基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统，接收频谱变换请求，利用干扰消减型图着色‑模拟退火融合算法的图着色部分进行智能电网双层认知网络架构内电力信息终端间的频谱分配，获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵，建立局部解列表，根据建立的局部解列表以及单元间频谱干扰矩阵，通过干扰消减型图着色‑模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配，反馈最优频谱分配结果至电力信息终端。整个过程中，以干扰消减型图着色‑模拟退火融合算法为频谱管理分配核心，能够快速的得到智能电网双层网络的最优频谱分配策略，并充分利用网络中的频谱资源。

【技术实现步骤摘要】
基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统
本专利技术涉及电力电网
，特别是涉及基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统。
技术介绍
随着智能电网的飞速发展，现有的无线网络资源已经无法满足电网各类通信业务的多样化需求。由于频谱分配历史等原因，电力行业现有授权可用的频段只有基于230MHz频率的40个离散频点，每个频点25kHz带宽，共1MHz带宽。面对配网自动化、计量自动化，电动汽车桩、视频监控业务、能源互联网等各类电力业务的发展，无线专网覆盖终端数量的迅速增长，通信服务类业务和信息化业务呈爆发式增长，1MHz带宽的频谱是远远不够的，海量数据并发采集势必带来数据无线传输的丢包及延时。认知无线电技术的引入可在充分使用现有电力授权频谱的基础上，增加非授权频谱的使用，从而有效解决智能电网无线网络面临频谱资源紧张、频谱资源利用率较低等问题。由于电力特有通信业务异构性强且Qos(QualityofService，服务质量)要求差异性大，如何运用双层网络架构下的频谱资源以充分发挥通信业务的时变特性，满足资源利用率和业务传输质量的要求，成为电力通信网亟需解决的问题之一。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前尚无基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法的问题，提供一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统，以有效提高电网各类通信业务的可靠性，促进对智能电网配用电自动化的发展及推广。一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，包括步骤：接收智能电网中电力信息终端发送的频谱变换请求；利用干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的图着色部分进行智能电网双层认知网络架构内电力信息终端间的频谱分配；获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵；建立局部解列表；根据建立的局部解列表以及所述单元间频谱干扰矩阵，通过所述干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配；反馈最优频谱分配结果至所述智能电网中电力信息终端。一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理系统，包括：接收模块，用于接收智能电网中电力信息终端发送的频谱变换请求；频谱分配模块，用于利用干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的图着色部分进行智能电网双层认知网络架构内电力信息终端间的频谱分配；矩阵建立模块，用于获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵；解列表建立模块，用于建立局部解列表；最优频谱分配模块，用于根据建立的局部解列表以及所述单元间频谱干扰矩阵，通过所述干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配；反馈模块，用于反馈最优频谱分配结果至所述智能电网中电力信息终端。本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统，接收频谱变换请求，利用干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的图着色部分进行智能电网双层认知网络架构内电力信息终端间的频谱分配，获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵，建立局部解列表，根据建立的局部解列表以及所述单元间频谱干扰矩阵，通过所述干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配，反馈最优频谱分配结果至电力信息终端。