變電站配用電業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能配用電通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變電站配用電業(yè)務(wù)通信帶寬 預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配用電通信業(yè)務(wù)主要分為兩大類：一類是圍繞配電網(wǎng)設(shè)備的各種信息，即配電自 動(dòng)化；另一類是圍繞用戶的各種服務(wù)，主要應(yīng)用于用戶電能信息采集。所述獲取配用電業(yè)務(wù) 包括：配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控業(yè)務(wù)，分布式電源監(jiān)控業(yè)務(wù)，電能采集業(yè)務(wù)，電能質(zhì)量管理業(yè)務(wù)。隨 著智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展和配用電電力新業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn)，電力通信網(wǎng)快速、高效、可靠的信 息傳輸已成為電力系統(tǒng)生產(chǎn)精細(xì)化管理的關(guān)鍵技術(shù)支撐。在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必 須依據(jù)業(yè)務(wù)流量及其通信服務(wù)質(zhì)量要求預(yù)測(cè)與規(guī)劃通信系統(tǒng)傳輸帶寬；尤其是變電站通信 節(jié)點(diǎn)的帶寬預(yù)測(cè)與分配，與實(shí)際不符的通信帶寬分配將可能造成通信網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，或?qū)?致通信網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸而影響業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。
[0003] 通信網(wǎng)中業(yè)務(wù)斷面被定為兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間所有通信線路上承載的業(yè)務(wù)總和?？?在業(yè)務(wù)斷面上根據(jù)承載業(yè)務(wù)種類，進(jìn)行業(yè)務(wù)斷面的總帶寬統(tǒng)計(jì)以分配合理帶寬。變電站通 信節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)斷面的帶寬分配建立在帶寬預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)方法的選擇直接關(guān)系到預(yù)測(cè)目 標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和預(yù)測(cè)結(jié)果的精確程度。目前變電站業(yè)務(wù)斷面帶寬預(yù)測(cè)采用的一般技術(shù)是彈性系 數(shù)直觀預(yù)測(cè)法，但彈性系數(shù)直觀預(yù)測(cè)法無(wú)法描述智能配用電多業(yè)務(wù)在變電站業(yè)務(wù)斷面的匯 聚流特性和自相似特性；因此存在預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際需要帶寬偏差大，系統(tǒng)帶寬利用率低的 問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種帶寬預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高、保證通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬利用率高 的變電站配用電業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測(cè)方法。
[0005] 本發(fā)明提供的這種變電站配用電業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟： 步驟1 :統(tǒng)計(jì)配用電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)形成匯聚流的數(shù)據(jù)速率構(gòu)成的時(shí)間 序列作為帶寬預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 步驟2:采用加權(quán)平滑方法對(duì)步驟1中的帶寬預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； 步驟3 :將步驟2中處理后的數(shù)據(jù)作為樣本，帶入用于變電站通信節(jié)點(diǎn)帶寬預(yù)測(cè)的自相 似流量模型，獲取自相似流量模型的參數(shù)； 步驟4 :通過(guò)步驟3中得到的自相似匯聚流量模型對(duì)變電站通信節(jié)點(diǎn)的配用電業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)與分配。
[0006] 所述的統(tǒng)計(jì)配用電業(yè)務(wù)，使用如下方法計(jì)算配用電業(yè)務(wù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)形成 匯聚流的數(shù)據(jù)速率： 步驟1 :采用如下公式計(jì)算各業(yè)務(wù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率，
其中，T為計(jì)數(shù)時(shí)間周期；i為配用電業(yè)務(wù)編號(hào)，k為計(jì)數(shù)時(shí)間周期序號(hào)，Si為業(yè)務(wù)i數(shù) 據(jù)包大小(k)為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期業(yè)務(wù)i到達(dá)變電站的數(shù)據(jù)包數(shù)目；(k)為第k個(gè) 計(jì)數(shù)時(shí)間周期業(yè)務(wù)i到達(dá)變電站的數(shù)據(jù)速率； 步驟2 :采用如下公式計(jì)算各業(yè)務(wù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)的各業(yè)務(wù)匯聚流數(shù)據(jù)速率數(shù) 據(jù)：
其中丑丨幻為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期到達(dá)變電站的匯聚流數(shù)據(jù)速率。
