基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享方法

余向前

(國網甘肅省電力公司, 甘肅,蘭州 730030)

0 引言

隨著用電量的日益增加，電力企業的電能質量、供電可靠性、客戶服務的質量也有待提高。電力營銷是指在不斷變化的市場環境中，電力企業以滿足客戶消費需求為目的，通過一系列與市場有關的經營活動，為電力客戶提供相關電力產品及服務從而實現企業營運目標的行為[1]。隨著信息技術的迅猛發展，電力企業引入了信息化管理方式對電力營銷數據實施科學、有效地管理，從而緩解電力供需矛盾。而在這一過程中，實現高效的電力營銷數據共享至關重要，直接關系到電力企業信息管理的效果[2]。

因此，提高電力營銷數據的共享性、安全性和高效性，特別是實現遠距離電力營銷數據共享，是一個值得探討的問題。以往電力營銷數據之間的共享主要依靠局域網實現[3]，與其他供電公司、電力管理站之間的數據共享主要利用傳感通信、電子郵件的方式，導致數據共享過程效率低。針對這種問題，相關學者開展了關于電力營銷數據共享方法的研究。目前常用的方法主要有基于網格技術的電力企業數據共享方法[4]、基于VPN技術的電力營銷數據遠距離共享方法[5]。其中，基于網格技術的電力企業數據共享方法利用簡單、易懂的標簽標記數據，然后利用結構化方法處理非結構化信息，并對共享數據進行封裝，通過網絡技術實現共享。基于VPN技術的電力營銷數據遠距離共享方法主要對共享數據價目進行傳輸，在公網上傳輸私有數據,達到網絡的安全級別，從而利用公網構建VPN，建立起私有傳輸通道，以實現營銷數據的遠距離共享。上述兩種方法均能夠實現電力營銷數據遠距離共享，但是數據共享過程花費的時間較長，導致共享效率較低。

為此，本研究設計一種基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享方法。ZigBee主要以一個個獨立的工作節點為依托，通過無線通信可以組成星狀、樹狀和網狀網絡，具有復雜度低、功耗低和成本低的優點，因此將其應用到電力營銷數據遠距離共享中。實驗證明，在不同數據量的共享中，該方法的共享時間都低于傳統的兩種共享方法，可應用意義強。

1 電力營銷數據遠距離共享方法設計

1.1 電力營銷共享數據集成處理

一般來說，待共享的電力營銷數據來自不同的異構系統，因此數據的組織結構和存儲結構就存在各不相同的情況。若不事先對數據進行集成處理，就會因為數據的多樣性和異構性而形成信息孤島問題[6],因此需對待共享數據進行集成處理，將來自于不同部門、不同層次和不同需求的信息數據集成到一起以便與后期的數據共享。數據集成過程如圖1所示。

圖1 異構數據源集成過程

數據集成過程共分為3個步驟，分別為分析數據、數據清洗與重復數據沖突檢測。

其中，分析數據是數據集成的前提與基礎，即確定共享數據的來源。數據分析主要是對數據派生，數據派生主要是獲取共享數據的相關信息[7]。數據派生過程表達式如下：

S=FG+q

(1)

式中，F代表共享數據的屬性值，G代表共享數據的模式，q代表共享數據的數據取值區間。

在此基礎上，對數據進行清洗。數據清洗分為異常數據檢測和重復數據清理兩部分[8]。異常數據檢測過程的表達式如下：

W=R×d-u

(2)

式中，R代表共享數據屬性值周圍的值，u代表屬性值標準差，d為共享數據的置信區間。

重復數據清洗是指將共享數據中兩條記錄在所有的屬性上值都相同的數據去除，首先對共享數據初步聚類，然后對共享數據檢測[9-10]，判斷兩條記錄是否是重復的，因此考慮記錄匹配的問題，此次研究還用計算字段相似度的方式解決，其過程表達式如下：

N=f×oK

(3)

式中，K代表相似度閾值，f代表共享數據字段匹配參數，o代表共享數據數量。

最后對共享數據沖突檢測，目的是保證共享的數據中每條記錄都代表不同的實體信息[11]，將檢測出的重復記錄合并，以完成數據清洗。通過重復數據清洗，能夠將相似的兩條記錄合并，準確反應共享對象實體的信息。

通過上述步驟完成共享數據的集成，可減少后續的數據共享時間。

1.2 電力營銷遠距離共享數據庫構建

由于集成后的共享數據中包含實時數據、歷史數據等不同類別的數據信息，因此在上述電力營銷共享數據集成的基礎上構建電力營銷遠距離共享數據庫，目的是提高數據共享的訪問速度。電力營銷遠距離共享數據庫構建過程如圖2所示。

圖2 電力營銷遠距離共享數據庫構建過程

其中，實時數據主要指需要實時共享的數據，實時數據共享要求能夠迅速反應現場的實時狀態[12]，因此其傳輸與處理速度的優先級是最高的。處理實時共享數據的過程表達式為：

B=PU+Y

(4)

式中，P代表報警信息，U代表共享事件順序，Y代表實時共享數據的內存映射機制。

歷史數據指電力營銷數據的存盤記錄[13]，主要為數據分析預測、顯示與瀏覽等提供依據。關于歷史電力營銷共享數據的數據庫建立主要基于內存文件映射的方式。內存文件映射是指將歷史的共享文件內容與虛擬地址空間的部分區域關聯起來[14]形成歷史營銷共享數據的映射數據庫,內存映射原理如圖3所示。

