基于风险均衡度的电力5G通信链路自动选择方法研究_齐放.pdf

5G Vertical Industry Application5G垂直行业应用技术专栏丨特约主编 朱雪田电子技术应用 2023年 第49卷 第4期导读：以数字化、网络化、智能化转型为主要特征的新工业革命和数字经济浪潮正席卷全球。5G技术与实体经济深度融合，利用新技术、新模式、新管理促进产业转型升级，推动产业迈向全球价值链中高端，5G灵活、高效融合、开放的特性使得创新业务在媒体娱乐、能源、交通和工业等各个行业加速融合，使得垂直行业的应用更加多样化，孕育新型信息产品和服务，重塑产业发展模式。为了促进5G通信技术交流，推动我国5G通信技术发展，电子技术应用 杂志2023年第4期推出“5G垂直行业应用”主题专栏，论文内容聚焦行业需求和应用场景，重点围绕5G在室内定位、电力专网、设备节能等领域的应用方案与实践案例，期待为5G时代垂直行业应用部署提供有益的借鉴。特约主编：朱雪田，北京邮电大学工学博士，教授级高级工程师，中关村国家自主创新示范区高端领军人才，现就职于中国联通研究院。长期从事5G/6G移动通信技术与业务创新研发工作，作为项目组长先后负责多个5G/6G领域的移动通信国家重大项目，发表学术论文超过100篇，发明专利100余项，个人专著4本。基于风险均衡度的电力 5G 通信链路自动选择方法研究齐放，张成，柯旺松，胡晨（国网湖北电力有限公司信息通信公司，湖北 武汉 430070）摘 要：为有效自动选择通信链路，降低通信全局风险度，提出了一种基于风险均衡度的电力 5G 通信链路自动选择方法。首先，以最低全局风险度、最高业务通道可用性为目标函数，以通道带宽、时延与丢包率为约束条件，建立电力 5G 通信链路自动选择模型。以业务风险度与网络业务风险均衡度等为指标，评估业务风险度。按照风险度大小，由低至高排序通信业务，利用通信链路自动选择模型，优先为风险度较低的业务选择链路。通过量子遗传算法求解通信链路自动选择模型，获取最低全局风险度与最高业务通道可用性值，完成通信链路自动选择。实验证明：该方法可有效获取各通信业务风险度，自动选择通信链路，降低全局风险度，提升业务通道可用性和通道带宽，减少通道时延与丢包率，风险均衡效果较优。关键词：风险均衡度；电力 5G 通信；通信链路；自动选择；通道可用性；量子遗传算法中图分类号：TN92；TM73 文献标志码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.223372中文引用格式：齐放，张成，柯旺松，等.基于风险均衡度的电力 5G 通信链路自动选择方法研究J.电子技术应用，2023，49(4)：1-6.英文引用格式：Qi Fang，Zhang Cheng，Ke Wangsong，et al.Research on automatic selection method of power 5G communication link based on risk equalizationJ.Application of Electronic Technique，2023，49(4)：1-6.Research on automatic selection method of power 5G communication link based on risk equalizationQi Fang，Zhang Cheng，Ke Wangsong，Hu chen(InformationCommunication Branch of Hubei EPC，Wuhan 430070，China)Abstract：In order to effectively and automatically select communication links and reduce the global risk of communication,this paper proposes an automatic selection method of power 5G communication links based on risk balance.First of all,taking the lowest global risk and the highest service channel availability as the objective functions,and taking the channel bandwidth,delay and packet loss rate as the constraints,the automatic selection model of power 5G communication link is established.The busi15G Vertical Industry Application5G垂直行业应用技术专栏丨特约主编 朱雪田www.ChinaAET.comness risk degree is evaluated by taking the business risk degree and the network business risk balance degree as indicators.According to the degree of risk,the communication services are sorted from the lowest to the highest.The automatic selection model of communication links is used to give priority to the selection of links for the services with lower risk.The automatic selection model of communication links