【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电力物联网终端接入方法，属于物联网领域。
技术介绍
1、电力物联网终端接入的效率及接入负载的处理效率依赖于可信的执行环境，在服务质量相关的电力物联网解决方案中，可用性和可靠性等属性具有高优先级，而故障和错误是低功耗电力物联网终端设备和边缘汇聚节点面临的主要威胁，这些故障和错误可能影响整个电力物联网系统运行。为了防止系统的完全故障或服务质量降级，就需要一个有效的容错系统，帮助运行时能够检测故障并从中恢复，从而减小故障带来的负面影响。同时，对于电力物联网来说，接入负载的快速处理可以提升终端设备的服务体验。因此，关注电力物联网终端可靠接入的同时保障其处理时延是具有重大实际意义的。
2、电力物联网中由于电源故障、硬件故障、网络故障或业务故障等原因导致的突发状况时有发生。因此，为了提升其可靠性，负载接入及处理的容错变得非常重要。对于通信过程涉及到边缘汇聚节点和主汇聚节点多级传输的电力物联网应用来说，其终端设备接入负载的密集性和随机性，增加了可靠通信及处理的难度。一方面，如果电力物联网提供的负载接入可靠性较低，则会导致负载处理质量降级或接入中断。另一方面，如果一味的追求可靠性，则回出现资源配置冗余的情况，进而导致接入负载持续等待而引发处理延迟高的问题。因此，在设计电力物联网通信系统时，时延和可靠性都是需要纳入考虑的因素。
3、从以上分析可知，亟需设计一种电力物联网终端接入方法，使用有限的网络资源在时延保障的前提下提高接入负载的可靠性。
技术实现思路
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2、技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种电力物联网终端接入方法，首先，根据接入负载可靠性约束确定信道与边缘汇聚节点组合的初始候选集合；其次，在遗传算法和粒子群优化算法的基础上，提出了一种改进的启发式算法；最后通过在粒子群算法中引入遗传算法中的交叉变异操作，确定每一类接入负载匹配的最佳信道与边缘汇聚节点组合，在接入负载可靠性约束下最小化所有所有负载平均处理时延。该方法具体包括以下步骤：
3、s1：确定可靠性模型，包括电力物联网终端与边缘汇聚节点的信道传输可靠性，边缘汇聚节点的处理可靠性，以及电力物联网络整体可靠性；
4、s2：接入负载模型更新：当终端产生新的负载需要接入电力物联网时，首先传输至边缘汇聚节点产生第一部分无线传输时延，主汇聚节点通过集中控制器发送信令，将同一接入负载的处理副本传输至不同的边缘汇聚节点上；
5、s3：接入负载处理模型更新：根据接入负载的平均到达率、处理量大小以及边缘汇聚节点的处理能力，根据m/m/1排队模型得到接入负载处理时延；
6、s4：边缘汇聚节点选择：根据接入负载可靠性要求选择出符合要求的初始信道与边缘汇聚节点集合；
7、s5：输出调度结果：根据接入负载可靠性要求、接入负载处理大小以及接入负载时延容忍，使用改进的遗传粒子群算法输出全局适应度最佳的粒子群，即协作边缘汇聚节点，并将接入负载的副本传输至该节点进行处理，完成调度。
8、进一步，所述步骤s1具体包括以下步骤：
9、s11：信道传输可靠性：终端在接入节点的负载通过无线信道进行传输至边缘汇聚节点，边缘汇聚节点将接入负载传输至主汇聚节点，再由主汇聚节点将同一接入负载的处理副本分发在不同的边缘汇聚节点上，当一个边缘汇聚节点发生故障或者性能下降时，通过选择其他边缘汇聚节点来完成接入负载处理；
10、s12：边缘汇聚节点处理可靠性：根据边缘汇聚节点平均维修时间和故障间隔时间评估其处理可靠性；
11、s13：系统整体可靠性：需要边缘汇聚节点的信道传输可靠性与边缘汇聚节点的处理可靠性整体均满足接入负载可靠性要求；其中，传输可靠性为：
12、
13、在中，表示接入负载的终端集合，例如接入负载的终端集合包括智能电表、配电设备、数据采集及分析器，表示负载任务类型的集合，例如包含电力数据采集，电力数据分析、电力数据可视化，表示传输信道的集合，表示传输信道的物理可靠性，为输入值；，当该信道被选中时，；否则，；处理可靠性为：
14、
15、其中，表示边缘汇聚节点的集合，与边缘汇聚节点平均维修时间和故障间隔时间有关，为输入值；，当该边缘汇聚节点被选中时，；否则，；
16、进而可得系统整体可靠性为
17、。
18、进一步，所述步骤s2具体包括以下步骤：
19、s21：假设终端接入类型的负载，均服从均值为的指数分布，提前设定好接入负载通过信道传输到边缘汇聚节点的传输速率，其中，d表示第几个接入的终端，接入负载大小为，采用m/m/1排队模型计算无线传输时延，并且得到接入负载的上行传输时间为：
20、
21、s22：将同一接入负载的处理副本分传输至不同的边缘汇聚节点上进行处理，每一份处理副本由不同的无线信道进行传输，计算出总的无线传输时延，为多个副本传输中，上行传输时延最大值，作为该负载请求的传输时延，
22、。
23、进一步，所述步骤s3具体包括以下步骤：
24、s31：假设接入负载到达服务器服从泊松分布，其平均到达率为，假设每一个电力物联网终端的接入负载大小为，表示边缘汇聚节点提供给接入负载提供的处理资源大小，为输入值，电力终端接入负载的处理时间为，并且服从指数分布，在每一个边缘汇聚节点使用m/m/1排队模型来处理负载，进而得到接入负载在边缘汇聚节点上的平均完成时延，接入负载在边缘汇聚节点上的平均完成时延用公式表示为：
25、
26、其中，；
27、边缘汇聚节点的服务速率大于接入负载的到达率，即：
28、；
29、总的平均处理时延可以表示为：
30、
31、处理接入负载的总时延表示为：
32、。
33、进一步，所述步骤s4具体包括：
34、步骤s4.1：从集合中选出符合接入负载类型可靠性要求的信道，将其放入初始候选信道集合中，集合表示为；
35、步骤4.2：限制最大信道数为，即满足网络整体可靠性的最少信道数，并将可以处理接入负载类型的边缘汇聚节点放入初始候选节点集合中，该集合用表示，限制最大边缘汇聚节点为，即满足网络整体可靠性要求的最少边缘汇聚节点数量，是作为输入给出的，刻画网络整体可靠性所需要的最少边缘汇聚节点的数量，即集合最少有个边缘汇聚节点，定义集合表示初始候选边缘汇聚节点与信道组合的集合，其中，“”表示笛卡尔积运算符，集合中的每个元素表示一种信道与边缘汇聚节点的组合方式，中的元素定义权值函数：
36、
37、通过在以上四个约束条件下，优化权值系数来尽可能使用较少的电力物联本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力物联网终端接入方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
5.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
6.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种电力物联网终端接入方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的电力物联网终端接入方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括以下步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：吴强，吕军，张贺军，周宏宇，陈霄，袁栋，杨霄，路永玲，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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