圖3 內存映射原理

通過構建數據庫給實時數據與歷史數據在不同系統間的共享提供了最方便的途徑，從而減少數據共享時間。

1.3 電力營銷數據遠距離共享的實現

在上述電力營銷共享數據集成與數據庫構建的基礎上，根據電力營銷數據遠距離共享需求和通信規約，建立基于IEEE 802.15.4協議[14-15]的ZigBee，實現電力營銷數據遠距離共享。基于IEEE 802.15.4協議的ZigBee數據共享流程如圖4所示。

利用ZigBee中的數據采集終端實現電力營銷數據的雙向傳輸。與此同時，數據采集終端中的每個數據采集點本身還能夠作為網絡中的數據中繼點向其他節點轉發數據，以實現對網絡的維護和管理，并在網絡出現故障時調整發射功

圖4 基于IEEE 802.15.4協議的ZigBee數據共享流程

率、路由，自動重新建立路由網絡，刷新網絡節點信息。

通過ZigBee中的集中器實現數據通信。集中器為ZigBee中唯一的協調器，即使在數據共享中出現故障，也可自動調整發射功率與路由，搜索無線頻道，然后重新建立共享網絡，刷新網絡節點信息，并依據應用層協議向指定的目的節點定向發送數據。

最后通過ZigBee中的中繼器節點自動重新建立網絡并刷新網絡節點信息，實現電力營銷數據的轉發，以此完成電力營銷數據的遠距離共享。

基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享框架如圖5所示。

圖5 基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享框架

2 仿真實驗與結果分析

為檢驗基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享方法的有效性，設計如下仿真實驗加以驗證。

實驗采用統計分析的方法，利用C#語言編寫數據統計軟件，隨機選取某電力公司業務系統中的數據作為實驗對象。

為突出檢驗結果的有效性，將傳統的基于網格技術的電力企業數據共享方法和基于VPN技術的電力營銷數據遠距離共享方法與基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享方法進行性能對比，對比在不同共享數據量下，3種方法的電力營銷數據遠距離共享時間。

2.1 1 000條電力營銷數據的共享時間對比

在1 000條電力營銷數據中，包含用戶個人信息數據150條、用戶用電類別數據100條、用戶信用數據50條、用電設備信息200條、用電行業60條、電價80條、歷史交易數據200條、營業廳數據60條、停電數據100條。不同方法完成數據共享的耗時情況如表1所示。

表1 不同方法對1 000條電力營銷數據的共享用時對比

分析表1可知，在共享數據量為1 000條時，3種方法的遠程數據共享時間的差距在30 min之內。通過對比可知，在每個類別的電力營銷數據共享閥方面，基于ZigBee的共享方法均比基于網格技術的共享方法和基于VPN技術的共享方法的共享時間短。

2.2 5 000條電力營銷數據的共享時間對比

在5 000條電力營銷數據中，包含用戶個人信息數據450條、用戶用電類別數據350條、用戶信用數據500條、用電設備信息450條、用電行業600條、電價580條、歷史交易數據220條、營業廳數據850條、停電數據1 000條。不同方法完成數據共享的耗時情況如表2所示。

表2 不同方法對5 000條電力營銷數據的共享用時對比

分析表2可知，當待共享數據條目由1 000條增加到5 000后，3種共享方法的共享時間均有增加的趨勢。但基于ZigBee的共享方法的共享用時依舊少于基于網格技術的共享方法和基于VPN技術的共享方法，可將共享時間控制在60 min之內。

2.3 10 000條電力營銷數據的共享時間對比

在10 000條電力營銷數據中，包含用戶個人信息數據1 200條、用戶用電類別數據900條、用戶信用數據2 300條、用電設備信息2 400條、用電行業710條、電價1 200條、歷史交易數據500條、營業廳數據390條、停電數據400條。不同方法完成數據共享的耗時情況如表3所示。

表3 不同方法對10 000條電力營銷數據的共享用時對比

分析表3可知，基于ZigBee的共享方法在數據共享上的用時比基于網格技術的共享方法少56 min，比基于VPN技術的共享方法少49 min。

將此次結果與在1 000條與5 000條數據共享時間對比可知，基于ZigBee的共享方法的共享時間雖然呈逐漸增長的趨勢，但是花費的時間始終少于兩種傳統方法。

因此，通過上述實驗能夠證明，本研究設計的基于ZigBee的電力營銷數據遠距離共享方法的共享用時更短，說明該方法的共享效率更高，證明了該方法具備很強的實際應用意義。

3 總結

為有效地提高電力營銷數據遠距離共享效果、提高電力企業對營銷數據的管理及應用能力，本研究基于ZigBee設計了電力營銷數據遠距離共享方法，并通過仿真實驗證明了該方法的有效性。

雖然此次對電力營銷數據的遠距離共享問題展開了研究，并取得了有效成果，但該方法仍然存在一些需要改進和完善的地方：

第一，路由架設問題。由于城市障礙物與環境噪聲的影響，會導致ZigBee信號不能正常發送到目的地，從而出現相關數據不能按時共享的問題。因此在后續研究中，需要確定是否需要架設路由器，以此來保證數據共享的安全性；

第二，電力營銷數據共享是一項較為龐大的工程，涉及的內容也非常廣泛,但是此次的研究僅從一個時間角度研究了數據共享問題，在下一步的研究中將做更深入的探索。