输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力通信领域，首先提出一种具有认知功能的输电线路监控网络，其 次提出了一种带溢出约束的联合拥塞控制与功率控制迭代算法，以确定每个节点的发射速 率和功率。
【背景技术】
[0002] 输电线路是电力系统的重要组成部分，实行输电线路的状态监控也是非常必要 的，这将是电力行业实现科技化、现代化的必经之路。输电线路由于具有布局范围大、电力 需求多样、线路距离长等特点，一旦受到大风、冰雪、暴雨、冰雹等恶劣天气影响，或者是山 洪、地震、山体滑坡等严重自然灾害的影响，线路很可能受损甚至中断，影响着电力系统的 运行和安全状态。这就要求电力工作者实时监测线路运行状况，发现问题时在第一时间全 面的检修输电线路，尽快恢复电力运行。
[0003] 由于输电线路布局的特殊，它要求其通信网络必须具有可靠、快捷、灵活、经济等 特性，传统的有线网络不仅布线复杂，而且成本较高。无线网络虽然在链路上的稳定性较有 线网络稍差，但随着底层技术的不断改进，上层协议以及组网技术的不断优化，无线技术已 经得到了很大程度的提升，其可靠性和稳定性也越来越好，因此无线网在输电线路状态监 控的应用不仅有广阔的市场前景，在技术上也是可行的。
[0004] 认知无线网络是指网络通过感知外部环境，通过对外部环境的理解与学习，实时 调整通信网络内部配置，智能的适应外部环境的变化。传统的输电线路监控网络节点为普 通的传感器节点，只能按照预设的收发速率与传输功率进行数据传输。这样会带来不必要 的功率浪费与数据拥塞。
【发明内容】
[0005] 本发明设计了一种新型的输电线路状态监控网络，监控节点是具有认知功能的传 感器。通过沿线路均匀布置具有感知信道功能的传感器节点，该新型网络可自动选择未被 占用的无线信道并自动调节自身的节点传输速率与传输功率。通过各个节点的"感知-决 策-行为"的动态自适应过程，可保证各个节点溢出概率满足预设要求，避免节点数据传输 出现拥塞，延长网络生存时间。
[0006] 本发明设计了一种新的认知无线网络中的节点联合拥塞功率与功率控制迭代算 法。
[0007] 输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代方法，包括以下步骤：
[0008] ①、建立具有认知功能的输电线路状态监测网络CRN:该网络由以下两种传感器 节点组成：主用户PU和次用户SU;其中，主用户PU随时使用该无线信道，而次用户SU只有 在不干扰PU的情况下才使用该信道；PU与SU都具有感知某信道是否已被占用，并调节自 身传输速率与传输功率的能力；
[0009] ②、建立泛化网络利益最大化数学模型，以求解CRN的联合拥塞控制和传输功率 控制问题：
[0010] i)、对于主用户PU来说，其溢出概率为：
【主权项】
1.输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代方法，其特征在于，包括以下 步骤： ① 、建立具有认知功能的输电线路状态监测网络CRN :该网络由以下两种传感器节点 组成：主用户PU和次用户SU ;其中，主用户PU随时使用该无线信道，而次用户SU只有在不 干扰PU的情况下才使用该信道；与SU都具有感知某信道是否已被占用，并调节自身传 输速率与传输功率的能力； ② 、建立泛化网络利益最大化数学模型，以求解CRN的联合拥塞控制和传输功率控制 问题： i )、对干Φ用户PU夹说，I谥,屮,概銮为：
上式中，PrOJpAH/f]表不溢出概率，e(〇，l)分别表不链路1和1。上的 SINR最低门限值、溢出概率门限值，Ntl表示每个接收节点处的加性高斯白噪声；SU的传输 速率集合为X= [X1，…，xs]T，速率的范围为传输功率集合为P =[P1，…，PJt，功率的范围为P = < A , Ptl表示PUs ^的传输功率此外设 某SU s以某速率Xs传输时可以获得一个利益Us(Xs),且在空间\上是严格非减凹函数； ii) 对溢出概率进行优化：
户,二万(义凡)^ =&(￡>'p。），可将上式的联合拥塞控制和传输功率控制问题化简成以下凸优 化问题：
iii) 上式的拉格朗日函数可表示为：1(χ，Ρ，λ,ν,/，) = Δ;(χ,λ) + Ζ^(ρ,λ,ν,//) 其中：
上式中，λ = [X1，…，λ J，V= [V1，…，VJ与μ均为拉格朗日因子；则上式的偏导 数可被表示成：
其中，D1(A)表示传输层的拥塞控制算法，?2(λ，ν，μ)表示物理层的传输功率控制算 法；通过使上面两个式子的一阶导数为〇即可得到迭代公式以最大化利益函数： 从+ ιχ?/Γ1(从))].:::: (15) 其中，表示利益函数一阶偏层数的反函数，M;, zmax'iminkv!,/，!，
(16) 由于D1 ( λ )与仏（λ，v，μ )是严格凹函数，且二阶可导；则可使用以下迭代公式以求解 二者的极值；
上面三个式子中，[a]+的含义是max {a, 0}。
2. 根据权利要求1所述的输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代 方法，其特征在于：使用任何大于等于0的自然数数字组合来初始化拉格朗日因子：即 {λ (〇)，ν(〇)，μ (〇)} > 0。
3. 根据权利要求1所述的输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代方法， 其特征在于：重复步骤②迭代过程，直至达到节点传输速率与功率的收敛；迭代过程如下： 时刻t的节点传输速率与功率分别为Ix (t+1)，p (t+Ι)}，则时刻t+Ι节点的传输速率为公式 (15)，传输功率为公式（16)，三个拉格朗日因子分别为公式（17)、（18)、（19)。
4. 根据权利要求1所述的输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代方法， 其特征在于：所述的信道采用瑞利衰落信道模型。
【专利摘要】本发明公开了一种输电线路监控网络节点联合拥塞控制与功率控制迭代方法，包括以下步骤：①、建立具有认知功能的输电线路状态监测网络CRN；②、建立泛化网络利益最大化数学模型，以求解CRN的联合拥塞控制和传输功率控制问题。为了克服信道衰落影响同时提高无线信号传输质量，本发明提出了一种带溢出约束的联合拥塞控制与功率控制迭代算法。从仿真结果看，本发明可以保证认知无线网络中所有用户满足溢出概率要求，并降低节点传输功率损耗。仿真结果显示，该算法可使传感器节点的传输速率与功率迅速收敛至合适数值，并满足所有节点的溢出概率要求。从而降低了网络拥塞、延长了网络寿命。
【IPC分类】H04W28-02, H04W52-04
【公开号】CN104540170
【申请号】CN201410808561
【发明人】焦建通, 张健, 蒋小兵, 王健, 彭丹, 刘亚娟
【申请人】河南省电力勘测设计院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月22日