一种认知智能电网中频谱接入策略选择机制

苏德馨

摘要：本文探讨基于认知智能电网的系统结构模型，研究分析了频谱接入策略选择机制，以及频谱接入策略选择算法。

关键词：智能电网；认知；频谱接入

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0220-01

随着物联网技术的快速发展，越来越多的电力终端开始对通信提出要求，频谱资源短缺问题日益凸显。为解决这一问题，认知无线电技术开始被引入智能电网领域，改进无线通信网络结构，并形成了基于认知的智能电网，在这一电网系统中，可通过应用动态频谱接入技术的方式使频谱资源得到及时补充，但，认知无线网络中仍然存在频谱资源不确定性，以及智能电网节点通信环境不确定性等问题。若接入机制选择不当，可能会对系统性能产生影响。因此，在认知智能电网结构下，如何对频谱接入策略进行科学选择，备受业内人士的重视。

1 认知智能电网系统模型

认知智能电网系统模型典型结构图1所示。结合图1，家庭内智能电表利用节点表示，各个智能电表终端与网关搭载无线通信技术实现连接。在认知智能电网中，节点数据传输路由结构为常见聚集数形拓扑结构。各层中均设置一个独立网关，网关与节点间利用Underlay作为接入策略，实际运行过程中传输链路通畅且安全。在这一接入模式下，网关与节点间数据传输质量不会受到两者间信道占据情况的影响。因此，针对数据路由的策略可设计为：在认知智能电网中，每一节点将其传输数据发送至该层独立网关中，经一跳连接链路。在此基础之上，网关以自上至下的方式通过多跳数据传输，经最底层网关将数据传输至户外基站中。2层认知智能电网节点与网关结构的对应关系更加复杂，可可以网关所处位置的不同划分为中继网关与下一层网关这两种类型。假定：在认知智能电网系统中，单个节点无法直接将数据传输至2层以外网关终端中，数据传输覆盖范围仅为下1层。在满足该假设条件的前提下，仅存在2种传输方式，其中节点直接将数据传输至下一层网关可称之为直接传输模式，节点将数据传输至中继网关后过渡至下一层网关则可称之为中继传输模式[1]。

2 频谱接入策略选择机制

为保障网络信号覆盖水平，以网络最差状况作为网关布置依据，以Underlay作为接入策略选择依据。此情况下，节点对应可用频谱资源以及通信负载水平处于动态可变状态下。SG节点可以通过对频谱接入策略进行优化选择的方式，以最大限度的保障数据传输速率的稳定性[2]。基于上述分析，为了合理应对节点可用频谱资源与通信负载之间的某地关系，以下尝试深入分析SG节点频谱接入策略的选择方案[3]。

假定电力负载门限值分别为“”、“”，通信负载门限值分别为“”、“”，当时，节点通信负载取最大值，主用户信道空闲概率为。此情况下，的取值已经非常小，次用户无需感知信道即可获得理想的平均传输速率。换言之，次用户可以直接选用基于Underlay的接入策略，数据信息经中继传输模式传输。

而在信道空闲概率增加的情况下，即有：。此情形下若用户选择对信道进行改制，则次用户同样可获得较大的传输速率。但若节点对应通信负载水平降低，则意味着频谱资源的需求与供应关系发生了较大的改变。此时必须通过混合接入的方式以适应认知智能电网的实际需求。在混合接入策略思路下，对于节点n而言，其在时隙i下的传输结构可概括如图2所示。

3 频谱接入策略选择算法

根据以上分析过程，在认知智能电网系统中，假定存在某节点n，该节点在时隙下的频谱接入策略可以按照如下方式进行选择与优化：

对于n节点，分别输入信道空闲概率、通信负载以及门限值参数。定义信道空闲概率为“”，通信负载为“”，门限值分别为“”、“”，则有：

第一步，；第二步，用认知智能电网中SG节点选择经Underlay进行接入，并对传输功率进行优化。节点传输选择中继传输模式；第三步， ；第四步，认知智能电网中SG节点选择混合接入模式，感知直接傳输信道并对节点进行感知处理；第五步，If 感知结果为空闲，则继续下一步操作；第六步，认知智能电网中SG节点选择直接传输模式；第七步，Else；第八步，认知智能电网中SG节点选择中继传输模式；第九步，End；第十步，End；第十一步，认知智能电网中SG节点选择中继传输模式；第十二步，由SG节点选择相应频谱接入策略，并根据以上操作过程为其匹配相对应传输模式，最为最优选择方案。

4 结语

在智能电网系统运行过程中，如何解决频谱资源短缺问题是各方人员必须高度重视的一项课题。为了解决这一问题，有关研究中尝试在智能电网系统中引入认知无线电技术，取得了满意的效果，并在此过程中构建了基于认知结构的智能电网系统。但，认知无线网络中仍然存在频谱资源不确定性，以及智能电网节点通信环境不确定性等问题。若接入机制选择不当，可能会对系统性能产生影响。本文以上分析中在认知智能电网模型下提出一种频谱接入策略的选择机制，提出以自身实时性传输需求以及实时性可用频谱资源状况为依据，对频谱接入策略进行合理选择，不但能够保障智能电网的安全运行，还可使节点有效传输范围最大化，整套机制值得在后续实践中进一步完善与落实。

参考文献

[1]黄燕，钮惠平，黄军，等.速调管发射机射频信号频谱特性分析[J].现代雷达，2012，（5）：69-72.

[2]李滨，陈姝，韦化.风电场储能容量优化的频谱分析方法[J].中国电机工程学报，2015，（9）：2128-2134.

[3]曾亚辉.基于智能电网无线通信网的频谱感知技术研究[J].信息技术，2016，（7）：101-104，108.