一種安全隔離的電力無線專網(wǎng)信道分配方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種安全隔離的電力無線專網(wǎng)信道分配方法，屬于電力信息通信技術領域。
【背景技術】
[0002]在配用電網(wǎng)中，有開關站、環(huán)網(wǎng)柜、配電室、配電變壓器、柱上開關、配電線路、分布式能源站點、電動汽車充電站、用電計量器等多種配用電設備。這些設施將不斷產(chǎn)生各種信息數(shù)據(jù)，需要被及時、準確、安全地傳輸至主站，以實現(xiàn)配電與用電信息采集的自動化。
[0003]為了實現(xiàn)該類電力信息通信需求，可以采用通信光纜、載波、無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)等多種方法。這些方法各具特點與優(yōu)缺點。其中，無線專網(wǎng)具有覆蓋面廣、施工難度較低、實施周期較短、組網(wǎng)靈活等優(yōu)勢，是實現(xiàn)配用電通信的重要手段。
[0004]由于電力系統(tǒng)的特殊性，提供安全性保障是一項非常重要的要求。在電力無線專網(wǎng)中，由于無線電波傳輸方式的廣播特點，在給定小區(qū)(或遠端射頻單元)覆蓋范圍內(nèi)的任一終端都可以收到發(fā)往其他所有終端的無線信號，從而有可能導致監(jiān)聽、攔截、篡改等安全事件的發(fā)生。這就對如何提供安全性保障提出了挑戰(zhàn)。
[0005]為了保證電力信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，在電力無線專網(wǎng)中可以采用物理隔離的方法，即安排不同類型的業(yè)務使用不同的無線信道，從而將不同類型電力信息數(shù)據(jù)的傳輸通道隔離開，從物理上避免了利用某一類型業(yè)務終端設備對另一類特定業(yè)務進行監(jiān)聽、攔截、篡改等安全事件的發(fā)生。
[0006]這種要求安全隔離的無線信道分配問題是電力無線專網(wǎng)所獨有的。事實上，在無線公網(wǎng)中，所采取的方法正好相反，即將不同類型業(yè)務盡可能混合復用在一起，以互相填補可能出現(xiàn)的頻譜資源的空隙，從而達到提高頻譜效率的目的。而在電力無線專網(wǎng)中，為了達到安全隔離的目的，必須將不同類型業(yè)務從物理上分開。
[0007]另一方面，物理隔離必然會導致無線頻譜效率的降低。對電力無線專網(wǎng)來說，提供高容量以滿足覆蓋范圍內(nèi)所有配用電設備的通信需求，也是一個非常重要的問題。因此，如果為了滿足安全性要求而導致容量被降低，也是應該被盡量避免的。
[0008]由于上述兩方面的要求，即高安全性與高容量，使得電力無線專網(wǎng)中的信道分配是一個比較困難的問題，并難以通過手工方法在短時間內(nèi)尋找到比較合適的方案，尤其當電力無線專網(wǎng)的規(guī)模較大(即覆蓋范圍較大)的時候。因此，必須設計一種能夠系統(tǒng)解決電力無線專網(wǎng)中的信道分配問題的方法，使得能夠編制計算機程序針對給定問題在短時間內(nèi)自動找到合適的信道分配方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種安全隔離的電力無線專網(wǎng)信道分配方法。
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0011]一種安全隔離的電力無線專網(wǎng)信道分配方法，包括以下步驟，
[0012]步驟一，為每類業(yè)務構建一張效益函數(shù)表；
[0013]所述效益函數(shù)表是描述效益函數(shù)& (η)取值情況的一張表，所述效益函數(shù)& (η)為第i類業(yè)務單獨分配第η條信道時所獲得的滿意度，即效益；
[0014]步驟二，根據(jù)效益函數(shù)表進行無線信道分配。
[0015]為每類業(yè)務構建效益函數(shù)表的過程為，
[0016]Al)為每類業(yè)務構建一張圖；
[0017]所述圖是由點和邊構成，其中每個點代表一個第i類業(yè)務設備；如果任意兩個第i類業(yè)務設備之間由于干擾不能重復使用同一信道，則在相應的兩點之間用一條邊連接，從而構成一張第i類業(yè)務的圖；
[0018]A2)確定每類業(yè)務的效益函數(shù)的取值；
[0019]第i類業(yè)務的效益函數(shù)的取值等于所有第i類業(yè)務設備的滿意度的平均值；所述第i類業(yè)務設備的滿意度為第i類業(yè)務設備所能達到的吞吐率與吞吐率需求之間的比值，當比值超過I時，則定義該滿意度為I;
