无线网络网络网络实时可靠路由算法实时可靠路由算法实时可靠路由算法

针对工业无线网络数据通信的可靠性、确定性和实时性要求,提出一种基于EPA标准的实时可靠路由算法。该算法在短地址分配的基础上,利用周期发送的同步组网报文,结合邻居链表实现多径不相交路由。综合考虑链路质量和剩余转发时间,给出基于最短路径扩散机制的实时路由选择方法,降低链路故障对数据传输的影响,同时通过链路故障处理,以及基于转发记录表与黑名单机制的网络回路检测,保证通信可靠性。性能测试结果表明,该算法将周期数据正确接收率保持在99%左右,平均路径传输延时降低了30%,从而保证网络传输数据的可靠性和实时性。     

基于QoS的无线传感器网络路由

综合考虑无线传感器网络的路径节点最小能量、路径能耗、延迟、信道错误率等因素,采用QoS路由对不同的查询业务实现区分服务。通过对传统的定向扩散路由算法的扩展,在保证业务可靠性要求的前提下,组合利用“路径节点最小能量/路径能耗”和“最小跳数”信息,提出了一种针对尽力而为业务和实时业务的QoS路由算法。仿真结果表明,扩展后的算法能满足业务的可靠性要求,随信道错误率的增加,它能更好地均衡网络各节点的能耗。     

高速铁路宽带通信网络管理体系结构设计

为保证高速铁路宽带通信网络运行的稳定性和可靠性,在对基于TD-LTE(time division-long term evolution)的高速铁路宽带通信网络的结构进行分析的基础上,重点针对实现高速铁路宽带通信网络的可靠性、时效性以及对多类通信业务和通信设备管理的兼容性等问题,设计了适用于高速铁路宽带通信网络的网络管理体系结构,分别从组织模型、信息模型、通信模型和功能模型4个方面对其进行了详细设计和分析。     

认知智能电网邻域网络的频谱分配策略

可靠、高效的通信网络是充分发挥智能电网潜力的前提。针对智能电网的无线通信环境存在频谱短缺、资源利用效率低等问题,文中将认知无线电技术应用于智能电网的邻域网络通信中,引入认知智能电网概念以保证业务传输的公平性和有效性,考虑了通信过程中的信噪比和路径损耗后,选择网络吞吐量作为信道效益,并在拓扑结构固定的城市居民小区进行建模仿真。在此基础上,提出了一种改进二进制猫群(Weight Binary Cat Swarm Optimization,WBCSO)优化的频谱分配算法。首先,在二进制猫群算法(Binary Cat Swarm Optimization,BCSO)的速度更新公式中加入非线性动态的惯性权重,它随着迭代次数的增加而非线性地递减,以防止算法早熟;其次,引入繁殖算子,产生子代猫群以增加种群的多样性,以获取更好的全局最优解;然后,选用了4个常用的基准函数对改进后的算法进行性能测试,测试结果表明WBCSO算法的优化均值和标准差都优于BCSO算法;最后,以系统总效益和用户公平性为优化目标,将其与二进制遗传算法(Binary Genetic Algorithm,BGA)和二进制粒子群算法(Binary Particle Swarm Optimization,BPSO)进行了对比实验,仿真实验表明,WBCSO算法最终的系统总效益和用户公平性指数比BCSO算法分别高出了13.7%和14.6%,且比二进制群算法和遗传算法的性能都要好,进而表明改进二进制猫群算法在认知智能电网邻域网的频谱分配中具有收敛速度快、搜索能力强的特点。     

基于协作频谱感知的智能电网通信网性能研究

将认知无线电频谱感知技术应用于智能电网的通信网中,可以有效提高频谱资源的利用率。现有研究仅考虑单用户单供电商,但是对需求响应管理性能与感知能耗权衡问题却没有给出理想的解决方案。建立基于多节点协作频谱感知的多用户单供电商智能电网通信网模型。在此基础上,为求解该模型需求响应管理和能耗感知性能权衡问题,提出基于多目标粒子群(MOPSO)的求解方法。仿真结果表明,所提协作频谱感知模型可以显著提高系统需求响应管理性能;MOPSO算法可实现系统需求响应管理性能和感知能耗的最佳权衡,有利于决策者根据实际要求灵活选择最优方案。     

智能电网中家域网安全数据汇聚与调度方法研究

智能电网中通信网络的安全是实施智能电网的一个重要环节。用户信息的隐私保护是智能电网安全服务的一个主要任务。智能电网中用户信息隐私保护主要围绕智能电表数据的机密性和匿名性展开。本文以家域网作为智能电网通信网络的一个基本数据汇聚与调度单元,提出了一种安全的网内数据汇聚与调度方法,从而保证了智能家居设备的用电信息的机密性和匿名性。采用NS-2对本文提出的网内方法进行了仿真研究。仿真结果表明,本文提出的网内数据汇聚与调度方法与传统方法相比具有较高的实用性。     

基于5G与CNN的智能电网稳定性预测

随着5G通信技术的研究以及新型基础设施的建设, 智能电网得到了快速发展. 同时, 在大数据时代, 万物互联导致海量的设备接入电力网络, 也给智能电网带来了较大的负担, 电力网络的稳定性问题亟待解决. 因此, 本文提出了一种基于CNN的智能电网稳定性预测算法, 通过收集电力网络产生的数据, 经过CNN模型的处理, 最后输出智能电网稳定性的判别结果. 经过仿真验证, 该算法与SVM、AdaBoost, 随机森林相比, 具有较高的准确率; 同时, 本文采用了4种不同的优化算法去改善CNN模型, 带有动量的SGD算法可以达到98.13％预测准确度, 利用该模型可以有效帮助电力系统对未知的问题提前预警, 降低了安全隐患并减少了电力事故的发生.     

