輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力通信領(lǐng)域，首先提出一種具有認(rèn)知功能的輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其 次提出了一種帶溢出約束的聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代算法，以確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射速 率和功率。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)行輸電線路的狀態(tài)監(jiān)控也是非常必要 的，這將是電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)科技化、現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。輸電線路由于具有布局范圍大、電力 需求多樣、線路距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，一旦受到大風(fēng)、冰雪、暴雨、冰雹等惡劣天氣影響，或者是山 洪、地震、山體滑坡等嚴(yán)重自然災(zāi)害的影響，線路很可能受損甚至中斷，影響著電力系統(tǒng)的 運(yùn)行和安全狀態(tài)。這就要求電力工作者實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)在第一時(shí)間全 面的檢修輸電線路，盡快恢復(fù)電力運(yùn)行。
[0003] 由于輸電線路布局的特殊，它要求其通信網(wǎng)絡(luò)必須具有可靠、快捷、靈活、經(jīng)濟(jì)等 特性，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)不僅布線復(fù)雜，而且成本較高。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)雖然在鏈路上的穩(wěn)定性較有 線網(wǎng)絡(luò)稍差，但隨著底層技術(shù)的不斷改進(jìn)，上層協(xié)議以及組網(wǎng)技術(shù)的不斷優(yōu)化，無(wú)線技術(shù)已 經(jīng)得到了很大程度的提升，其可靠性和穩(wěn)定性也越來(lái)越好，因此無(wú)線網(wǎng)在輸電線路狀態(tài)監(jiān) 控的應(yīng)用不僅有廣闊的市場(chǎng)前景，在技術(shù)上也是可行的。
[0004] 認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)通過(guò)感知外部環(huán)境，通過(guò)對(duì)外部環(huán)境的理解與學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí) 調(diào)整通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部配置，智能的適應(yīng)外部環(huán)境的變化。傳統(tǒng)的輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為普 通的傳感器節(jié)點(diǎn)，只能按照預(yù)設(shè)的收發(fā)速率與傳輸功率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這樣會(huì)帶來(lái)不必要 的功率浪費(fèi)與數(shù)據(jù)擁塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的輸電線路狀態(tài)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是具有認(rèn)知功能的傳 感器。通過(guò)沿線路均勻布置具有感知信道功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，該新型網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)選擇未被 占用的無(wú)線信道并自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的節(jié)點(diǎn)傳輸速率與傳輸功率。通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的"感知-決 策-行為"的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)過(guò)程，可保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)溢出概率滿足預(yù)設(shè)要求，避免節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸 出現(xiàn)擁塞，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
[0006] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞功率與功率控制迭代算 法。
[0007] 輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代方法，包括以下步驟：
[0008] ①、建立具有認(rèn)知功能的輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)CRN:該網(wǎng)絡(luò)由以下兩種傳感器 節(jié)點(diǎn)組成：主用戶PU和次用戶SU;其中，主用戶PU隨時(shí)使用該無(wú)線信道，而次用戶SU只有 在不干擾PU的情況下才使用該信道；PU與SU都具有感知某信道是否已被占用，并調(diào)節(jié)自 身傳輸速率與傳輸功率的能力；
