基于物元分析的智能电网异构无线网络负载均衡算法研究

闫梦秋，冷 迪，刘 威

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

本文研究了一种基于物元分析的负载均衡算法。以中国南方电网某一供电局为例，实现智能电网的控制需要相应的信息机房。随着公司在管理运营上着重精益化和绿色节能，以及物联网、云计算和大数据等新技术的发展，信息机房需要进行必要的升级改造，以满足配套机房设备运行的智能化、节能等要求。同时，本文研究了信息机房的部署等相关问题。

1 异构网络模型分析及通信业务优先级划分

1.1 异构网络模型分析

对于智能配电通信系统而言，它用于通信的网络可以是专网也可以是公网，配电站和个分站之间的通信可以利用光纤也可以利用其他专网，而对于配电站与配电终端之间的通信[1]，可采用光纤专网、无线以及配电线载波等通信方式。针对环境因素影响光纤铺设的区域或者配电网改造较复杂的地方，本文建立了一种异构网络模型，如图1所示。

图1 配电异构网络网络模型

1.2 配电通信业务的优先级划分

根据配电网发展的相关标准和要求，智能配电通信网需要具备多种智能自动化功能。这个过程中，需要对配电分站和变电站业务终端层之间的通信接入层的通信业务等级进行相应的优先级划分。智能配电通信业务的主要业务以通信为主，根据不同的要求，可以划分为多种业务模式，一般包括RT控制和NRT监测及管理业务。智能配电网覆盖范围较广，某一时刻需要传送的业务量庞大，需要划分通信业务的优先级。一般RT业务的优先级最高，随后是NRT业务。这就保证在同时面对相应的请求时，系统能够优先处理RT业务，以确保电力企业的服务质量，后控制NRT业务的接入，最终达到负载均衡的目的。

2 异构网络负载均衡算法分析

2.1 关于物元分析模型的网络评价

对于网络运行质量的改善，负载均衡是其中的有效途径之一。对于异构无线网络而言，使用负载均衡可以缓解其含有资源分布不均衡的问题，一定程度上降低业务阻塞率，并能够有效提高资源的利用率。在无线异构网络环境中，为了达到负载均衡的效果，可以通过选择最优网络接入来实现，同时结合物元分析和关联函数的相关特点，对网络质量等级的程度进行全面和精细化的判断[2]。在选择合适的网络接入时，可以参考配电通信业务的优先级次序，并利用相应的算法进行计算分析。

物元分析是一门新兴的解决矛盾问题的规律和方法的学科，比较适合多因子评价问题。对于网络质量而言，网络评价可以对其进行相应的定性或者定量评价。在网络评价中应用物元分析法，可以有效解决有关的矛盾。通过建立相应的物元模型，可以确定网络评价指标的权重，通过计算相应的关联度确定网络的等级。用户想要实现负载均衡，选择的网络接入要具有较高的等级。

2.1.1 评价指标经典域的确定

如果cr表示网络信号强度，cp表示电网的网络阻塞率，ci表示当前负载率，并将网络质量划分为4个等级，则相关评价指标的经典域为：

2.1.2 评价指标节域的确定

所谓节域代表的是一种量值范围，对象是事物某性质。当量值处于节域范围内变化时，事物的性质不会发生改变，一旦超出节域范围，事物的性质会发生根本改变，而所有网络的等级指标的最大取值范围Rs为：

2.2 评定网络的质量等级

2.2.1 距以及相关关联函数

为了定量描述网络待评价物元的特征，本文引入距的概念。它的本质是实变函数中距离的概念。计算网络中每个评价指标到各个等级经典域的距，即p为：

而网络i各个评价指标到其节域的距为：

2.2.2 确定相应的权重系数

对于无线异构网络某性能指标，根据有关的知识理论，该指标差异程度越大，信息熵会变小，需要系统赋予该指标较大的权重；相反，信息熵会随着某性能指标的差异程度的变小而增大，那么该指标会提供较少的信息，只需赋予该指标较小的权重。

2.2.3 确定相应的网络等级

对象符合标准对象等级的程度一般由关联度大小表示。关联度的值越大，对象符合的程度越高。所以，通过计算网络中各个等级的关联度，能够确定网络的等级。网络i所属等级j的关联度通常用Kj(Ni)表示，相关计算为：

通过相应的计算可知，网络i的质量属于j0等级。

3 电力信息机房相关部署方案

（1）信息机房目前拥有多台精密空调，空调前端前期设计缺少智能电表无法做到实时对耗能进行采集分析。为更好地实现对数据机房耗能的全面监测和耗能分析，达到全过程实现节能减排，需要对精密空调前端加装智能电表。本次计划对信息机房多台精密空调安装一套可监测智能电表。

（2）在IT集中运行监控系统中，纳入相应的PUE值，以能够记录和查询相应的PUE值，真正做到实时值、日累计值、周累计值、月累计值及年累计值。能效管理系统能够提供当前和历史电能利用效率值，从而能够根据相应的事实和数据，了解安装的IT设备消耗的的电能。子系统数据可通过测量或估算获得，通过功率计量表也可充分了解信息机房PUE效率。

（3）增加人脸识别硬件设备，利旧局方现有的人脸识别系统，与门禁控制管理双重结合，极大地强化出入口安全管理级别，满足机房重要区域出入口控制的需要。提供一套一体化管理平台，通过对设备运行环境数据进行实时收集，图形化再现机柜环境和用户设施，从而实现数据中心精细化的远程监管。

（4）由于长时间的照明，现在的机房存在两个问题：一是能源损耗，二是灯光污染。因此，绿色照明将是一个举足轻重的措施。通过有效照明控制手段，不仅可以降低能源消耗，合理分配能源，还可以提高数据中心的管理效率。信息机房内末端电源进行实现能耗监测改造，同时升级优化动力环境监控接入能耗监测。为保证房间空气新鲜，机房采用独立新排风设备。

4 结 论

为了提升智能电网通信业务的服务质量，在通信网接入层建立了异构无线网络模型，针对智能电网通信业务进行了相应的优先级划分，同时基于物元分析法研究了一种异构无线网络负载均衡算法。此外，实现智能电网的控制需要相应的信息机房，本文对某公司的信息机房改造部署进行了相应的研究。