一种考虑变电站无线中继组网的信道分配方法与流程

本发明涉及变电站无线通信的技术领域，更具体地，涉及一种考虑变电站无线中继组网的信道分配方法。

背景技术：

随着变电站无线网络开发的深入，通信领域针对变电站的无线通信研究也成为热门，但由于电网环境的复杂性与特殊性，即使是今天，我们对变电站的了解仍然非常有限。

变电站无线网络通信主要依赖于电网通信，而电网通信具有高能耗，低传输率以及长时延等特点，使得其面临着许多挑战。由于变电站情况复杂，一旦电网通信出现问题便难以及时地得到解决，所以实现变电站网路的高效可靠与电网通信的高性能比较困难，因此，需要设计更加有效的变电站组网方法来提高变电站网络通信联接的可靠性、快速性、便捷性。

目前，大多数变电站组网方式为中心式组网，导致电网通信范围具有一定的局限性，且电网通信广泛使用的是正交频分多址技术，例如2009年3月11日，公开号为cn101384077a的中国专利中公开了一种正交频分多址接入系统中的中继站选择和子信道分配方法，实现了ut与bs之间通信连接的中继站的选择，完成了中继链路和接入链路中子信道的分配，但基于正交频分多址接入技术的信道分配方法，仅能保证一个信道容纳一个无线接入点进行通信，这也导致了电网通信的信道资源无法得到充分的利用。

技术实现要素：

为解决现有变电站的组网方式导致电网通信灵活性差，以及变电无线通信网络使用的正交频分多址技术使电网通信的信道资源无法得到充分利用的问题，本发明提出一种考虑变电站无线中继组网的信道分配方法，提升电网通信灵活性的同时，充分利用信道资源。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种考虑变电站无线中继组网的信道分配方法，至少包括：

s1.设中心节点的最大通信距离为d，分别记录变电站无线网络中n个无线接入点中任意一个无线接入点i与中心节点的距离di，组成距离集合d，d＝{d1，d2，…，di，…，dn}，i＝1，2，i，…，n；

s2.判断di是否满足标准：

di≤d，若是，将满足标准的无线接入点归入待分配信道集合m，否则，将无线接入点归入待组网集合n；

s3.分别计算待组网集合n中每一个无线接入点与待分配信道集合m中所有无线接入点的距离，确定待组网集合n中每一个无线接入点的中继点；

s4.设定并初始化信道匹配列表smatch(k)、未匹配列表sunmatch、信道集合k及信道匹配值b，b＝0，其中，k＝{1,2,...,k,...,k}，k表示信道集合k中信道k的标号；

s5.遍历求解待分配信道集合m中每一个未分配信道的无线接入点在信道集合k中每一个信道上功率增益对应的信道匹配值bm,k，m表示的待分配信道集合m中假设分配至信道k的无线接入点标号；结合功率增益及信道匹配值bm,k，初步确定待分配信道集合m中每一个未分配信道的无线接入点匹配的信道匹配列表smatch(k)中的信道；

s6.判断匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点的数量w是否满足：w≤2，若是，最终确定待分配信道集合m中的每一个无线接入点分配的信道匹配列表smatch(k)中的信道；否则，执行步骤s7；

s7.对于已匹配无线接入点的信道匹配列表smatch(k)中的每一个信道，选择每一个信道上能效最大的两个无线接入点，作为每一个信道的匹配无线接入点；

s8.更新信道匹配列表smatch(k)及未匹配列表sunmatch；

s9.判断待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点是否均已分配信道，若是，结束；否则，返回执行步骤s5。

在此，基于中心节点的最大通信距离d，将变电站无线网络中n个无线接入点划分为离中心节点远的待组网集合n及离中心节点近的待分配信道集合m，超过最大通信距离d的待组网集合n的无线接入点不与中心节点直接联通，需要在“近”的待分配信道集合m中选择无线接入点作为中继点，进行分布式无线中继组网，提高电网通信灵活性差，而信道可以与中心节点直接联通，待分配信道集合m的无线接入节点等待信道分配,，另外，在信道分配上，选择每一个信道上能效最大的两个无线接入点，基于非正交频分多址技术，克服正交频分多址技术应用时，一个信道仅容纳一个无线接入点的缺陷。