[0007] 所述的采用加權(quán)平滑方法對(duì)帶寬預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用如下公式實(shí)現(xiàn) 加權(quán)平滑的數(shù)據(jù)處理：
其中，k為計(jì)數(shù)時(shí)間周期序號(hào)，B (k)為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期到達(dá)變電站匯聚流的數(shù)據(jù)速 率；為加權(quán)因子；則D(k)為對(duì)應(yīng)B(k)經(jīng)過(guò)清洗操作的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)清洗處理后的匯聚流速率 數(shù)據(jù)序列為{D(k)}。
[0008] 所述的自相似流量模型采用FBM流量模型；FBM流量模型為包含三個(gè)參數(shù)的流量 模型，三個(gè)參數(shù)分別為均值m，方差系數(shù)a，和Hurst參數(shù)H，通過(guò)帶入數(shù)據(jù)可以獲取a參數(shù)和 H參數(shù)的最佳值，以保證帶寬預(yù)測(cè)精度。
[0009] 所述的獲取自相似流量模型的參數(shù)，包括如下步驟： 步驟1 :建立FBM流量模型的輸入和輸出系統(tǒng)，流量模型的輸入是處理后的速率數(shù)據(jù)； 流量模型的輸出是H參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的參數(shù)a和參數(shù)m ; 步驟2 :采用處理后的速率數(shù)據(jù)作為FBM流量模型的數(shù)據(jù)樣本；將清洗數(shù)據(jù)序列依次分 成包含n個(gè)數(shù)據(jù)的子序列，構(gòu)成多組數(shù)據(jù)樣本； 步驟3 :向FBM流量模型輸入一組數(shù)據(jù)樣本； 步驟4 :通過(guò)流量模型計(jì)算得出第p次輸出結(jié)果H* (p)，計(jì)算當(dāng)前輸出結(jié)果H* (p)和上 次輸出結(jié)果H*(p-1)的迭代差值e(P) = FMP)--好V); 步驟5 :采用增量校正法調(diào)節(jié)迭代差值，通過(guò)迭代差值控制次數(shù)，獲取最佳模型參 數(shù)a參數(shù)和H參數(shù)。
[0010] 所述的自相似匯聚流量模型對(duì)變電站通信節(jié)點(diǎn)的配用電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)與分 配，包括如下步驟： 步驟1 :目標(biāo)函數(shù)選擇為變電站通信節(jié)點(diǎn)的通信效率函數(shù)，約束條件1為數(shù)據(jù)延遲T小 于各業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量延遲指標(biāo)最小值Ct，約束條件2為數(shù)據(jù)丟失率P小于各業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量丟 失率指標(biāo)最小值Cp ;按照以下公式計(jì)算通信效率函數(shù)： n^ - B 其中，i為變電站通信節(jié)點(diǎn)實(shí)際通過(guò)數(shù)據(jù)速率，B為變電站通信節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)帶寬值； 步驟2 :按照以下公式計(jì)算變電站通信節(jié)點(diǎn)實(shí)際通過(guò)數(shù)據(jù)速率，通信節(jié)點(diǎn)隊(duì)列延遲T和 數(shù)據(jù)丟失率P，
其中
和：，將三個(gè)訓(xùn)練參數(shù)m、a和H帶入計(jì)算獲得； 步驟3 :計(jì)算得到滿足約束條件下的目標(biāo)函數(shù)要求時(shí)變電站通信節(jié)點(diǎn)的通信效率最大 時(shí)的值；輸出變電站配用電自相似匯聚業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測(cè)值。
[0011] 本發(fā)明的變電站配用電自相似匯聚業(yè)務(wù)通信帶寬分配方法用配用電業(yè)務(wù)到達(dá)變 電站通信節(jié)點(diǎn)匯聚流數(shù)據(jù)速率作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用加權(quán)平滑方法進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗處理，得到 自相似流量訓(xùn)練模型的輸入；并采用排隊(duì)論方法預(yù)測(cè)變電站通信節(jié)點(diǎn)通信帶寬；本發(fā)明克 服了傳統(tǒng)方法無(wú)法描述配用電業(yè)務(wù)自相似匯聚動(dòng)態(tài)特性對(duì)帶寬預(yù)測(cè)的影響，減少了預(yù)測(cè)結(jié) 果與實(shí)際需要帶寬偏差，提高了系統(tǒng)帶寬利用率，有利于降低通信成本，提高電力系統(tǒng)通信 的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明技術(shù)的配用電業(yè)務(wù)匯聚變電站通信節(jié)點(diǎn)示意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明技術(shù)的整體流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015] 如圖1所示為本發(fā)明技術(shù)的配用電業(yè)務(wù)匯聚變電站通信節(jié)點(diǎn)的示意圖；變電站通 信節(jié)點(diǎn)接收的配用電業(yè)務(wù)包括配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控業(yè)務(wù)、分布式電源監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、電能采集業(yè) 務(wù)和用電質(zhì)量管理業(yè)務(wù)，該四類業(yè)務(wù)均為單一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包流，變電站通信節(jié)點(diǎn)接收該四類 單一業(yè)務(wù)后，匯聚為多業(yè)務(wù)匯聚數(shù)據(jù)包流，并上發(fā)至電力三級(jí)通信主干網(wǎng)。
