面向QoS需求的智能电网邻域网中多业务信息接入控制

Neighborhood Area Networks (NANs) of advanced metering infrastructure (AMI) in smart grid are two-way communication networks with multiple cells, composed of several smart meters and gateways. In the NANs, there are several services with different priorities, such as sensing information, real time price, eletricity power. Quality of Service (QoS) in the smart grid is related to time delays and packet loss ratio. Therefore, it is hard to guarantee the QoS of services in the smart grid by using traditional access control techonologies target at improving the spectrum efficiency. In this project, a new access control method is proposed to satisfy the QoS requirements in the smart grid. Firstly, effective capacity is shwon for describing the QoS requirment in the smart grid. Secondly, an admission control framework is proposed based on the effective capacity. Moreover, the carriers allocation problem is first cast into a cooperative game model, then a distributed algorithm is shown to make the smart meters bargain the number of carriers. Thirdly, the smart meters are scheduled to access and select the carriers online based on the obtained QoS and the critical required QoS. Finally, we design a platform to evaluate the performance of effective capacity and access control framework. Furthermore, some parameters adjusting methods are given to improve the performance. This project is hoped to provide technical support for sensing fault online in smart grid and exchanging information between users and electricity service providers. Not only the supply and demand balance is guaranted, but also the reliable grid operation is expected.

智能电网高级量测体系(AMI)中的邻域网是由智能电表和网关组成的双向多蜂窝通信网络，包含状态监测、实时电价和用电负荷等不同优先级别信息，上述业务信息的服务质量（QoS）体现在传输时延和数据包丢失率上。因此，以提高频谱利用效率为目标的传统无线接入控制方法无法保证智能电网多优先级信息的QoS需求。本项目针对上述问题，研究面向智能电网多优先级业务信息QoS需求的接入控制方法。首先，建立可以描述业务信息QoS需求的有效容量模型；其次，基于有效容量设计网关的接纳控制方案，并构造多智能电表的载波分配博弈模型，设计分布式动态算法指导智能电表协商载波数分配。进一步，根据待发送信息的QoS与其临界QoS需求的关系，在线调度智能电表有序接入载波。最后，设计半实物仿真平台测试有效容量模型和接入控制方案的性能。本项目可为智能电网故障在线监测及用户和电力服务商信息互动提供技术支撑，保证电网可靠运行和供需平衡。

智能电网高级量测体系中的邻域网是由智能电表和网关组成的双向多蜂窝通信网络，包含状态监测、实时电价和用电负荷等不同优先级别信息，上述业务信息的服务质量（QoS）体现在传输时延和数据包丢失率上。因此，以提高频谱利用效率为目标的传统无线接入控制方法无法保证智能电网多优先级信息的QoS需求。本项目针对上述问题，研究面向智能电网多优先级业务信息QoS需求的接入控制方法。首先，建立可以描述业务信息QoS需求的网络解析模型；其次，基于有效容量设计网关的接纳控制方案，并构造多智能电表的载波分配博弈模型，设计分布式动态算法指导智能电表协商载波数分配。进一步，根据待发送信息的QoS与其临界QoS需求的关系，在线调度智能电表有序接入载波。本项目提出了智能电网的双层接入网络结构，包含智能电表到数据集中器的下层网络和数据集中器到电表数据管理中心的上层网络。对于用户的用电成本，基于用电偏差构造了二次电力成本函数，并在成本函数中引入了反映用户用电需求的可调参数，实现了不同电力需求下用户电力成本的多样性描述。针对电力供应商的供电量不能满足用户最小用电需求的问题，结合分布式用电量调度和实时定价，设计两类接纳控制算法。基于人工蜂群算法，设计了多载波分配策略，提高了接入网中不同电表载波分配的公平性。为了实现下层网络和上层网络的频谱共享，采用斯坦科尔伯格博弈和纳什议价模型，提出了基于合作中继的频谱租用和多载波分配策略。为保障智能电表的QoS，在载波分配的基础上研究了基于功率控制的双层接入网络的干扰控制方法。分别设计了多用户－单电力服务提供商和多用户－多电力服务提供商模型下的能量调度策略。采用非合作博弈理论，建立了基于实时电价的需求侧调度系统存在唯一的平衡点的充分条件。基于线性轮换对称的定价函数，进一步提出了负荷和电价的分布式协同调度策略。提出了基于惩罚机制的合作负荷调度策略，实现了需求侧能量资源分配的帕累托最优性。基于分层博弈理论，设计了发电商和电力用户的能量调度策略。采用纳什议价解的方法，提出了不同优先级用户信息传输的信道接入策略，并给出了用户合作的条件。设计半实物仿真平台测试模型和接入控制方案的性能。本项目可为智能电网故障的在线监测及用户和电力服务商的信息互动提供技术支撑，保证电网可靠运行和供需平衡。