优选地，待分配信道集合m中所有无线接入点通过分配的信道与中心节点联通，待组网集合n中每一个无线接入点通过中继点与中心节点联通。

优选地，步骤s3确定待组网集合n中每一个无线接入点的中继点的过程为：

s31.设待组网集合n中的无线接入点个数为v，n＝{n1，n2，…，nh，…，nv}，待分配信道集合m中的无线接入点个数为t，m＝{m1，m2，…，mg，…，mt}，其中，h，g分别表示待组网集合n中任意一个无线接入点或待分配信道集合m中任何一个无线接入点的标号；

s32.分别计算待组网集合n的v个无线接入点中每一个无线接入点与待分配信道集合m中t个无线接入点的距离，待组网集合n中任意一个无线接入点nh与待分配信道集合m中t个无线接入点的距离形成集合ndhg为：

ndhg＝{nmd1，nmd2，…，nmdh，…，nmdt}；

其中，nmdh表示待组网集合n中任意一个无线接入点nh与待分配信道集合m中任何一个无线接入点g的距离；

s33.求取集合ndhg中的最小值ndhmin：

ndhgmin＝min{nmd1，nmd2，…，nmdt}；

s34.判断ndhgmin对应的待分配信道集合m中的无线接入点是否已被待组网集合n中除无线接入点nh之外的其它无线接入点选定，若是，将ndhgmin对应的待分配信道集合m中的无线接入点从待分配信道集合m中移除，返回步骤s33；否则，将ndhgmin对应的待分配信道集合m中的无线接入点作为待组网集合n中无线接入点nh的中继点。

在此，由于待组网集合n中的无线接入点在从待分配信道集合m中选择中继点的顺序有先后，为避免重复选定，将已被其它无线接入点选定的待分配信道集合m中的无线接入点从待分配信道集合m中移除。

优选地，步骤s3所述的分别计算待组网集合n的v个无线接入点中每一个无线接入点与待分配信道集合m中t个无线接入点的距离公式满足：

其中，nmdhg表示待组网集合n的v个无线接入点中任意一个无线接入点h与待分配信道集合m中任何一个无线接入点g的距离，xh、yh分别表示待组网集合n的v个无线接入点中任意一个无线接入点h的横坐标与纵坐标；xg、yg分别表示待分配信道集合m中任何一个无线接入点g的横坐标与纵坐标。

优选地，信道匹配列表smatch(k)的内容初始化时为空，未匹配列表sunmatch的内容初始化时为待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点。

在此，信道匹配列表smatch(k)的内容初始化时刻，待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点均未分配信道，因此信道匹配列表smatch(k)的内容初始化时为空，而相对的未匹配列表sunmatch的内容初始化时为待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点。

优选地，步骤s5所述的每一个信道的功率增益对应的信道匹配值bm,k的求解公式为：

其中，m表示待分配信道集合m中的每一个未分配信道的无线接入点统称标号，k表示信道集合k中的k信道，设无线接入点m分配至信道k上；hm,k表示无线接入点m在k信道的功率增益，argmax表示取最大值函数。

优选地，步骤s6之后，步骤s7之前还包括：已最终确定分配了信道的待分配信道集合m中的无线接入点从未匹配列表sunmatch中移除。

优选地，步骤s7的过程为：

s71.将匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点组成集合r，r＝{r1,r2,…,rz}，rz表示匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点，z表示匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点个数，z＞2；

s72.将集合r中的无线接入点进行两两组合，形成z(z-1)/2对无线接入点sq；

s73.求取z(z-1)/2对无线接入点sq中每一对无线接入点对应的能效e(sq)，确定z(z-1)/2对中能效最大的一对无线接入点sqmax，e(sqmax)＝max{e(sq)}，将每一个信道上能效最大的一对无线接入点sqmax作为最终确定分配的无线接入点。