is gotten through quantum genetic algorithm,to obtain the lowest global risk and the highest service channel availability value,and complete the automatic selection of communication links.Experiments show that this method can effectively obtain the risk degree of each communication service,automatically select the communication link,reduce the global risk degree,improve the availability and bandwidth of the service channel,reduce the channel delay and packet loss rate,and achieve better risk balancing effect.Key words：risk balance degree；power 5G communication；communication link；automatic selection；channel availability；quantum genetic algorithm0 引言电力 5G 通信是电力通信事业的专用网，属于电网中非常重要的网络，用于传输电力系统间的交互信息，与电力系统的各个环节密不可分1。电力系统间交互信息增长迅猛，造成电力 5G 通信网中聚集海量电力通信业务，当电力 5G 通信出现问题时，会影响电网安全，为降低电力 5G 通信风险，需研究链路选择方法，通过为各通信业务选择安全链路，可有效提升通信安全2-4。张磊等人利用图形卷积网络预测链路带宽占用率，获取通信链路选择度，按照该选择度完成链路选择，该方法可有效选择链路，降低丢包率与传输时延，符合电力传输需求5。李彬等人构造链路负载均衡模型，结合链路风险，建立风险均衡模型，按照均衡结果选择最佳链路，该方法可有效选择链路，降低通信阻塞率与业务风险6。上述两种方法并未考虑业务风险度对通信传输安全性的影响，无法全面降低通信风险。为此，本文研究基于风险均衡度的电力 5G 通信链路自动选择方法，有效自动选择通信链路，最大限度地降低通信风险。1 基于风险均衡度的电力 5G 通信链路自动选择方法1.1 电力 5G 通信链路自动选择模型在电力 5G通信环境内，电力 5G通信链路自动选择问题代表，以确保电力5G通信全网安全可靠为前提，防止全局密集性风险分布，按照风险度在整个电力 5G 通信网络内均匀分布通信业务7，为各业务自动选择安全链路，保证电力 5G 通信网络的全局风险均衡。电力 5G 通信业务分布是图 G，顶点 V=v1,v2,vn是链路节点，边 E=eij是节点间的通道，节点编号是 i、j。电力 5G 通信全局风险程度代表V与E风险度的总和，公式如下：P(eij)=i=1ni jmU()vi+M()eij(1)其中，电力 5G 通信业务安全链路节点数量是 n；链路节点 间 的 通 道 数 量 是 m；电 力 5G 通 信 的 全 局 风 险 度 是P(eij)；节点 vi与边 eij的风险度是 U(vi)、M(eij)。若 vi出现故障，按照电力 5G 通信内节点聚集度，则vi的业务需停止，形成的严重程度如下：U(vi)=2Rik2i-kit=1A()viWt(2)其中，与 vi连接的链路数是 Ri，是常数，vi的度数是 ki，电力5G通信业务编号是t，vi的业务总数是A(vi)，权值是Wt。若eij出现故障，按照电力 5G 通信内每个节点的集中程度，则eij的业务需停止8-9，形成的严重程度如下：O(eij)=j=1m()etj+ejti,j=1meijt=1A()eijWt(3)其中，eij的业务总数是 A(eij)。节 点 i 与 j 间 的 通 道 带 宽 NB(eij)、时 延 与 丢 包 率如下：NB=bandwidth()eijDe=i=1ni jmdelay()vi+delay()eijL=L()vimax+L()eijmax-L()vi+L()eijL()vimax+L()eijmax(4)其中，带宽函数是bandwidth(eij)；vi、eij的时延函数分别是delay(vi)、delay(eij)；vi、eij的丢包率分别是L(vi)、L(eij)；vi、eij的可容忍的最大丢包率分别是L(vi)max、L(eij)max。电力 5G 通信业务通道的可用性如下：Q=i=1ni jmB()viB(eij)(5)其中，承载电力 5G 通信业务节点的可用性是 B(vi)，边的可用性是 B(eij)。因此，考虑电力 5G 通信面向业务的全局风险均衡问题时，以最低全局风险度、最高业务通道可用性为目标函数，建立电力 5G 通信链路自动选择模型，公式如下：min()Pmax()QNB NBmax,De Demax,L Lmax(6)25G Vertical Industry Application5G垂直行业应用技术专栏丨特约主编 朱雪田电子技术应用 2023年 第49卷 第4期其中，电力 5G 通信业务通道带宽、时延与丢包率为约束条件，电力 5G 通信业务通道可容忍的最大带宽、时延分别是 NBmax、Demax；在NB NBmax,De Demax,L Lmax情况下，Q 最高，以此为前提在电力 5G 通信内搜索 P(eij)最低的链路。1.2 风险均衡度的电力 5G 通信业务风险度评估电力 5G 通信业务风险度代表在业务停止情况下对电网安全运行影响程度的度量值10。通过式(1)式(3)计算电力 5G 通信业务风险度 P(eij)，全网通道段业务风险度 P(G)计算公式如下：P(G)