整个过程中，以干扰消减型图着色-模拟退火融合算法为频谱管理分配核心，能够快速的得到智能电网双层网络的最优频谱分配策略，并充分利用网络中的频谱资源。附图说明图1为一般智能电网双层网络架构示意图；图2为本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法中动态频谱管理架构示意图；图3为本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法其中一个实施例的流程示意图；图4为本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法其中一个应用实施例的流程示意图；图5为本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理系统其中一个实施例的结构示意图；图6为其中一个实例中电力信息终端分布示意图。具体实施方式为了便于解释说明本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统的原理以及其带来的显著效果，下面将首先针对基于智能电网双层认知网络架构进行说明。如图1所示。由于电力特有通信业务异构性强且Qos要求差异性大，如何运用双层网络架构下的频谱资源以充分发挥通信业务的时变特性，满足资源利用率和业务传输质量的要求，成为电力通信网亟需解决的问题之一。将认知无线电技术应用于智能电网双层网络结构下，将有效提高电网各类通信业务的可靠性，对智能电网配用电自动化的发展及推广具有重要意义。应用于智能电网双层认知网络的频谱管理方法与系统，需要结合双层网络的实际架构及无线传感网的特点，同时应当充分考虑到智能电网通信业务的特点，主要问题有以下几个方面：1、智能电网双层认知网络是智能电网的发展趋势，然而现有的各类认知无线电频谱技术无法完全适应并利用其双层架构的特点，在实际建设中不仅存在未能充分利用频谱资源、频谱分配时延较长等问题，还带来更高的建设成本。2、在双层网络架构下的第一层Mesh邻域网间存在相交区域，从频谱角度分析，同一频段在相交区域的不同节点间存在干扰，在频谱管理时应当充分减少同频干扰现象的发生；从节点角度分析，相交区域的任意节点可以接入多个Mesh邻域网，在某一Mesh网络频谱资源紧张时，该节点可接入邻域空闲的Mesh网络，通过这样的方式将提高整个系统的频谱利用率及吞吐量。然而，单一的Mesh网络间的频谱分配机制不能考虑到网间的干扰以及频谱共享等方面。3、智能电网通信业务具有其明显的特点，如突发性强、异构性强且Qos要求差异性大等，为了确保重要电力信息能够及时准确的传输至电力相关部门，对双层认知网络的传输可靠性和传输时延具有较高的要求。因此，需要研究设计一种高效的频谱管理方法，能够在保证频谱互不干扰的前提下，快速进行频谱分配。可见，将认知无线电技术应用于智能电网双层网络结构下，将有效提高电网各类通信业务的可靠性，对智能电网配用电自动化的发展及推广具有重要意义。基于此，本专利技术提出了一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法与系统。该方法将采用干扰消减型图着色-模拟退火融合算法，并结合智能电网双层认知网络架构，智能电网中的频谱资源进行高效快速的管理分配。在实际应用中，本专利技术基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法可以主要由频谱管理服务器完成相应频谱管理、分配操作，频谱管理服务器为主从结构(Master-Slave)，对应于智能电网双层感知网络，其具体的架构如图2所示。在第一层中，将每个Mesh邻域网作为一个频谱分配单元，多个频谱单元组成双层网络结构的第一层。在每个Mesh邻域网的汇聚节点处均存在一个Slave(从)频谱管理服务器，该动态频谱管理服务器将根据自身Mesh网络内部的空闲可用频谱，利用干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的图着色部分进行网内终端间的频谱分配。Slave频谱管理服务器的每次分配将存在多个可行解，第一层网络所计算得到的频谱分配可行解将统一传送至第二层LTE(LongTermEvolution，长期演进)基站处的Master(主)频谱管理服务器。Master动态频谱管理服务器将会动态维护整个网络的可用频谱矩阵和单元间干扰矩阵，可用频谱矩阵用以记录每个单元中的空闲可用频谱，单元间干扰矩阵记录相邻单元间存在的同频干扰情况。最终通过Mast本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，其特征在于，包括步骤：接收智能电网中电力信息终端发送的频谱变换请求；利用干扰消减型图着色‑模拟退火融合算法的图着色部分进行智能电网双层认知网络架构内电力信息终端间的频谱分配；获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵；建立局部解列表；根据建立的局部解列表以及所述单元间频谱干扰矩阵，通过所述干扰消减型图着色‑模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配；反馈最优频谱分配结果至所述智能电网中电力信息终端。