在此，正常匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点的数量w最大为两个，不会超过两个，当超过两个时，将匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点集合r中的无线接入点进行两两组合，以最大化能源效率为目标，使得信道容纳的无线接入点是能满足最大能效的无线接入点，保障了信道的利用率，同时也保障了最大能效。

优选地，集合r中所有的无线接入点的功率平均分配，每一个信道上匹配能效最大的一对无线接入点sqmax后，不再匹配除能效最大的一对无线接入点sqmax之外的无线接入点。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出一种考虑变电站无线中继组网的信道分配方法，基于中心节点的最大通信距离，将变电站无线网络中的无线接入点划分为离中心节点远的待组网集合及离中心节点近的待分配信道集合，首先为离中心节点远的待组网集合中的无线接入点选定中继点，形成变电站无线中继组网的分布式组网方式，克服现有变电站组网方式灵活性差的缺陷，考虑变电站无线中继组网，结合功率增益及信道匹配值判断与待分配信道集合中无线接入点最匹配的信道，基于非正交频分多址技术，克服正交频分多址技术应用时，一个信道仅容纳一个无线接入点的缺陷，以非以最大化能源效率为目标，使得信道容纳的无线接入点是能满足最大能效的无线接入点，保障了信道的利用率，同时也保障了最大能效。

附图说明

图1表示本发明实施例中提出的考虑变电站无线中继组网的信道分配方法的流程示意图；

图2表示本发明实施例中提出的变电站无线网络中中心节点与无线接入点之间的通信连接图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的考虑变电站无线中继组网的信道分配方法的流程示意图，参见图1，所述方法包括：

s1.设中心节点的最大通信距离为d，分别记录变电站无线网络中n个无线接入点中任意一个无线接入点i与中心节点的距离di，组成距离集合d，d＝{d1，d2，…，di，…，dn}，i＝1，2，i，…，n；参见图2，图2所示的标号1为中心节点，标号2为无线接入点，图2中包括一个中心节点和9个无线接入点，以中心节点为圆心，对应图2的圆形的半径即为中心节点的最大通信距离为d；

s2.判断di是否满足标准：

di≤d，若是，将满足标准的无线接入点归入待分配信道集合m，否则，将无线接入点归入待组网集合n；

参见图2，以中心节点为圆心，以d为半径的圆内部的7个无线接入点与中心节点的距离均不超过d，这些无线接入点归入待分配信道集合m中，而圆外的两个无线接入点与中心节点的距离大于d，归入待组网集合n中，待分配信道集合m中所有无线接入点通过分配的信道与中心节点联通，待组网集合n中每一个无线接入点通过中继点与中心节点联通；

s3.分别计算图2的归入待组网集合n中的每一个无线接入点与待分配信道集合m中所有无线接入点的距离，确定待组网集合n中每一个无线接入点的中继点；

步骤s3确定待组网集合n中每一个无线接入点的中继点的过程为：

s31.设待组网集合n中的无线接入点个数为v，n＝{n1，n2，…，nh，…，nv}，在本实施例中，v为2；待分配信道集合m中的无线接入点个数为t，m＝{m1，m2，…，mg，…，mt}，在本实施例中，t为7；其中，h，g分别表示待组网集合n中任意一个无线接入点或待分配信道集合m中任何一个无线接入点的标号；

s32.分别计算待组网集合n的两个无线接入点中每一个无线接入点与待分配信道集合m中t个无线接入点的距离，待组网集合n中任意一个无线接入点nh与待分配信道集合m中t个无线接入点的距离形成集合ndhg为：

ndhg＝{nmd1，nmd2，…，nmdh，…，nmdt}；

其中，nmdh表示待组网集合n中任意一个无线接入点nh与待分配信道集合m中任何一个无线接入点g的距离；分别计算待组网集合n的v个无线接入点中每一个无线接入点与待分配信道集合m中t个无线接入点的距离公式满足：

