智能仪表中基于博弈的异构无线网络QoS路由策略研究

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智能电网(Smart grid,SG)中的相量测量单元(Phasor measurement unit,PMU)和智能仪表(Smart meter,SM)通过异构无线网络将向量测量单元和智能仪表测量的数据和参数传输至控制中心(Control center,CC)。如何选择一条可靠、稳定和安全的数据传输链路将海量的终端数据传送至CC进行数据分析并处理显得尤为重要。
  传统智能电网博弈数据路由的选择模型中,博弈模型中传感器节点需要获得所有传感器节点的博弈状态信息来进行下一次路由决策。基于以上分析,本文首先将智能电网数据路由选择过程建模成网络形成博弈模型,提出了基于安全路由的图分布式智能电网数据传输算法。在该博弈模型中设计了面向三种不同数据业务的服务质量(Quality of Service, QoS)的新的效用函数,这个新的效用函数不仅考虑到系统的延时和丢包率,还考虑了系统的安全指数。其次,针对实际智能电网异构网络中各个传感器节点需要耗费额外的系统资源来获得所有传感器节点的博弈信息,本文提出了基于猜想-不完全信息数据聚合算法,即不需要各个节点获取所有其它节点的博弈状态信息,可以在不完全信息下对自身的策略进行优化和收敛,从而大大减少了传感器节点之间信息交互带来的系统开销。最后,对以上两种算法在多样化业务数据下进行数据路由仿真。
  仿真比较了不同业务下基于安全路由的图分布式智能电网数据传输算法和基于猜想-不完全信息数据聚合算法的收敛行为,仿真结果显示:本文的博弈算法一(基于安全路由的图分布式智能电网数据传输算法)和算法二(基于猜想-不完全信息数据聚合算法)在三种数据业务下分别都能得到稳定的路由唯一解,但在三种单独数据业务情形下(电网运行数据:GOD,设备状态数据:ESD,客户计量数据:CMD),他们得到的稳定路由解各不相同。对于多样化的仪表数据业务,本文提出的算法一的博弈机制与直接传输算法、最近邻居算法的系统传输性能相比得到显著的提升;而在混合多样化的数据业务下,路由策略不再是这三种业务单独作用下的路由策略的简单叠加或组合,而是在这三种策略相互作用下使得整个网络的效用最大化而形成的混合策略。除此之外,本文提出的算法二在平均累积期望效用上非常接近算法一的平均累积期望效用,在网络节点数为12时,算法二的效用为算法一的95.3%。同时,该算法证实了集中器之间存在着复杂的相互作用。最后,当异构无线网络遭受到攻击时,本文提出的算法能够自适应的调整数据传输路由策略,保证了智能电网参数和测量数据的安全。
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