基于物元分析的智能電網(wǎng)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)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(fù)載均衡算法。以中國南方電網(wǎng)某一供電局為例，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的控制需要相應(yīng)的信息機房。隨著公司在管理運營上著重精益化和綠色節(jié)能，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的發(fā)展，信息機房需要進(jìn)行必要的升級改造，以滿足配套機房設(shè)備運行的智能化、節(jié)能等要求。同時，本文研究了信息機房的部署等相關(guān)問題。

1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型分析及通信業(yè)務(wù)優(yōu)先級劃分

1.1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型分析

對于智能配電通信系統(tǒng)而言，它用于通信的網(wǎng)絡(luò)可以是專網(wǎng)也可以是公網(wǎng)，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(wǎng)，而對于配電站與配電終端之間的通信[1]，可采用光纖專網(wǎng)、無線以及配電線載波等通信方式。針對環(huán)境因素影響光纖鋪設(shè)的區(qū)域或者配電網(wǎng)改造較復(fù)雜的地方，本文建立了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示。

圖1 配電異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)模型

1.2 配電通信業(yè)務(wù)的優(yōu)先級劃分

根據(jù)配電網(wǎng)發(fā)展的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，智能配電通信網(wǎng)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(yè)務(wù)終端層之間的通信接入層的通信業(yè)務(wù)等級進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)先級劃分。智能配電通信業(yè)務(wù)的主要業(yè)務(wù)以通信為主，根據(jù)不同的要求，可以劃分為多種業(yè)務(wù)模式，一般包括RT控制和NRT監(jiān)測及管理業(yè)務(wù)。智能配電網(wǎng)覆蓋范圍較廣，某一時刻需要傳送的業(yè)務(wù)量龐大，需要劃分通信業(yè)務(wù)的優(yōu)先級。一般RT業(yè)務(wù)的優(yōu)先級最高，隨后是NRT業(yè)務(wù)。這就保證在同時面對相應(yīng)的請求時，系統(tǒng)能夠優(yōu)先處理RT業(yè)務(wù)，以確保電力企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，后控制NRT業(yè)務(wù)的接入，最終達(dá)到負(fù)載均衡的目的。

2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡算法分析

2.1 關(guān)于物元分析模型的網(wǎng)絡(luò)評價

對于網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量的改善，負(fù)載均衡是其中的有效途徑之一。對于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)而言，使用負(fù)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(yè)務(wù)阻塞率，并能夠有效提高資源的利用率。在無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為了達(dá)到負(fù)載均衡的效果，可以通過選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)接入來實現(xiàn)，同時結(jié)合物元分析和關(guān)聯(lián)函數(shù)的相關(guān)特點，對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等級的程度進(jìn)行全面和精細(xì)化的判斷[2]。在選擇合適的網(wǎng)絡(luò)接入時，可以參考配電通信業(yè)務(wù)的優(yōu)先級次序，并利用相應(yīng)的算法進(jìn)行計算分析。

物元分析是一門新興的解決矛盾問題的規(guī)律和方法的學(xué)科，比較適合多因子評價問題。對于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量而言，網(wǎng)絡(luò)評價可以對其進(jìn)行相應(yīng)的定性或者定量評價。在網(wǎng)絡(luò)評價中應(yīng)用物元分析法，可以有效解決有關(guān)的矛盾。通過建立相應(yīng)的物元模型，可以確定網(wǎng)絡(luò)評價指標(biāo)的權(quán)重，通過計算相應(yīng)的關(guān)聯(lián)度確定網(wǎng)絡(luò)的等級。用戶想要實現(xiàn)負(fù)載均衡，選擇的網(wǎng)絡(luò)接入要具有較高的等級。

2.1.1 評價指標(biāo)經(jīng)典域的確定

如果cr表示網(wǎng)絡(luò)信號強度，cp表示電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)阻塞率，ci表示當(dāng)前負(fù)載率，并將網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量劃分為4個等級，則相關(guān)評價指標(biāo)的經(jīng)典域為：

