【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及物聯(lián)網(wǎng)通信，且更具體地涉及一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法及系統(tǒng)。
技術介紹
1、隨著全球能源結構轉(zhuǎn)型的加速，可再生能源的廣泛應用已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。在這一背景下，電力系統(tǒng)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)集中式供電向分布式、智能化方向的轉(zhuǎn)變。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(upiot)旨在通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)電力系統(tǒng)的全面感知、智能分析和精準控制。智能計量裝備作為連接用戶與電網(wǎng)的關鍵節(jié)點，承擔著數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析的重要任務。
2、現(xiàn)有的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(upiot)計量裝備通信方法主要基于傳統(tǒng)的電力遠動通信協(xié)議，如iec?104。這些協(xié)議在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應用，并在多個方面表現(xiàn)出了良好的性能和穩(wěn)定性。iec?104協(xié)議是一種基于tcp/ip的通信協(xié)議，主要用于電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(scada)。它通過定義標準化的數(shù)據(jù)格式和通信流程，實現(xiàn)了不同設備之間的互操作性，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院鸵恢滦浴?/p>
3、然而，在實際應用中，傳統(tǒng)的電力遠動通信協(xié)議如iec?104采用阻塞通信方式，即發(fā)送方必須等待接收方確認后才能繼續(xù)發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。這種方式雖然在早期的電力系統(tǒng)中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和可靠性，但其效率較低，容易導致數(shù)據(jù)傳輸延遲。另外，在傳輸比特率受限的情況下，多智能體系統(tǒng)通常采用量化通信的方式傳遞信息。量化通信通過減少數(shù)據(jù)的冗余度，提高了通信效率，但同時也引入了信息的不精確性，這對數(shù)據(jù)的準確性和一致性提出了挑戰(zhàn)。其次，現(xiàn)有的upiot計量裝備通信方法通常依賴于固定的網(wǎng)絡拓撲結構，
4、因此，本專利技術公開一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有智能計量裝備通信中存在的量化通信不精確性、通信效率不足以及靈活性差的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術的不足，本專利技術公開了一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法及系統(tǒng)，提高了智能計量裝備的通信性能和靈活性。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，包括以下步驟：
4、s1、智能計量裝備啟動時，通過動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法自動發(fā)現(xiàn)周圍的鄰居節(jié)點，并構建自適應網(wǎng)絡拓撲；所述動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法通過多跳通信機制允許節(jié)點通過中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)請求包和響應包，擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍；
5、s2、智能計量裝備通過網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)測定期評估當前網(wǎng)絡環(huán)境，包括網(wǎng)絡擁塞程度、信號強度和干擾情況；
6、s3、智能計量裝備通過內(nèi)置傳感器和用戶輸入獲取當前的任務需求，包括業(yè)務數(shù)據(jù)的大小、類型和優(yōu)先級，通過專家系統(tǒng)確定業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸速率下限、最大允許時延和數(shù)據(jù)的敏感性等級；
7、s4、智能計量裝備通過已建立的多條通信鏈路分別發(fā)送測試數(shù)據(jù)包至目標節(jié)點，評估各鏈路性能，并通過香農(nóng)公式計算各鏈路的信道容量，評估各鏈路的最大傳輸能力；
8、s5、智能計量裝備根據(jù)s3輸出的數(shù)據(jù)傳輸需求和s4輸出的各鏈路的性能指標選擇最優(yōu)的鏈路組合，所述s5包括以下步驟：
9、s51：預設多個備選鏈路方案，每個方案包含不同的鏈路組合；
10、s52：基于鏈路狀態(tài)變量、通信節(jié)點數(shù)量、鏈路性能及鏈路信道容量，確定每個方案的啟用鏈路容量、啟用鏈路數(shù)、啟用通信節(jié)點數(shù)及平均鏈路性能；
