[发明专利]基于5G网络中D2D辅助的智能变电站通信无线资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于5G网络中D2D辅助的智能变电站通信无线资源分配方法，其步骤包括：1、构造最优簇划分算法，将智能变电站中的传感器进行簇划分；2、对传感器、边缘网关和巡检机器人进行初始功率分配；3、对传感器、边缘网关和巡检机器人进行信道分配；4、对传感器、边缘网关和巡检机器人的功率分配进行改进。本发明能够支持智能变电站中传感器和巡检机器人的协同数据采集与资源分配，并在保证系统吞吐量的同时最大化频谱效率。

技术领域

本发明涉及智能变电站上行通信数据传输领域，具体地说是一种基于5G网络中D2D辅助的智能变电站通信无线资源分配方法，适用于变电站中海量传感器与巡检机器人协同数据采集与传输的环境，联合执行传感器簇划分和无线资源分配，在保证系统吞吐量的同时最大化频谱效率。

背景技术

智能变电站是指采用智能传感器、智能巡检机器人和移动智能终端等先进、可靠的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息测量、采集、控制和监测等功能，具有实时自动控制、故障监测、协同互动等高级功能的新型变电站。作为智能电网的重要环节，双向实时的数据采集与通信是智能变电站调度控制及智能监测的基础。

第五代移动通信技术(5G)是一种高速率、低时延、大连接高可靠的最新一代蜂窝移动通信技术，可以满足增强型移动宽带、海量机器类通信和高可靠低时延通信的三大应用场景。5G网络引入了大规模多输入多输出天线系统、终端直连(Device-to-Device,D2D)通信、带内全双工通信等新的无线传输技术，能够支持智能变电站内海量传感器数据传输、巡检机器人故障图像等大数据通信的需求。

东南大学薛建中设计并实现了一种智能变电站监控系统中的数据通信网关(东南大学硕士学位论文，2018，“智能变电站监控系统中数据通信网关的设计与实现”)。作者通过对数据通信网关的需求进行分析，提出了数据通信网关的总体设计方案，讨论了基于共享内存的协议转换模型。最后，作者给出每个功能模块的业务处理流程和具体实现方法，并进行了数据网关的功能和性能测试。测试结果表明，文章所提数据通信网关软硬件及传输方法足以支撑数据通信网关实时多任务的应用功能，保证了数据通信网关的性能要求。但是此通信网关没有考虑海量传感器接入时的信道增益，且性能测试时测控装置较少，无法满足海量传感器接入的条件。

国网河南省电力公司电力科学研究院韩伟等人提出了一种智能变电站无线异构网络资源共享策略(电网与清洁能源，2016，“智能变电站无线异构网络资源共享策略”)。作者将智能变电站业务需求分为本地业务和广域业务，提出了一种智能变电站层次化的无线异构通信网络结构；针对层次化智能变电站无线异构网络，研究了D2D复用上行通信链路资源算法，以缓解智能电网无线频率资源紧张的难题。仿真结果表明，该网路结构及资源共享算法能够很好的支撑智能变电站业务接入，同时提供了较高的本地通信频率复用增益，从而整体提升了网络业务承载能力。但是，此资源共享策略仅考虑了频谱与功率联合分配的问题，没有考虑传感器与边缘网关的簇划分，无法为海量传感器提供最高的信道增益，无法保证系统最小吞吐量的要求。

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司陆国生等人发明了一种变电站分布式无线网中数据安全和资源分配联合优化方法(公开号：CN112148478A)，方法包括：首先将分散的变电站构成的分布式系统作为区块链来存储变电站的通信数据；其次基于拜占庭容错协议达成数据的一致性，设计数据达成一致性过程中所消耗的通信时延参数；最后以系统的吞吐量函数达到最大化为深度强化学习目标，采用深度强化学习进行学习训练，使系统的吞吐量及通信时延均达到最优，实现了由变电站形成的分布式系统的通信通道资源、区块链区块数量和容量的最优分配的同时，降低通信时延的目的。但是此方法没有考虑传感器的簇划分和功率约束问题，无法最大化系统的频谱效率。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于5G网络中D2D辅助的智能变电站通信无线资源分配方法，以期能够协同执行传感器簇划分和无线资源分配，并在保证系统吞吐量的同时最大化频谱效率。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：