一种智能电网的网络切换方法及相关设备

技术领域

本公开涉及计算机技术领域，尤其涉及一种智能电网的网络切换方法及相关设备。

背景技术

为了给电网用户提供可靠、高效的通信服务，电网通信系统逐渐从单一网络向融合网络转变。在地面电力通信有线专网的基础上，增加了适应无线配电终端的地面移动通信网络、支持偏、远、散等实时性要求不高的配电终端数据传输的低轨卫星物联网、北斗卫星短报文网络服务等，形成了空天地一体化的智能电网。然而由于空天地智能电网业务异构、差异大的特点，现有的智能电网通信网络切换策略无法保证智能电网的通信效率和稳定性，使得智能电网通信的效率和可靠性低。

发明内容

本公开提出一种智能电网的网络切换方法及相关设备，以在一定程度上解决智能电网通信网络切换策略不准确，使得智能电网通信的效率和可靠性低等技术问题。

本公开第一方面，提供了一种智能电网的网络切换方法，包括：

基于预设切换标准构建关于所述智能电网的切换决策矩阵；

基于改进遗传算法和所述切换决策矩阵确定每个切换策略的综合得分；

确定所述综合得分的最高值对应的切换策略为目标切换策略；

基于所述目标切换策略进行网络切换。

本公开第二方面，提供了一种智能电网的网络切换装置，包括：

决策矩阵模块，用于基于预设切换标准构建关于所述智能电网的切换决策矩阵；

计算模块，用于基于改进遗传算法和所述切换决策矩阵确定每个切换策略的综合得分；

目标策略确定模块，用于确定所述综合得分的最高值对应的切换策略为目标切换策略；

切换模块，用于基于所述目标切换策略进行网络切换。

本公开第三方面，提供了一种电子设备，包括一个或者多个处理器、存储器；和一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行根据第一方面所述的方法的指令。

本公开第四方面，提供了一种包含计算机程序的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行第一方面所述的方法。

本公开第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序指令，当所述计算机程序指令在计算机上执行时，使得计算机执行第一方面所述的方法。

从上面所述可以看出，本公开提供的一种智能电网的网络切换方法及相关设备，基于改进遗传算法生成空地智能电网切换策略，利用决策矩阵实现对不同网络服务的客观评价，同时考虑多网络的特点和差异，结合空天地智能电网系统模型，改进遗传算法求解各要素的权重和取值，为智能电网切换策略的准确性提供依据，提高了智能电网通信的效率和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例的智能电网的网络切换架构的示意图。

图2为本公开实施例的示例性电子设备的硬件结构示意图。

图3为本公开实施例的智能电网的网络切换方法的示意性流程图。

图4为本公开实施例的不同网络切换方法的仿真结果的示意图。

图5为本公开实施例的不同网络切换方法的异常值排序的示意图。

图6为本公开实施例的智能电网的网络切换装置的示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解的是，在使用本公开各实施例公开的技术方案之前，均应当依据相关法律法规通过恰当的方式对本公开所涉及个人信息的类型、使用范围、使用场景等告知用户并获得用户的授权。

例如，在响应于接收到用户的主动请求时，向用户发送提示信息，以明确地提示用户，其请求执行的操作将需要获取和使用到用户的个人信息。从而，使得用户可以根据提示信息来自主地选择是否向执行本公开技术方案的操作的电子设备、应用程序、服务器或存储介质等软件或硬件提供个人信息。可以理解的是，上述通知和获取用户授权过程仅是示意性的，不对本公开的实现方式构成限定，其它满足相关法律法规的方式也可应用于本公开的实现方式中。

图1示出了本公开实施例的智能电网的网络切换架构的示意图。参考图1，该智能电网的网络切换架构100可以包括服务器110、终端120以及提供通信链路的网络130。服务器110和终端120之间可通过有线或无线的网络130连接。其中，服务器110可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、安全服务、CDN等基础云计算服务的云服务器。

终端120可以是硬件或软件实现。例如，终端120为硬件实现时，可以是具有显示屏并且支持页面显示的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、电子书阅读器、膝上型便携计算机和台式计算机等等。终端120设备为软件实现时，可以安装在上述所列举的电子设备中；其可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。

