[發明專利]一種基于可再生能源的輸電線路MEC服務部署方法

在審

• 申請號: 202210901688.5
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115396906A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 陸旭;崔凇;楊久勇;張鶴立;粘中元;李曦;王華;崔鳴石;慕春芳;李國強;肖海龍
• 申請（專利權）人: 國網內蒙古東部電力有限公司信息通信分公司;北京郵電大學;國網內蒙古東部電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W28/08;H04W52/02;G06K9/62;H04L67/12;H04W4/38
• 代理公司: 北京代代志同知識產權代理事務所(普通合伙) 16004
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種基于可再生能源的輸電線路MEC服務部署方法，屬于電力物聯網數據傳輸領域。首先對輸電線路監測系統網絡及網絡中各節點進行建模，在K?means算法的基礎上，根據節點的鄰居節點數量以及能量因素選擇簇頭，并根據計算任務大小、傳輸跳數和能量消耗約束對輸電線路監測網絡拓撲進行聚類，最后在選擇出的簇頭節點部署MEC服務。通過本發明的方法，將MEC服務部署在鄰居節點數量較多且能量充足的節點，能夠使計算任務轉發跳數較少，傳輸時延較少；同時延長網絡存活時間，增強網絡穩定性。

技術領域

本發明屬于電力物聯網數據傳輸領域，具體地說，是指一種基于可再生能源的輸電線路MEC服務部署方法。

背景技術

電力物聯網作為能源互聯網的基礎支撐網絡，具有能量流與信息流緊密結合的特征。在電力物聯網建設中，輸電線路系統的可靠性直接關系到整個網絡的穩定性。輸電線路從幾十公里到上千公里不等，尤其是高壓輸電線路，線路電壓與供電范圍呈正相關關系，若發生故障將導致大面積停電，對社會生產生活造成損失。導致輸電線路發生故障的不僅有暴雨、大風、洪水和冰雪等自然因素，還有偷竊和破壞等人為外力因素。因此，對上述安全隱患進行及時的發現和處理，將提高輸電線路系統的運行可靠性，對電網的安全運行具有重要意義。

由于傳統的人力巡檢存在偏遠地區不可達，且耗費人力物力資源大等問題，滿足不了日益龐大的輸電線路監測自動化和智能化的需求。因此，現有的輸電線路監測系統網絡主要由部署在桿塔和輸電線路上的視頻和傳感器設備以及巡檢無人機組成。視頻設備用于實時監測線路上各設備例如絕緣子等狀態，以及天氣等氣象狀況。傳感器設備通過對線路抖動、桿塔傾斜角等數據進行監測，進而判斷輸電線路中各實體所處的狀態，從而對異常狀態進行報警。無人機可根據巡檢任務需求對巡檢線路狀態進行記錄，并將視頻回傳至監控中心。

基于物聯網技術建設的輸電線路監測系統已經在一定程度上得以應用，但仍存在如何將采集到的有效數據傳輸至監控中心的問題，尤其在人煙稀少的地區。此類地區具有移動網絡覆蓋弱，網絡的接入點距離遠等特點。為了解決上述問題，考慮到部署成本等因素，現有方案選擇利用無線多跳自組網擴大網絡的覆蓋范圍，將數據多跳傳輸至監控中心。架構圖如圖1所示，每個輸電桿塔上存在一個匯聚節點，負責匯聚覆蓋范圍下的視頻、傳感器和無人機節點采集的數據并兼具轉發功能，匯聚節點之間采用5.8Ghz頻段進行通信，將采集的數據通過第五代移動通信技術(5th generation mobile communicationtechnology,5G)基站、衛星和遠距離點對點無線等方式傳輸至監控中心。各節點采用“電池+自取能”的方式實現供能。

為了進一步減少人力成本，加大電網的智能化和自動化建設，智能巡檢和實時視頻分析等業務被提出，這要求現有的輸電線路監測網絡具有一定的計算能力。傳統的實現方式是從請求任務的設備側發送所有數據至云中心服務器，在云中心計算完成后將結果返回至設備側[1]。隨著數據的激增，這種傳統的“云-端”模式的弊端逐步顯現。由于數據傳輸將占據有限的帶寬資源的絕大部分，這將會帶來通信道路阻塞，進而帶來時延增大等問題，這對于時延敏感性應用是致命的。同時，無效數據的發送和數據傳輸過程中的篡改、丟失等現象，也帶來了系統可靠性降低的問題[2]。

鑒于云-端模式存在諸多局限，多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing,MEC)技術作為一種新的計算范式被提出[3]。MEC在無線接入網絡(Radio Access Network,RAN)邊緣部署服務器，使靠近終端用戶的RAN邊緣具備信息技術(InformationTechnology,IT)和計算能力，實現提供低功耗、低延遲和高帶寬環境的目標[4]。與傳統的“云”不同，MEC可以提供大量的分布式計算節點，這些節點靠近物聯網設備，以支持實時信息收集和分析服務[5]。同時，邊緣計算節點還提供計算能力來處理物聯網的需求，減少傳輸時延和電力物聯網設備功耗。

然而MEC節點在輸電線路監測系統中部署的位置不同，會影響整個網絡的性能，例如時延和能耗等[6]。此外，若MEC節點選址不當，會造成各區域邊緣節點負載不均衡，從而出現資源利用效率低甚至空置的現象[7]。