1中继传输的网络模型设计
在本文的智能电网模型中，电表数据（电力消耗和电力需求信息）是通过智能电表从家用电器收集而来。一个服务区被划分为M个社区，每个社区对应为一群住宅。mN表示社区m的节点（用户）数。所有的社区通过邻域网NAN（可采用单跳或多跳WIFI）把智能电表收集的用电数据发送给数据聚合单元DAU。然后DAU把电表数据通过WAN（如WIMAX）发给MDMS。MDMS对所有的社区进行需求估算，根据估算得到的需求总数据向发电商制定发电合同量，并给用户区域分配供电量。为了提高可靠性和速率，每个社区投资部署一个中继站为DAU执行协作传输，以提高从DAU到MDMS之间的广域网（WAN）链接的性能，因此，可以避免DAU从大量节点收集电表数据时的拥塞[11]。图2为如上所述的一个包含3个社区的网络模型的示意图，图中中继站2在为DAU执行中继传输。中继站可以被放置在社区的不同位置（比如在DAU和MDMS之间），以提高使用中继传输时DAU的传输性能。考虑了从DAU到MDMS的两跳协作传输（可以使用IEEE802.16j和802.16m中的帧结构）。社区中继站采用解码转发（DF）的中继方法，即：假设每个中继站和DAU处在同一频率信道上。首先，DAU发送电表数据的数据包给MDMS。同时，所有小区的中继站也可以收听到这个DAU发送的数据。如果一个中继站决定执行中继传输(即根据社区已选定的博弈策略)，它将对从DAU中接收到的数据包进行解码。然后中继站把解码数据包从DAU传送到MDMS中。设c为当前中继站，用r(c)表示中继站c的传输速度。已知信道质量，可以通过计算自适应调制下的多个中继站的频谱效率求出传输速率r(c)[12,Eq.5]。
2系统中的电力需求成本估算和最佳中继传输策略
为了通过协作传输通信系统收集电网数据，以达到社区电网的效率最优目标（成本最小化），本节首先进行社区电力需求和成本估算，然后根据成本最小化原则得出基于博弈论的最佳协作传输策略。
2.1社区电力需求成本估算
由于不确定性(如随机电力需求)，一般来说，一个电力系统的运营决策分两阶段。第一阶段，供电公司根据预期的负载从发电厂预订电量。这一阶段被称为单位承诺，实际操作之前签订合同。第二阶段称为经济调度，即遇到实际的需求后，把预定的电量提供给用户，然而，如果预订的电量不够(即没有预订那么多)，就会从可能的发电厂购买额外的电力。因为在单位承诺阶段的协议(即被预订的电量)是事先决定的，供电公司可以选择和购买价格比在经济调度阶段便宜的电。前一个阶段价格用fP表示，后一个用oP表示。通过两个决策阶段，供电公司可以有效地在不确定的情况下调度电力供应给消费者。
2.2中继站的最佳协作传输策略
智能电网中服务区域中的社区可以通过有策略的为DUA执行中继传输，理性的进行智能化决策，使他们的成本最小化。例如：考虑图2所示的场景，社区1的中继站为DAU执行中继传输。因此，由于更高的传输速率，DAU的丢包率将被减少，这将产生较小的需求估计误差以及更少的电费（即，在单位承诺阶段将预留足够的电力供应）。在这种情况下，社区2和3也受益于社区1中继站的中继传输，但不用支付任何费用。由于社区1意识到了这个情况，所以即使中继传输会降低他的电费，它可能也不会一直为DAU执行中继传输。在这种情况下，由于社区2和3是理性的，他们必须为DUA进行中继传输来提高MDMS的决策准确性，降低电费。因此，对所有社区来说，寻找一个为DUA执行中继传输的均衡策略是很重要的，以达到他们各自的成本最小化。
3系统在智能电网中的应用
综上所述，本系统包括三大部分，即数据采集终端、传输网络和信息处理与控制中心。数据采集终端包括各种装有传感器和处理器的家用电器、室内终端、智能电表和控制设备等，它负责用户用电的原始数据的采集工作。传输网络包括如前所述的家域网、邻域网和广域网，它负责把各种电网数据传输给信息处理与控制中心，特别的，在广域网传输过程中，本系统通过中继站按策略地来执行协作传输，来保证数据通信的可靠性，并使成本最小化。电网数据管理系统（MDMS）为本系统的信息处理中心，是整个系统的控制中心。它对收到的电网数据进行分析，做出配电、发电的决策，并把决策结果反馈给配电站、分布式发电站等电网中的节点进行执行。图3为系统通信结构示意图。本系统首先对中继站所在社区的用电成本进行估算，根据成本最小化原则得出中继站执行协作传输的最佳策略（执行中继传输的概率），各社区中继站按策略为DAU执行中继传输，以避免数据拥塞和丢包，并使各自的成本最小化。然后系统中心根据收到的电网数据进行分析和决策，将决策结果反馈到电网中的各发电、配电节点（如配电站和分布式发电站等）并执行，根据决策结果实现对电网资源的科学调度，其工作流程如图4所示。
4总结
物联网技术的发展催生了智能电网的建设，各种通信、信息技术被应用于智能电网中，以实现科学的电力资源调度。针对智能电网数据传输的要求。本文设计了一种用于智能电网中数据传输的通信系统，首先构建智能电网通信网络模型，将网络分为家域网、邻域网和广域网；然后建立了中继传输的网络模型，并评估电力需求和成本，根据成本最小化原则确立中继站的最佳传输策略（执行中继传输的概率）；特别的，本系统利用中继站进行协作传输，可以提高智能电网数据传输的速率和可靠性，改善网络性能，避免数据拥塞和丢包，利用纳什均衡结果作为中继站最佳传输策略；最后，本系统的信息处理中心通过对电网数据进行处理、分析，最终作出科学决策，实现输配电方面的科学调度，获得最大的效益。
作者：崔正杰 刘南杰 倪振华 赵海涛 单位：南京邮电大学 南京邮电大学网络基因工程研究所 国网上海市电力公司