其中，nmdhg表示待组网集合n的v个无线接入点中任意一个无线接入点h与待分配信道集合m中任何一个无线接入点g的距离，xh、yh分别表示待组网集合n的v个无线接入点中任意一个无线接入点h的横坐标与纵坐标；xg、yg分别表示待分配信道集合m中任何一个无线接入点g的横坐标与纵坐标；

s33.求取集合ndhg中的最小值ndhmin：

ndhgmin＝min{nmd1，nmd2，…，nmdt}；

s34.判断ndhgmin对应的待分配信道集合m中的无线接入点是否已被待组网集合n中除无线接入点nh之外的其它无线接入点选定，若是，将ndhgmin对应的待分配信道集合m中的无线接入点从待分配信道集合m中移除，返回步骤s33；否则，将ndhgmin对应的待分配信道集合m中的无线接入点作为待组网集合n中无线接入点nh的中继点，即在实施操作时，如果待组网集合n中无线接入点对应的待分配信道集合m中的无线接入点已被待组网集合n中除无线接入点nh之外的其它无线接入点，即其他无线接入点与本次的无线接入点距离待分配信道集合m中的同一个无线接入点的距离均最小，而以先后的原则，后匹配的无线接入点不能再将待分配信道集合m中的同一个无线接入点作为中继点，因此，为了避免重复性，已被选定的中继点，将直接从待分配信道集合m中移除；

s4.设定并初始化信道匹配列表smatch(k)、未匹配列表sunmatch、信道集合k及信道匹配值b，b＝0，其中，k＝{1,2,...,k,...,k}，k表示信道集合k中信道k的标号；

在本实施例中，因为信道匹配列表smatch(k)的内容初始化时刻，待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点均未分配信道，所以信道匹配列表smatch(k)的内容初始化时为空，而相对的未匹配列表sunmatch的内容初始化时为待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点；

s5.遍历求解待分配信道集合m中每一个未分配信道的无线接入点在信道集合k中每一个信道上功率增益对应的信道匹配值bm,k，m表示的待分配信道集合m中假设分配至信道k的无线接入点标号；结合功率增益及信道匹配值bm,k，初步确定待分配信道集合m中每一个未分配信道的无线接入点匹配的信道匹配列表smatch(k)中的信道；步骤s5所述的每一个信道的功率增益对应的信道匹配值bm,k的求解公式为：

其中，m表示待分配信道集合m中的每一个未分配信道的无线接入点统称标号，k表示信道集合k中的k信道，设无线接入点m分配至信道k上；hm,k表示无线接入点m在k信道的功率增益，argmax表示取最大值函数。

s6.判断匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点的数量w是否满足：w≤2，若是，最终确定待分配信道集合m中的每一个无线接入点分配的信道匹配列表smatch(k)中的信道；否则，执行步骤s7；

s7.对于已匹配无线接入点的信道匹配列表smatch(k)中的每一个信道，选择每一个信道上能效最大的两个无线接入点，作为每一个信道的匹配无线接入点；

步骤s7的过程为：

s71.将匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点组成集合r，r＝{r1,r2,…,rz}，rz表示匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点，z表示匹配给信道匹配列表smatch(k)中每一个信道的无线接入点个数，z＞2；

s72.将集合r中的无线接入点进行两两组合，形成z(z-1)/2对无线接入点sq；

s73.求取z(z-1)/2对无线接入点sq中每一对无线接入点对应的能效e(sq)，确定z(z-1)/2对中能效最大的一对无线接入点sqmax，e(sqmax)＝max{e(sq)}，将每一个信道上能效最大的一对无线接入点sqmax作为最终确定分配的无线接入点。

以最大能效为目标的前提是集合r中所有的无线接入点的功率平均分配，每一个信道上匹配能效最大的一对无线接入点sqmax后，不再匹配除能效最大的一对无线接入点sqmax之外的无线接入点；

s8.更新信道匹配列表smatch(k)及未匹配列表sunmatch；

s9.判断待分配信道集合m中的所有未分配无线接入点是否均已分配信道，若是，结束；否则，返回执行步骤s5。

在本实施例中，步骤s6之后，步骤s7之前还包括：已最终确定分配了信道的待分配信道集合m中的无线接入点从未匹配列表sunmatch中移除。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。