11、s53：定義方案綜合性能函數(shù)f(x)，綜合考慮啟用鏈路容量、啟用鏈路數(shù)、啟用通信節(jié)點數(shù)、平均鏈路性能及其對應的權重系數(shù)；
12、s54：通過遺傳算法獲取滿足數(shù)據(jù)傳輸需求且f(x)最大值時的鏈路狀態(tài)變量；
13、s55：根據(jù)鏈路狀態(tài)變量選擇待機及保持啟用的鏈路；并通過強化學習算法動態(tài)優(yōu)化鏈路選擇策略；
14、s6、基于s5中選擇的最優(yōu)鏈路組合，通過多路徑傳輸方法向目標節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；
15、s7、在數(shù)據(jù)傳輸過程中，智能計量裝備根據(jù)網(wǎng)絡狀況和鏈路性能，通過基于動態(tài)頻譜管理的自適應調(diào)制編碼模型動態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，包括傳輸速率、頻率和功率；
16、s8、智能計量裝備通過前向糾錯編碼和后向糾錯方法在接收端進行數(shù)據(jù)校驗，若檢測到數(shù)據(jù)誤差，通過誤差補償算法進行修正；
17、s9、在整個通信過程中，智能計量裝備采用多層安全機制確保數(shù)據(jù)的安全傳輸；所述多層安全機制包括數(shù)據(jù)加密層、身份認證層、入侵檢測層和主動防御層。
18、作為本專利技術進一步的技術方案，所述動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法的構建自適應網(wǎng)絡拓撲的工作方法為：
19、u1、智能計量裝備啟動時，動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法通過無線廣播協(xié)議發(fā)送請求包，請求包中包含自身的節(jié)點id、位置和通信能力；
20、u2、鄰居節(jié)點接收到請求包后，解析請求包中的信息并生成響應包，響應包中包含鄰居節(jié)點的節(jié)點id、位置和通信能力，通過無線通信信道返回給智能計量裝備；
21、u3、智能計量裝備接收到響應包后，解析出鄰居節(jié)點的信息并存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，包括節(jié)點id、位置和通信能力；
22、u4、根據(jù)提取的節(jié)點信息，動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法構建網(wǎng)絡拓撲圖，通過鄰接矩陣或鄰接列表的形式存儲；同時，動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法記錄每個鄰居節(jié)點的狀態(tài)信息，包括時間戳、信號強度、傳輸速率和丟包情況；
23、u5、動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法通過定時發(fā)送和接收廣播包，動態(tài)更新網(wǎng)絡拓撲圖，確保網(wǎng)絡的實時性和準確性。
24、作為本專利技術進一步的技術方案，所述多跳通信機制通過路由選擇協(xié)議aodv動態(tài)發(fā)現(xiàn)和維護最優(yōu)路徑，并通過分組轉(zhuǎn)發(fā)機制確保數(shù)據(jù)包在多跳路徑上的通信傳輸。
25、作為本專利技術進一步的技術方案，所述s5中，強化學習算法動態(tài)優(yōu)化鏈路選擇策略的優(yōu)化方法為：首先通過強化學習模型定義狀態(tài)空間、動作空間以及獎勵函數(shù)，構建智能計量裝備在通信過程中的決策框架；所述狀態(tài)空間用于包含當前鏈路的性能參數(shù)、通信節(jié)點的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笮畔?；所述動作空間用于定義智能計量裝備的操作，包括啟用或待機鏈路；所述獎勵函數(shù)用于衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?、鏈路的穩(wěn)定性以及資源的消耗；根據(jù)獎勵函數(shù)反饋的獎勵值，所述強化學習算法通過策略迭代方法逐步更新智能計量裝備的決策策略；在迭代更新過程中，所述強化學習算法還通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡作為強化學習模型的函數(shù)逼近器，用于近似表示策略函數(shù)或價值函數(shù)。
26、作為本專利技術進一步的技術方案，所述s4的工作方法為：
27、s41、采用多路徑傳輸方法通過不同的鏈路發(fā)送相同的測試數(shù)據(jù)包，評估各鏈路的傳輸質(zhì)量，包括信號強度、傳輸速率、丟包率和時延；
28、s42、智能計量裝備根據(jù)各鏈路的傳輸質(zhì)量，通過基于模糊邏輯的鏈路評估算法綜合評估各鏈路的通信質(zhì)量；所述基于模糊邏輯的鏈路評估算法的工作步驟包括：
29、r1、定義模糊集合，將信號強度、傳輸速率、丟包率和時延指標劃本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法的構建自適應網(wǎng)絡拓撲的工作方法為：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述多跳通信機制通過路由選擇協(xié)議AODV動態(tài)發(fā)現(xiàn)和維護最優(yōu)路徑，并通過分組轉(zhuǎn)發(fā)機制確保數(shù)據(jù)包在多跳路徑上的通信傳輸。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述S5中，強化學習算法動態(tài)優(yōu)化鏈路選擇策略的優(yōu)化方法為：首先通過強化學習模型定義狀態(tài)空間、動作空間以及獎勵函數(shù)，構建智能計量裝備在通信過程中的決策框架；所述狀態(tài)空間用于包含當前鏈路的性能參數(shù)、通信節(jié)點的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笮畔ⅲ凰鰟幼骺臻g用于定義智能計量裝備的操作，包括啟用或待機鏈路；所述獎勵函數(shù)用于衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?、鏈路的穩(wěn)定性以及資源的消耗；根據(jù)獎勵函數(shù)反饋的獎勵值，所述強化學習算法通過策略迭代方法逐步更新智能計量裝備的決策策略；在迭代更新過
