一種認知智能電網中頻譜接入策略選擇機制

蘇德馨

摘要：本文探討基于認知智能電網的系統結構模型，研究分析了頻譜接入策略選擇機制，以及頻譜接入策略選擇算法。

關鍵詞：智能電網；認知；頻譜接入

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0220-01

隨著物聯網技術的快速發展，越來越多的電力終端開始對通信提出要求，頻譜資源短缺問題日益凸顯。為解決這一問題，認知無線電技術開始被引入智能電網領域，改進無線通信網絡結構，并形成了基于認知的智能電網，在這一電網系統中，可通過應用動態頻譜接入技術的方式使頻譜資源得到及時補充，但，認知無線網絡中仍然存在頻譜資源不確定性，以及智能電網節點通信環境不確定性等問題。若接入機制選擇不當，可能會對系統性能產生影響。因此，在認知智能電網結構下，如何對頻譜接入策略進行科學選擇，備受業內人士的重視。

1 認知智能電網系統模型

認知智能電網系統模型典型結構圖1所示。結合圖1，家庭內智能電表利用節點表示，各個智能電表終端與網關搭載無線通信技術實現連接。在認知智能電網中，節點數據傳輸路由結構為常見聚集數形拓撲結構。各層中均設置一個獨立網關，網關與節點間利用Underlay作為接入策略，實際運行過程中傳輸鏈路通暢且安全。在這一接入模式下，網關與節點間數據傳輸質量不會受到兩者間信道占據情況的影響。因此，針對數據路由的策略可設計為：在認知智能電網中，每一節點將其傳輸數據發送至該層獨立網關中，經一跳連接鏈路。在此基礎之上，網關以自上至下的方式通過多跳數據傳輸，經最底層網關將數據傳輸至戶外基站中。2層認知智能電網節點與網關結構的對應關系更加復雜，可可以網關所處位置的不同劃分為中繼網關與下一層網關這兩種類型。假定：在認知智能電網系統中，單個節點無法直接將數據傳輸至2層以外網關終端中，數據傳輸覆蓋范圍僅為下1層。在滿足該假設條件的前提下，僅存在2種傳輸方式，其中節點直接將數據傳輸至下一層網關可稱之為直接傳輸模式，節點將數據傳輸至中繼網關后過渡至下一層網關則可稱之為中繼傳輸模式[1]。

2 頻譜接入策略選擇機制

為保障網絡信號覆蓋水平，以網絡最差狀況作為網關布置依據，以Underlay作為接入策略選擇依據。此情況下，節點對應可用頻譜資源以及通信負載水平處于動態可變狀態下。SG節點可以通過對頻譜接入策略進行優化選擇的方式，以最大限度的保障數據傳輸速率的穩定性[2]。基于上述分析，為了合理應對節點可用頻譜資源與通信負載之間的某地關系，以下嘗試深入分析SG節點頻譜接入策略的選擇方案[3]。

假定電力負載門限值分別為“”、“”，通信負載門限值分別為“”、“”，當時，節點通信負載取最大值，主用戶信道空閑概率為。此情況下，的取值已經非常小，次用戶無需感知信道即可獲得理想的平均傳輸速率。換言之，次用戶可以直接選用基于Underlay的接入策略，數據信息經中繼傳輸模式傳輸。

而在信道空閑概率增加的情況下，即有：。此情形下若用戶選擇對信道進行改制，則次用戶同樣可獲得較大的傳輸速率。但若節點對應通信負載水平降低，則意味著頻譜資源的需求與供應關系發生了較大的改變。此時必須通過混合接入的方式以適應認知智能電網的實際需求。在混合接入策略思路下，對于節點n而言，其在時隙i下的傳輸結構可概括如圖2所示。

3 頻譜接入策略選擇算法

根據以上分析過程，在認知智能電網系統中，假定存在某節點n，該節點在時隙下的頻譜接入策略可以按照如下方式進行選擇與優化：

對于n節點，分別輸入信道空閑概率、通信負載以及門限值參數。定義信道空閑概率為“”，通信負載為“”，門限值分別為“”、“”，則有：

第一步，；第二步，用認知智能電網中SG節點選擇經Underlay進行接入，并對傳輸功率進行優化。節點傳輸選擇中繼傳輸模式；第三步， ；第四步，認知智能電網中SG節點選擇混合接入模式，感知直接傳輸信道并對節點進行感知處理；第五步，If 感知結果為空閑，則繼續下一步操作；第六步，認知智能電網中SG節點選擇直接傳輸模式；第七步，Else；第八步，認知智能電網中SG節點選擇中繼傳輸模式；第九步，End；第十步，End；第十一步，認知智能電網中SG節點選擇中繼傳輸模式；第十二步，由SG節點選擇相應頻譜接入策略，并根據以上操作過程為其匹配相對應傳輸模式，最為最優選擇方案。

4 結語

在智能電網系統運行過程中，如何解決頻譜資源短缺問題是各方人員必須高度重視的一項課題。為了解決這一問題，有關研究中嘗試在智能電網系統中引入認知無線電技術，取得了滿意的效果，并在此過程中構建了基于認知結構的智能電網系統。但，認知無線網絡中仍然存在頻譜資源不確定性，以及智能電網節點通信環境不確定性等問題。若接入機制選擇不當，可能會對系統性能產生影響。本文以上分析中在認知智能電網模型下提出一種頻譜接入策略的選擇機制，提出以自身實時性傳輸需求以及實時性可用頻譜資源狀況為依據，對頻譜接入策略進行合理選擇，不但能夠保障智能電網的安全運行，還可使節點有效傳輸范圍最大化，整套機制值得在后續實踐中進一步完善與落實。

參考文獻

[1]黃燕，鈕惠平，黃軍，等.速調管發射機射頻信號頻譜特性分析[J].現代雷達，2012，（5）：69-72.

[2]李濱，陳姝，韋化.風電場儲能容量優化的頻譜分析方法[J].中國電機工程學報，2015，（9）：2128-2134.

[3]曾亞輝.基于智能電網無線通信網的頻譜感知技術研究[J].信息技術，2016，（7）：101-104，108.