基于异构并行计算平台的信息自适应接入与协作传输优化控制方法的研究

As the key technology of new generation, smart grid has been included in the key construction projects in China's 12th Five-Year Plan and has become one of our country's basic energy development strategies. For lack of unified communication solutions, power distribution communication system has been the bottleneck of the development of smart grid. From the requirement of information interaction in the advanced measurement infrastructure (AMI), this project establishes a model which is used for load management needs to quality of service of power distribution information transmission, describes the effects on the dynamic balance of intelligent power distribution network and provides the theoretical basis for the study of the optimization method of the transmission. Taking advantage of wireless network collaborative coverage, an optimization control mechanism is designed based on the demand of quality of service for multi-service information transmission for adaptive access and cooperative transmission in the heterogeneous network environment, which can reduce the transmission delay, improve the integrity of data and realize information transmission in multi-network. The simulation platform is established based on heterogeneous parallel computing, and the library of several algorithms is designed to verify the effectiveness of information transmission control strategy. The research results can not only enrich and improve the communication of intelligent power distribution network, but also establish a firm foundation for the wide development of the advanced measurement infrastructure. The project will greatly promote the rapid development of communication system of smart grid in China, and have penetrating significance on important decision implementation in the national economic construction, such as environment protection and utilization of new energy.

智能电网作为新一代电网技术，已列入十二五规划纲要的重点建设项目，成为我国的基本能源发展战略。由于缺乏统一的通信解决方案，配电网通信系统一直是智能电网发展的瓶颈。本项目从高级量测体系AMI对信息交互的需求出发，建立面向负荷管理需求的信息传输服务质量模型，解析对智能配电网动态平衡的影响，为传输控制方法的研究奠定理论基础；利用无线网络协同覆盖，基于电网多业务信息传输的服务质量要求，设计异构网络环境下的自适应接入与协作传输优化控制机制，降低传输时延和提高数据的完整性，实现信息在多网之间的无缝传输；构建基于异构并行计算的仿真平台，设计通用算法库，验证信息传输控制策略的有效性。本项目的研究成果不仅能够丰富和完善智能配电网通信方式，而且为高级量测体系AMI的广泛应用奠定坚实的基础。本课题的应用将有力促进我国智能电网通信系统的快速发展，对环境保护和新能源利用等国民经济建设中重大决策的实施具有深远意义。

随着用户对服务质量要求的不断提升和大规模用电设备的随机接入，使得用户用电量和无线资源需求量日益增长。如何在复杂多变的异构通信网络环境中进行实时、可靠的信息传输成为了智能电网亟待解决的重点问题。针对这一问题，本项目构建异构、多层次的通信网络体系架构；建立面向负荷管理需求的服务质量模型，以满足不同用户、不同优先级业务的需要；构建多参数、多约束的目标优化函数，设计异构网络环境下的自适应接入与协作传输优化控制机制，获得优化调度策略和控制方案，提高无线资源利用率，实现友好互动的、绿色的智能配电网的通信与控制；搭建基于异构并行计算的仿真实验平台，验证信息传输控制策略的有效性。从用户的满意度出发，提出了一种基于梯度投影法的实时电价算法，能够获得最优电价和高的总体效益，保证供需负荷平衡，实现能源的充分利用，使电网运行的更稳定、更可靠。为了解决异构通信网络中资源分配不均问题，提出了一种基于多属性决策的网络接入选择算法，该算法在用户接入最佳网络的同时，保证整个异构通信网络的负载均衡。针对多节点中继协作系统，为减小系统误码率和降低计算复杂度，提出一种低复杂度的基于误码率的中继选择与功率分配算法。为了提高频谱资源的利用率，提出了适用于异构通信网络的联合上行链路和下行链路的资源分配方案，该方案可以最大化系统容量并保证蜂窝用户和D2D对的服务质量需求。针对异构通信网络的通信环境的不确定性，提出了一种基于不完美信道状态信息的功率分配方案，该方案可以最大化系统的能源效率。考虑负载不均衡对资源可用性的影响，提出了一种新的用户调度和功率分配方案。该方案根据用户体验质量(QoE)和系统能耗建立了不同服务类型下的系统模型，采用布尔型双迭代算法得到其全局最优解，实现了用户QoE和系统能耗的联合优化。研究成果不仅丰富和完善未来智能电网配电网的通信技术体系，而且对我国国民经济健康持续发展具有重要的意义。