基于电网需求响应约束的多播路由

针对智能电网多播路由通信中,通常存在只考虑多播通信的时延约束而没有考虑电网需求侧带负载的情况,所构建的多播树会出现控制信息传输到大功率负载设备的通信时延较大的问题,提出一种考虑负载功率和通信时延的多播树构造方法,称为基于需求响应（DR）能力约束的多播路由算法。首先,根据电网拓扑信息生成满足约束条件的完全图;然后,采用Prim算法构造较低费用的多播树;最后,将多播树还原到原网络。仿真结果表明该算法能够有效地减小大功率负载设备的需求响应时延,与基于时延约束的多播路由算法相比,能够使电网频率波动大幅度减小。该算法能够有效地提高智能电网中需求响应的实时性,稳定电网频率。     

The role of communication systems in smart grids: Architectures,technical solutions and research challenges

The purpose of this survey is to present a critical overview of smart grid concepts, with a special focus on the role that communication, networking and middleware technologies will have in the transformation of existing electric power systems into smart grids. First of all we elaborate on the key technological, economical and societal drivers for the development of smart grids. By adopting a data-centric perspective we present a conceptual model of communication systems for smart grids, and we identify functional components, technologies, network topologies and communication services that are needed to support smart grid communications. Then, we introduce the fundamental research challenges in this field including communication reliability and timeliness, QoS support, data management services, and autonomic behaviors. Finally, we discuss the main solutions proposed in the literature for each of them, and we identify possible future research directions.     

基于层次回声状态网络的电力EPON业务流感知

为了进一步提高电力EPON（Ethernet Passive Optical Network）对智能电网多业务的支持能力,文章提出了一种层次基于回声状态网络的电力EPON业务流感知技术,采用离散回声状态网络算法对电力通信业务流进行识别感知,以实现EPON对业务的高效匹配能力。在此基础上通过OLT与ONU的交互,优化电力EPON的资源调度与分配能力。为了验证所提出的业务流感知机制,以配用电通信EPON作为典型业务,对基于回声状态网络算法的业务感知进行仿真,仿真结果表明该机制能有效降低丢包率和缩短时延,提高了EPON系统对电力通信多业务的支持能力。     

认知智能电网中基于能效优化的频谱分配策略

针对智能电网的无线通信环境存在频谱短缺、资源利用效率低等问题,将认知无线电技术应用于智能电网的邻域网络通信中.引入认知智能电网概念以保证业务传输的公平性和有效性,提出一种基于改进二进制蝴蝶优化算法(BOA)的频谱分配策略,此方案考虑了通信过程中的信噪比和路径损耗,选择系统能量效率作为信道效益,并且在拓扑结构固定的城市居民小区进行建模仿真.首先,使用基于改进时变转换函数和扰动策略的二进制蝴蝶优化算法(IBBOA)为认知智能电网用户进行频谱分配;然后,采用基于接收信噪比的闭环功率控制算法动态调整用户的传输功率,减少认知智能电网用户和主要用户之间存在的干扰;最后,以系统能量效率和两个用户公平性指数为优化目标,与遗传算法(GA)和二进制粒子群算法(BPSO)进行对比实验.仿真实验表明,联合闭环功率控制的IBBOA算法所获得的系统能量效率比未联合闭环功率控制的NBOA算法高33.2%,IBBOA算法最终的系统能量效率和用户公平性指数fair比GA算法分别高出47.8%和62.6%,比BBOA算法分别高出17.6%和26.7%.结果表明所提方案能够有效抑制认知智能电网中用户间的干扰,大大提高频谱利用率和系统能量效率.     

基于区块链的智能服务交易跨链服务框架与通信机制

由于不同区块链上的区块链服务间缺乏有效通信机制，链与链之间难以形成有效互联互通。在智能服务交易过程中，交易主客体之间不仅仅是数据资产的单项转移，而且其服务范围扩展涵盖到更为广阔的数字资产转移场景。设计一种智能服务交易的跨链通信服务框架，并采用基于组件式、模块化设计，使智能服务交易主客体较为容易地接入服务框架，实现跨链可扩展性；提出适用于智能服务交易的三阶段跨链通信机制，保证智能服务交易跨链生态下的原子性和一致性。     

基于电网的采样感知加权循环调度算法

针对智能电网相量测量设备竞争使用有限的网络通信资源时，会因资源分配不均而导致数据包延时或丢失，进而影响电力系统状态估计的精度这一问题，提出了一种采样感知加权循环（SAWRR）调度算法。首先根据电网相量测量单元（PMU）采样频率和数据包大小的特性，提出了基于PMU业务流均方差的权重定义方法；然后设计了相应的PMU采样感知迭代循环调度算法；最后将该算法运用到PMU采样传输模型中。该算法能自适应地感知PMU的采样变化，及时调整数据包的传输。仿真结果表明，与原始的加权循环调度算法相比，SAWRR算法减少了95%的PMU采样数据包的调度时延，降低了一半的丢包率，增加了两倍的吞吐量。将SAWRR算法运用到PMU数据传输中有利于保证智能电网的稳定性。