基于物元分析的智能電網異構無線網絡負載均衡算法研究

閆夢秋，冷 迪，劉 威

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

本文研究了一種基于物元分析的負載均衡算法。以中國南方電網某一供電局為例，實現智能電網的控制需要相應的信息機房。隨著公司在管理運營上著重精益化和綠色節能，以及物聯網、云計算和大數據等新技術的發展，信息機房需要進行必要的升級改造，以滿足配套機房設備運行的智能化、節能等要求。同時，本文研究了信息機房的部署等相關問題。

1 異構網絡模型分析及通信業務優先級劃分

1.1 異構網絡模型分析

對于智能配電通信系統而言，它用于通信的網絡可以是專網也可以是公網，配電站和個分站之間的通信可以利用光纖也可以利用其他專網，而對于配電站與配電終端之間的通信[1]，可采用光纖專網、無線以及配電線載波等通信方式。針對環境因素影響光纖鋪設的區域或者配電網改造較復雜的地方，本文建立了一種異構網絡模型，如圖1所示。

圖1 配電異構網絡網絡模型

1.2 配電通信業務的優先級劃分

根據配電網發展的相關標準和要求，智能配電通信網需要具備多種智能自動化功能。這個過程中，需要對配電分站和變電站業務終端層之間的通信接入層的通信業務等級進行相應的優先級劃分。智能配電通信業務的主要業務以通信為主，根據不同的要求，可以劃分為多種業務模式，一般包括RT控制和NRT監測及管理業務。智能配電網覆蓋范圍較廣，某一時刻需要傳送的業務量龐大，需要劃分通信業務的優先級。一般RT業務的優先級最高，隨后是NRT業務。這就保證在同時面對相應的請求時，系統能夠優先處理RT業務，以確保電力企業的服務質量，后控制NRT業務的接入，最終達到負載均衡的目的。

2 異構網絡負載均衡算法分析

2.1 關于物元分析模型的網絡評價

對于網絡運行質量的改善，負載均衡是其中的有效途徑之一。對于異構無線網絡而言，使用負載均衡可以緩解其含有資源分布不均衡的問題，一定程度上降低業務阻塞率，并能夠有效提高資源的利用率。在無線異構網絡環境中，為了達到負載均衡的效果，可以通過選擇最優網絡接入來實現，同時結合物元分析和關聯函數的相關特點，對網絡質量等級的程度進行全面和精細化的判斷[2]。在選擇合適的網絡接入時，可以參考配電通信業務的優先級次序，并利用相應的算法進行計算分析。

物元分析是一門新興的解決矛盾問題的規律和方法的學科，比較適合多因子評價問題。對于網絡質量而言，網絡評價可以對其進行相應的定性或者定量評價。在網絡評價中應用物元分析法，可以有效解決有關的矛盾。通過建立相應的物元模型，可以確定網絡評價指標的權重，通過計算相應的關聯度確定網絡的等級。用戶想要實現負載均衡，選擇的網絡接入要具有較高的等級。

2.1.1 評價指標經典域的確定

如果cr表示網絡信號強度，cp表示電網的網絡阻塞率，ci表示當前負載率，并將網絡質量劃分為4個等級，則相關評價指標的經典域為：

2.1.2 評價指標節域的確定

所謂節域代表的是一種量值范圍，對象是事物某性質。當量值處于節域范圍內變化時，事物的性質不會發生改變，一旦超出節域范圍，事物的性質會發生根本改變，而所有網絡的等級指標的最大取值范圍Rs為：

2.2 評定網絡的質量等級

2.2.1 距以及相關關聯函數

為了定量描述網絡待評價物元的特征，本文引入距的概念。它的本質是實變函數中距離的概念。計算網絡中每個評價指標到各個等級經典域的距，即p為：

而網絡i各個評價指標到其節域的距為：

2.2.2 確定相應的權重系數

對于無線異構網絡某性能指標，根據有關的知識理論，該指標差異程度越大，信息熵會變小，需要系統賦予該指標較大的權重；相反，信息熵會隨著某性能指標的差異程度的變小而增大，那么該指標會提供較少的信息，只需賦予該指標較小的權重。

2.2.3 確定相應的網絡等級

對象符合標準對象等級的程度一般由關聯度大小表示。關聯度的值越大，對象符合的程度越高。所以，通過計算網絡中各個等級的關聯度，能夠確定網絡的等級。網絡i所屬等級j的關聯度通常用Kj(Ni)表示，相關計算為：

通過相應的計算可知，網絡i的質量屬于j0等級。

3 電力信息機房相關部署方案

（1）信息機房目前擁有多臺精密空調，空調前端前期設計缺少智能電表無法做到實時對耗能進行采集分析。為更好地實現對數據機房耗能的全面監測和耗能分析，達到全過程實現節能減排，需要對精密空調前端加裝智能電表。本次計劃對信息機房多臺精密空調安裝一套可監測智能電表。

（2）在IT集中運行監控系統中，納入相應的PUE值，以能夠記錄和查詢相應的PUE值，真正做到實時值、日累計值、周累計值、月累計值及年累計值。能效管理系統能夠提供當前和歷史電能利用效率值，從而能夠根據相應的事實和數據，了解安裝的IT設備消耗的的電能。子系統數據可通過測量或估算獲得，通過功率計量表也可充分了解信息機房PUE效率。

（3）增加人臉識別硬件設備，利舊局方現有的人臉識別系統，與門禁控制管理雙重結合，極大地強化出入口安全管理級別，滿足機房重要區域出入口控制的需要。提供一套一體化管理平臺，通過對設備運行環境數據進行實時收集，圖形化再現機柜環境和用戶設施，從而實現數據中心精細化的遠程監管。

（4）由于長時間的照明，現在的機房存在兩個問題：一是能源損耗，二是燈光污染。因此，綠色照明將是一個舉足輕重的措施。通過有效照明控制手段，不僅可以降低能源消耗，合理分配能源，還可以提高數據中心的管理效率。信息機房內末端電源進行實現能耗監測改造，同時升級優化動力環境監控接入能耗監測。為保證房間空氣新鮮，機房采用獨立新排風設備。

4 結 論

為了提升智能電網通信業務的服務質量，在通信網接入層建立了異構無線網絡模型，針對智能電網通信業務進行了相應的優先級劃分，同時基于物元分析法研究了一種異構無線網絡負載均衡算法。此外，實現智能電網的控制需要相應的信息機房，本文對某公司的信息機房改造部署進行了相應的研究。