[0009] ②、建立泛化網(wǎng)絡(luò)利益最大化數(shù)學(xué)模型，以求解CRN的聯(lián)合擁塞控制和傳輸功率 控制問(wèn)題：
[0010] i)、對(duì)于主用戶PU來(lái)說(shuō)，其溢出概率為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1.輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代方法，其特征在于，包括以下 步驟： ① 、建立具有認(rèn)知功能的輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)CRN :該網(wǎng)絡(luò)由以下兩種傳感器節(jié)點(diǎn) 組成：主用戶PU和次用戶SU ;其中，主用戶PU隨時(shí)使用該無(wú)線信道，而次用戶SU只有在不 干擾PU的情況下才使用該信道；與SU都具有感知某信道是否已被占用，并調(diào)節(jié)自身傳 輸速率與傳輸功率的能力； ② 、建立泛化網(wǎng)絡(luò)利益最大化數(shù)學(xué)模型，以求解CRN的聯(lián)合擁塞控制和傳輸功率控制 問(wèn)題： i )、對(duì)干Φ用戶PU夾說(shuō)，I謚,屮,概鑾為：
上式中，PrOJpAH/f]表不溢出概率，e(〇，l)分別表不鏈路1和1。上的 SINR最低門限值、溢出概率門限值，Ntl表示每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)處的加性高斯白噪聲；SU的傳輸 速率集合為X= [X1，…，xs]T，速率的范圍為傳輸功率集合為P =[P1，…，PJt，功率的范圍為P = < A , Ptl表示PUs ^的傳輸功率此外設(shè) 某SU s以某速率Xs傳輸時(shí)可以獲得一個(gè)利益Us(Xs),且在空間\上是嚴(yán)格非減凹函數(shù)； ii) 對(duì)溢出概率進(jìn)行優(yōu)化：
戶,二萬(wàn)(義凡)^ =&(￡>'p。），可將上式的聯(lián)合擁塞控制和傳輸功率控制問(wèn)題化簡(jiǎn)成以下凸優(yōu) 化問(wèn)題：
iii) 上式的拉格朗日函數(shù)可表示為：1(χ，Ρ，λ,ν,/，) = Δ;(χ,λ) + Ζ^(ρ,λ,ν,//) 其中：
上式中，λ = [X1，…，λ J，V= [V1，…，VJ與μ均為拉格朗日因子；則上式的偏導(dǎo) 數(shù)可被表示成：
其中，D1(A)表示傳輸層的擁塞控制算法，?2(λ，ν，μ)表示物理層的傳輸功率控制算 法；通過(guò)使上面兩個(gè)式子的一階導(dǎo)數(shù)為〇即可得到迭代公式以最大化利益函數(shù)： 從+ ιχ?/Γ1(從))].:::: (15) 其中，表示利益函數(shù)一階偏層數(shù)的反函數(shù)，M;, zmax'iminkv!,/，!，
(16) 由于D1 ( λ )與仏（λ，v，μ )是嚴(yán)格凹函數(shù)，且二階可導(dǎo)；則可使用以下迭代公式以求解 二者的極值；
上面三個(gè)式子中，[a]+的含義是max {a, 0}。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代 方法，其特征在于：使用任何大于等于0的自然數(shù)數(shù)字組合來(lái)初始化拉格朗日因子：即 {λ (〇)，ν(〇)，μ (〇)} > 0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代方法， 其特征在于：重復(fù)步驟②迭代過(guò)程，直至達(dá)到節(jié)點(diǎn)傳輸速率與功率的收斂；迭代過(guò)程如下： 時(shí)刻t的節(jié)點(diǎn)傳輸速率與功率分別為Ix (t+1)，p (t+Ι)}，則時(shí)刻t+Ι節(jié)點(diǎn)的傳輸速率為公式 (15)，傳輸功率為公式（16)，三個(gè)拉格朗日因子分別為公式（17)、（18)、（19)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代方法， 其特征在于：所述的信道采用瑞利衰落信道模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輸電線路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代方法，包括以下步驟：①、建立具有認(rèn)知功能的輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)CRN；②、建立泛化網(wǎng)絡(luò)利益最大化數(shù)學(xué)模型，以求解CRN的聯(lián)合擁塞控制和傳輸功率控制問(wèn)題。為了克服信道衰落影響同時(shí)提高無(wú)線信號(hào)傳輸質(zhì)量，本發(fā)明提出了一種帶溢出約束的聯(lián)合擁塞控制與功率控制迭代算法。從仿真結(jié)果看，本發(fā)明可以保證認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中所有用戶滿足溢出概率要求，并降低節(jié)點(diǎn)傳輸功率損耗。仿真結(jié)果顯示，該算法可使傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸速率與功率迅速收斂至合適數(shù)值，并滿足所有節(jié)點(diǎn)的溢出概率要求。從而降低了網(wǎng)絡(luò)擁塞、延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。
【IPC分類】H04W28-02, H04W52-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104540170
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410808561
【發(fā)明人】焦建通, 張健, 蔣小兵, 王健, 彭丹, 劉亞娟
【申請(qǐng)人】河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日