【技术特征摘要】
1.一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，其特征在于，包括步骤：接收智能电网中电力信息终端发送的频谱变换请求；利用干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的图着色部分进行智能电网双层认知网络架构内电力信息终端间的频谱分配；获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵；建立局部解列表；根据建立的局部解列表以及所述单元间频谱干扰矩阵，通过所述干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配；反馈最优频谱分配结果至所述智能电网中电力信息终端。2.根据权利要求1所述的基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，其特征在于，所述获取实时频谱信息，建立可用频谱矩阵与单元间频谱干扰矩阵的步骤包括：获取实时频谱使用信息，建立可用频谱矩阵L＝{l(m,n)|l(m,n)∈{0,1}}(M×N)，当频谱n在频谱分配单元m可用时l(m,n)＝1，否则l(m,n)＝0，其中，L为可用频谱矩阵、l(m,n)为可用频谱矩阵L中频谱n在频谱分配单元m对应的布尔值，用于表征频谱n在频谱分配单元m中是否可用，M和N分别为可用频谱矩阵L中元素的行数与列数；建立频谱分配单元间干扰矩阵C(m,j)＝{c(i,k)|c(i,k)∈{0,1}}(D×D)，当频谱分配单元m中电力信息终端i与频谱分配单元j中电力信息终端k同时使用某一频段并且相互干扰时c(i,k)＝1，否则c(i,k)＝0，其中，C(m,j)为频谱分配单元m与频谱分配单元j之间的干扰矩阵，c(i,k)为频谱分配单元m中电力信息终端i与频谱分配单元j中电力信息终端k存在干扰对应的布尔值，用于表征频谱单元m中电力信息终端i与频谱分配单元j中电力信息终端k是否存在干扰，D为频谱分配单元间干扰矩阵C(m,j)的行数或列数。3.根据权利要求1所述的基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，其特征在于，所述建立局部解列表的步骤包括：获取局部可行解并汇总；根据汇总的局部可行解，建立频谱局部可行解集Q，其中，D(i,j)表示在频谱单元i中电力信息终端j的ID，B(i,j)表示对应电力信息终端ID的在频谱单元i中分配的频段j。4.根据权利要求1所述的基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，其特征在于，所述根据建立的局部解列表以及所述单元间频谱干扰矩阵，通过所述干扰消减型图着色-模拟退火融合算法的模拟退火部分，计算最优频谱分配的步骤包括：根据建立的局部解列表，获取可行解集，并从所述可行解集中选取任意一个网间覆盖相交的电力信息终端ID；查找可用频谱矩阵，为选取的电力信息终端选择空闲网络的频段进行分配，获得频段分配结果；通过所述单元间频谱干扰矩阵判断频段分配结果是否存在单元间干扰，若存在干扰，则返回所述查找可用频谱矩阵，为选取的电力信息终端选择空闲网络的频段进行分配，获得频段分配结果的步骤，若不存在干扰，则记录电力信息终端ID及对应的所述频段分配结果；检测所述可行解集中电力信息终端是否完全分配，若未完全分配，则选择所述可行解集中的下一网间覆盖相交电力信息终端的ID，返回所述查找可用频谱矩阵，为选取的电力信息终端选择空闲网络的频段进行分配，获得频段分配结果的步骤，若已完全分配，则将本轮频谱分配结果记录，得出全局可行解；将全局可行解带入目标函数，综合考虑频谱利用率、时延以及吞吐量因素，与上一轮频谱分配结果比较。判断是否达到退火最低温度，若未达到最低温度，则按退火规则降温，继续所述查找可用频谱矩阵，为选取的电力信息终端选择空闲网络的频段进行分配，获得频段分配结果的步骤，若已达到最低温度，则将当前解作为最优解并输出。5.根据权利要求1所述的基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理方法，其特征在于，所述反馈最优频谱分配结果至所述智能电网中电力信息终端的步骤之后还包括：根据反馈的最优频谱分配结果，对所述智能电网中电力信息终端进行频谱管理。6.一种基于智能电网双层认知网络架构的频谱管理系统，其特征在于，包括：接收模块，用于接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭起霖，张斌，陈辉煌，沈文光，王隆，曹扬，黄盛，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44