需要说明的是，本申请实施例所提供的智能电网的网络切换方法可以由终端120来执行，也可以由服务器110来执行。应了解，图1中的终端、网络和服务器的数目仅为示意，并不旨在对其进行限制。根据实现需要，可以具有任意数目的终端、网络和服务器。

图2示出了本公开实施例所提供的示例性电子设备200的硬件结构示意图。如图2所示，电子设备200可以包括：处理器202、存储器204、网络模块206、外围接口208和总线210。其中，处理器202、存储器204、网络模块206和外围接口208通过总线210实现彼此之间在电子设备200的内部的通信连接。

处理器202可以是中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、智能电网的网络切换器、神经网络处理器（NPU）、微控制器（MCU）、可编程逻辑器件、数字信号处理器（DSP）、应用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、或者一个或多个集成电路。处理器202可以用于执行与本公开描述的技术相关的功能。在一些实施例中，处理器202还可以包括集成为单一逻辑组件的多个处理器。例如，如图2所示，处理器202可以包括多个处理器202a、202b和202c。

存储器204可以配置为存储数据（例如，指令、计算机代码等）。如图2所示，存储器204存储的数据可以包括程序指令（例如，用于实现本公开实施例的智能电网的网络切换方法的程序指令）以及要处理的数据（例如，存储器可以存储其他模块的配置文件等）。处理器202也可以访问存储器204存储的程序指令和数据，并且执行程序指令以对要处理的数据进行操作。存储器204可以包括易失性存储装置或非易失性存储装置。在一些实施例中，存储器204可以包括随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、光盘、磁盘、硬盘、固态硬盘（SSD）、闪存、存储棒等。

网络模块206可以配置为经由网络向电子设备200提供与其他外部设备的通信。该网络可以是能够传输和接收数据的任何有线或无线的网络。例如，该网络可以是有线网络、本地无线网络（例如，蓝牙、WiFi、近场通信（NFC）等）、蜂窝网络、因特网、或上述的组合。可以理解的是，网络的类型不限于上述具体示例。在一些实施例中，网络模块306可以包括任意数量的网络接口控制器（NIC）、射频模块、接收发器、调制解调器、路由器、网关、适配器、蜂窝网络芯片等的任意组合。

外围接口208可以配置为将电子设备200与一个或多个外围装置连接，以实现信息输入及输出。例如，外围装置可以包括键盘、鼠标、触摸板、触摸屏、麦克风、各类传感器等输入设备以及显示器、扬声器、振动器、指示灯等输出设备。

总线210可以被配置为在电子设备200的各个组件（例如处理器202、存储器204、网络模块206和外围接口208）之间传输信息，诸如内部总线（例如，处理器-存储器总线）、外部总线（USB端口、PCI-E总线）等。

需要说明的是，尽管上述电子设备200的架构仅示出了处理器202、存储器204、网络模块206、外围接口208和总线210，但是在具体实施过程中，该电子设备200的架构还可以包括实现正常执行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述电子设备200的架构中也可以仅包含实现本公开实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

为了给电网用户提供可靠、高效的通信服务，电网通信系统逐渐从单一网络向融合网络转变。在地面电力通信有线专网的基础上，增加了适应无线配电终端的地面移动通信网络、支持偏、远、散等实时性要求不高的配电终端数据传输的低轨卫星物联网、北斗卫星短报文网络服务等，形成了空天地一体化的智能电网。然而由于空天地智能电网业务异构、差异大的特点，现有的智能电网通信网络切换策略无法保证智能电网的通信效率和稳定性，使得智能电网通信的效率和可靠性低。因此，如何提高智能电网的通信效率和稳定性，满足电网业务的个性化需求，提高网络的服务质量成为了亟需解决的技术问题。

鉴于此，本公开实施例提供了一种智能电网的网络切换方法及相关设备。基于改进遗传算法生成空地智能电网切换策略，利用决策矩阵实现对不同网络服务的客观评价，同时考虑多网络的特点和差异，结合空天地智能电网系统模型，改进遗传算法求解各要素的权重和取值，为智能电网切换策略的准确性提供依据，提高了智能电网通信的效率和可靠性。基于深度强化学习算法可以预测不同网络条件下的最佳切换策略，生成智能电网通信网络切换策略，从而提高智能电网的通信效率和稳定性。