[0016] 如圖2所示為本發(fā)明技術(shù)的整流流程示意圖；該流程包括： S201 :統(tǒng)計(jì)配用電業(yè)務(wù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)形成匯聚流的數(shù)據(jù)速率構(gòu)成的時(shí)間序列作 為帶寬預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 基于變電站業(yè)務(wù)斷面的帶寬測(cè)算方法，是通過(guò)分析以變電站通信節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)接入節(jié) 點(diǎn)，對(duì)接入變電站通信節(jié)點(diǎn)的配用電業(yè)務(wù)，按照業(yè)務(wù)類型歸為不同的類別，對(duì)各業(yè)務(wù)通過(guò)各 通信通道到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)的單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)包數(shù)目的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)；計(jì)算各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率 數(shù)據(jù)構(gòu)成一維時(shí)間序列作為帶寬預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0017] 作為其中一個(gè)實(shí)施例，按照如下公式計(jì)算各業(yè)務(wù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率 數(shù)據(jù)：
其中，T為計(jì)數(shù)時(shí)間周期(實(shí)施例中為5秒）；i為配用電業(yè)務(wù)編號(hào)，k為計(jì)數(shù)時(shí)間周期 序號(hào)，$為業(yè)務(wù)i數(shù)據(jù)包大小，單位為bit為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期業(yè)務(wù)i到達(dá)變電 站的數(shù)據(jù)包數(shù)目為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期業(yè)務(wù)i到達(dá)變電站的數(shù)據(jù)速率，單位為bit/ So
[0018] 作為其中一個(gè)實(shí)施例，按照如下公式計(jì)算各業(yè)務(wù)到達(dá)變電站通信節(jié)點(diǎn)的各業(yè)務(wù)匯 聚流數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)：
其中B(k)為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期到達(dá)變電站的匯聚流數(shù)據(jù)速率，單位為bit/s。
[0019] S202 :采用加權(quán)平滑方法對(duì)帶寬預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗處理；采用如下公式 實(shí)現(xiàn)加權(quán)平滑的數(shù)據(jù)清洗操作：
其中，k為計(jì)數(shù)時(shí)間周期序號(hào)，B(k)為第k個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間周期到達(dá)變電站匯聚流的數(shù)據(jù) 速率；為加權(quán)因子，在實(shí)施例中取值為〇. 5 ;則D(k)為對(duì)應(yīng)B(k)經(jīng)過(guò)清洗操作的數(shù)據(jù)。數(shù) 據(jù)清洗處理后的匯聚流速率數(shù)據(jù)序列為{D(k)}。
[0020] S203:將數(shù)據(jù)清洗清理處理后的所述若干個(gè)業(yè)務(wù)速率數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，對(duì)用于 變電站通信節(jié)點(diǎn)帶寬預(yù)測(cè)的FBM自相似流量模型進(jìn)行訓(xùn)練； 作為其中一個(gè)實(shí)施例，在所述對(duì)用于變電站通信節(jié)點(diǎn)帶寬預(yù)測(cè)的自相似流量模型進(jìn)行 訓(xùn)練的步驟中，所述自相似流量模型為FBM流量模型； 所述FBM流量模型為包含三個(gè)參數(shù)的流量模型，三個(gè)參數(shù)分別為均值m，方差系數(shù)a，和 Hurst參數(shù)H ;通過(guò)訓(xùn)練獲取a參數(shù)和H參數(shù)的最佳值，以保證帶寬預(yù)測(cè)精度； 建立FBM流量模型的輸入和輸出系統(tǒng)：流量模型的輸入是清洗處理后的速率數(shù)據(jù)；流 量模型的輸出是H參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的參數(shù)a和參數(shù)m ; 采用清洗處理后的速率數(shù)據(jù)作為FBM流量模型的訓(xùn)練樣本；作為其中一個(gè)實(shí)施例，將 清洗數(shù)據(jù)序列依次分成包含n個(gè)數(shù)據(jù)的子序列，構(gòu)成多組訓(xùn)練樣本； 向FBM流量模型輸入一組訓(xùn)練樣本； 通過(guò)流量模型計(jì)算得出第P次訓(xùn)練輸出結(jié)果H*(p)，計(jì)算當(dāng)前輸出結(jié)果H*(p)和上次訓(xùn) 練兩次輸出結(jié)果H*(p)的迭代差值,鐵; 采用增量校正法調(diào)節(jié)訓(xùn)練迭代差值，對(duì)流量模型進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)迭代差值控制訓(xùn)練次 數(shù)，獲取最佳模型參數(shù)a參數(shù)和H參數(shù)。
[0021] S204 :對(duì)訓(xùn)練后流量數(shù)據(jù)進(jìn)行變電站通信節(jié)點(diǎn)的通信帶寬進(jìn)行預(yù)測(cè)與分配。
[0022] 對(duì)訓(xùn)練后的自相似數(shù)據(jù)判斷約束條件下的目標(biāo)函數(shù)是否滿足要求，如果滿足要求 則輸出變電站配用電自相似匯聚業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測(cè)值。
[0023] 作為其中一個(gè)實(shí)施例，所述目標(biāo)函數(shù)選擇為變電站通信節(jié)點(diǎn)的通信效率函數(shù)，約 束條件1為數(shù)據(jù)延遲T小于各業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量延遲指標(biāo)最小值Ct，約束條件2為數(shù)據(jù)丟失率 P小于各