2.1.2 評價指標(biāo)節(jié)域的確定

所謂節(jié)域代表的是一種量值范圍，對象是事物某性質(zhì)。當(dāng)量值處于節(jié)域范圍內(nèi)變化時，事物的性質(zhì)不會發(fā)生改變，一旦超出節(jié)域范圍，事物的性質(zhì)會發(fā)生根本改變，而所有網(wǎng)絡(luò)的等級指標(biāo)的最大取值范圍Rs為：

2.2 評定網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量等級

2.2.1 距以及相關(guān)關(guān)聯(lián)函數(shù)

為了定量描述網(wǎng)絡(luò)待評價物元的特征，本文引入距的概念。它的本質(zhì)是實變函數(shù)中距離的概念。計算網(wǎng)絡(luò)中每個評價指標(biāo)到各個等級經(jīng)典域的距，即p為：

而網(wǎng)絡(luò)i各個評價指標(biāo)到其節(jié)域的距為：

2.2.2 確定相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)

對于無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)某性能指標(biāo)，根據(jù)有關(guān)的知識理論，該指標(biāo)差異程度越大，信息熵會變小，需要系統(tǒng)賦予該指標(biāo)較大的權(quán)重；相反，信息熵會隨著某性能指標(biāo)的差異程度的變小而增大，那么該指標(biāo)會提供較少的信息，只需賦予該指標(biāo)較小的權(quán)重。

2.2.3 確定相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)等級

對象符合標(biāo)準(zhǔn)對象等級的程度一般由關(guān)聯(lián)度大小表示。關(guān)聯(lián)度的值越大，對象符合的程度越高。所以，通過計算網(wǎng)絡(luò)中各個等級的關(guān)聯(lián)度，能夠確定網(wǎng)絡(luò)的等級。網(wǎng)絡(luò)i所屬等級j的關(guān)聯(lián)度通常用Kj(Ni)表示，相關(guān)計算為：

通過相應(yīng)的計算可知，網(wǎng)絡(luò)i的質(zhì)量屬于j0等級。

3 電力信息機房相關(guān)部署方案

（1）信息機房目前擁有多臺精密空調(diào)，空調(diào)前端前期設(shè)計缺少智能電表無法做到實時對耗能進(jìn)行采集分析。為更好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)機房耗能的全面監(jiān)測和耗能分析，達(dá)到全過程實現(xiàn)節(jié)能減排，需要對精密空調(diào)前端加裝智能電表。本次計劃對信息機房多臺精密空調(diào)安裝一套可監(jiān)測智能電表。

（2）在IT集中運行監(jiān)控系統(tǒng)中，納入相應(yīng)的PUE值，以能夠記錄和查詢相應(yīng)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(tǒng)能夠提供當(dāng)前和歷史電能利用效率值，從而能夠根據(jù)相應(yīng)的事實和數(shù)據(jù)，了解安裝的IT設(shè)備消耗的的電能。子系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(shè)備，利舊局方現(xiàn)有的人臉識別系統(tǒng)，與門禁控制管理雙重結(jié)合，極大地強化出入口安全管理級別，滿足機房重要區(qū)域出入口控制的需要。提供一套一體化管理平臺，通過對設(shè)備運行環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實時收集，圖形化再現(xiàn)機柜環(huán)境和用戶設(shè)施，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心精細(xì)化的遠(yuǎn)程監(jiān)管。

（4）由于長時間的照明，現(xiàn)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(shù)據(jù)中心的管理效率。信息機房內(nèi)末端電源進(jìn)行實現(xiàn)能耗監(jiān)測改造，同時升級優(yōu)化動力環(huán)境監(jiān)控接入能耗監(jiān)測。為保證房間空氣新鮮，機房采用獨立新排風(fēng)設(shè)備。

4 結(jié) 論

為了提升智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，在通信網(wǎng)接入層建立了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)模型，針對智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)先級劃分，同時基于物元分析法研究了一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡算法。此外，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的控制需要相應(yīng)的信息機房，本文對某公司的信息機房改造部署進(jìn)行了相應(yīng)的研究。