5.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述S4的工作方法為：
6.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述S5中，通過遺傳算法求解鏈路狀態(tài)變量的工作方法包括以下步驟：
7.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述基于動態(tài)頻譜管理的自適應調(diào)制編碼模型包括數(shù)據(jù)輸入層、調(diào)制編碼選擇層、參數(shù)優(yōu)化層、頻譜資源分配層、通信參數(shù)調(diào)整層和執(zhí)行層；所述基于動態(tài)頻譜管理的自適應調(diào)制編碼模型的工作方法為：
8.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述S8的工作方法為：通過卷積碼、里德所羅門碼或低密度奇偶校驗碼對原始數(shù)據(jù)進行編碼，生成帶有冗余信息的編碼數(shù)據(jù)；編碼后的數(shù)據(jù)通過無線信道傳輸?shù)浇邮斩?；接收端接收到編碼數(shù)據(jù)后，通過后向糾錯方法進行數(shù)據(jù)校驗和誤差檢測，若檢測到數(shù)據(jù)誤差，接收端通過前向糾錯編碼算法提供的冗余信息，進行錯誤定位和糾正，若錯誤超出前向糾錯編碼的糾錯能力，接收端通過重傳請求機制請求發(fā)送端重新發(fā)送錯誤數(shù)據(jù)包；所述前向糾錯編碼算法通過滑動窗口或多項式根確定錯誤位置，并通過維特比算法或多項式插值進行糾錯。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)加密層通過高級加密標準AES對傳輸數(shù)據(jù)進行加密，確保數(shù)據(jù)機密性；所述身份認證層通過雙向認證機制確保只有網(wǎng)絡安全性；所述入侵檢測層通過部署入侵檢測系統(tǒng)實時監(jiān)測網(wǎng)絡流量，及時發(fā)現(xiàn)并響應潛在的網(wǎng)絡安全威脅；所述入侵檢測系統(tǒng)通過行為分析和異常檢測方法識別并隔離可疑節(jié)點；所述主動防御層通過欺騙防御機制主動吸引和誤導潛在攻擊者，保護真實網(wǎng)絡節(jié)點安全。
10.一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信系統(tǒng)，其特征在于：應用于權利要求1-9中任意一項權利要求所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述動態(tài)網(wǎng)絡自組織算法的構建自適應網(wǎng)絡拓撲的工作方法為：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述多跳通信機制通過路由選擇協(xié)議aodv動態(tài)發(fā)現(xiàn)和維護最優(yōu)路徑，并通過分組轉(zhuǎn)發(fā)機制確保數(shù)據(jù)包在多跳路徑上的通信傳輸。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述s5中，強化學習算法動態(tài)優(yōu)化鏈路選擇策略的優(yōu)化方法為：首先通過強化學習模型定義狀態(tài)空間、動作空間以及獎勵函數(shù)，構建智能計量裝備在通信過程中的決策框架；所述狀態(tài)空間用于包含當前鏈路的性能參數(shù)、通信節(jié)點的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笮畔ⅲ凰鰟幼骺臻g用于定義智能計量裝備的操作，包括啟用或待機鏈路；所述獎勵函數(shù)用于衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?、鏈路的穩(wěn)定性以及資源的消耗；根據(jù)獎勵函數(shù)反饋的獎勵值，所述強化學習算法通過策略迭代方法逐步更新智能計量裝備的決策策略；在迭代更新過程中，所述強化學習算法還通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡作為強化學習模型的函數(shù)逼近器，用于近似表示策略函數(shù)或價值函數(shù)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述s4的工作方法為：
6.根據(jù)權利要求1所述的一種泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能計量裝備自適應通信方法，其特征在于：所述s5中，通過遺傳算法求解鏈路狀態(tài)變量的工作方法包括以下步驟：
7.根據(jù)權利要求1所述的一種泛...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：郭兵輝，郭憶寧，郭賀喜，王艷華，
申請(專利權)人：河南正宇電氣有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。