[0020]A3)根據(jù)圖和效益函數(shù)的取值，構建效益函數(shù)表；
[0021]過程如下:
[0022]BI)定義 i = l；
[0023]82)定義11=1;
[0024]B3)為第i類業(yè)務設備分配第η條信道；
[0025]在第i類業(yè)務的圖中選取滿意度最低的設備，將第η條信道分配給該設備，將該設備以及與其有邊相連的設備從圖中刪除，然后從剩余的點中再選取滿意度最低的設備，重復上述操作直至圖中沒有點；
[0026]Β4)根據(jù)信道的分配結果更新各設備的滿意度，計算& (η)的取值；
[0027]Β5)判斷η是否小于c，c為電力無線專網(wǎng)的信道總數(shù)，如果小于C，則η = η+1，轉(zhuǎn)至步驟Β3 ;否則轉(zhuǎn)至步驟Β6 ;
[0028]Β6)判斷i是否小于k，k為業(yè)務種類個數(shù)，如果小于k，則i = i+Ι，轉(zhuǎn)至步驟B2，否則結束。
[0029]無線信道分配過程如下，
[0030]Cl)定義 η = I ;
[0031]C2)計算所有k類業(yè)務的優(yōu)先權；
[0032]Pi (n) = Iifi (η)-?.“η-1) Vfi(I1-1)
[0033]其中Pi (η)為當分配第η條信道時第i類業(yè)務的優(yōu)先權取值，A (O)為一正常數(shù)；
[0034]C3)將第η條信道分配給優(yōu)先權最大的那類業(yè)務；
[0035]C4)判斷η是否小于c，c為電力無線專網(wǎng)的信道總數(shù)，如果小于C，則η = η+1，轉(zhuǎn)至步驟C2;否則結束。
[0036]1-2^ f i(0) ^ 1^3O
[0037]本發(fā)明所達到的有益效果:1、本發(fā)明所提出的信道分配方法是在電力無線專網(wǎng)中為在不同類型業(yè)務之間實現(xiàn)物理級安全隔離的一種有效方法，能夠在基于物理隔離的安全性保障與對無線信道資源的有效利用之間取得折中；2、本發(fā)明引入效益函數(shù)表，將信道分配操作規(guī)格化為對表格的操作，兼顧了操作的復雜度與方案的最優(yōu)性；3、本發(fā)明針對電力無線專網(wǎng)的特點，即用戶設備的位置是靜止不動的，并且各類用戶設備產(chǎn)生業(yè)務數(shù)據(jù)流量的通信需求也是近似固定不變的，從而有助于簡化操作的計算復雜度。
【附圖說明】
[0038]圖1為電力無線專網(wǎng)構成示意圖。
[0039]圖2為電力無線專網(wǎng)中的信道分配問題示意圖。
[0040]圖3為本發(fā)明的流程框圖。
[0041]圖4為本發(fā)明中構建的圖。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0043]如圖1所示，圖中示出本發(fā)明所針對的電力無線專網(wǎng)的架構，在無線專網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)，分布有若干配用電設備。這些配用電設備在運行過程中將不斷產(chǎn)生各種類型的電力信息業(yè)務數(shù)據(jù)，包括“三遙”、集抄、遠程抄表、視頻監(jiān)控、語音調(diào)度等。配用電設備將這些電力信息數(shù)據(jù)承載在無線信號然后發(fā)射出去，由相應的接入點負責接收，然后通過網(wǎng)關經(jīng)由光纖骨干網(wǎng)傳輸至主站系統(tǒng)進行處理。
[0044]如圖2所示，圖中示出的是電力無線專網(wǎng)中的信道分配問題的一個例子。在電力無線專網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)，散布了若干配用電設備，其中設備101、104、106、108、109屬于第一類業(yè)務設備(即i = I);設備102、103、105、107、110屬于第二類業(yè)務設備(即i = 2)。出于安全方面的考慮，應該為這些不同類型的設備分配不同的無線信道，從而使得不同類型電力信息數(shù)據(jù)的傳輸過程從物理上就被隔離開。
[0045]在電力無線專網(wǎng)中，所謂信道與所采用的空中接口標準緊密相關。以目前先進的第四代LTE無線空中接口規(guī)范為例。根據(jù)相關標準，LTE中的無線資源由時域與頻域二維平面上定義的柵格圖來表示，其中時域上一幀的長度為十毫秒，被劃分為二十個時隙；頻域上系統(tǒng)帶寬被劃分為若干個子載波組，每個子載波組占據(jù)180000赫茲的帶寬。在LTE系統(tǒng)中，一條信道就對應于時域上的一個時