参见图3，图3示出了根据本公开实施例的智能电网的网络切换方法的示意性流程图。根据本公开实施例的智能电网的网络切换方法可以部署于服务器端。图3中，智能电网的网络切换方法300可以进一步包括如下步骤。

在步骤S310，基于预设切换标准构建关于所述智能电网的切换决策矩阵。

其中，智能电网可以包括地面有线网络、地面移动通信网络、低轨卫星物联网、北斗卫星短报文。具体地，电网用户通信业务主要包括传输、交互、对话、后台等不同网络需求的业务。流传输类网络通信业务主要由电力系统视频监控终端产生，通常对通信带宽要求较高，对时延和抖动要求较低。交互式网络通信业务主要由配电终端的自动化功能产生，可实现用户与配电终端之间的指令和反馈信息交换，通常需要很高的误码率。对话式网络通信业务主要由智能充电桩等终端产生，通常要求延迟小、丢包率低。背景网络通信业务主要由智能电表等终端产生，取代了传统的人工抄表模式，可实现电表数据的自动采集和上报。一般来说，对误码率的要求较高，对延迟和丢包率的要求较低。综合考虑上述不同类型电网通信业务的特点和需求，可以构建包括地面有线网络、地面移动通信网络、低轨卫星物联网、北斗卫星短报文四种电网通信方式的空天地智能电网系统。预设切换标准可以指制定切换策略的依据，在制定切换策略时，可以根据预设的标准来决定进行切换所满足的阈值、条件或指标等约束。通过预设切换标准，可以确保切换动作的合理性和准确性，避免不必要的切换或错误的切换。

在一些实施例中，所述智能电网包括多个子网络，

则基于预设切换标准构建关于所述智能电网的切换决策矩阵，包括：

基于所述预设切换标准和所述子网络构建初始决策矩阵；

利用最大化函数和所述初始决策矩阵建立归一化决策矩阵；

基于综合权重和所述归一化决策矩阵得到所述切换决策矩阵。

其中，初始决策矩阵X包含m行和n列，行表示参与切换的子网络

。

利用最大化函数建立归一化决策矩阵，包括：

，其中，/>

权重归一化决策矩阵由权重组合计算得出，包括：

，其中/>

在一些实施例中，综合权重包括：

其中，

可见，根据本公开实施例的方法，在构建切换决策矩阵时加入了配电终端负荷的影响因素，使空中智能电网系统能够及时感知通信网络的状态和负荷变化，切换适合数据传输的网络，提高系统的效率和鲁棒性。

在步骤S320，基于改进遗传算法和所述切换决策矩阵确定每个切换策略的综合得分。

其中，遗传算法（GA）受自然选择过程的启发，模仿遗传学原理寻找最优解。为了解决上述优化问题，本公开实施例的方法在传统遗传算法的基础上进行了改进，使系统更接近全局最优解。例如：

其中，对于多候选的切换策略，即多个个体，通过隔行扫描和/或突变操作等优化过程得到幸存的个体，即为最优解。该最优解可以作为目标切换策略。

正负理想解分别用

，

正负理想解

。

其中，

，

，

vij为切换决策矩阵V中第i行第j列的元素。每个切换策略的总体综合得分

在步骤S330，确定所述综合得分的最高值对应的切换策略为目标切换策略。具体地，网络切换将根据综合得分最高

在步骤S340，基于所述目标切换策略进行网络切换。

可以基于仿真实验网络模型对本公开实施例的方法进行验证，仿真实验网络模型包括四种通信方式：有线网络、地面移动通信网络、低轨卫星物联网网络和北斗卫星短报文网络。为了分析所提算法在切换率和异常情况方面的性能，可以将本公开实施例的方法与TOPSIS方案和GA-TOPSIS方案进行比较。具体地，模拟参数可以包括：迭代次数网络延迟：25-150毫秒；延迟抖动：3-20毫秒；数据包丢失率：3-20毫秒：3-20ms；丢包率：1-7%；吞吐量：1-100Mbps：1-7%；吞吐量：1-100Mbps。使用方式1（例如TOPSIS）、方式2（例如GA-TOPSIS）和本公开（例如S2GIG）的方法的仿真结果如图4所示，平均网络切换率分别为55%、51%和45%。在相同的网络条件下，较高的切换率会导致网络稳定性下降，系统异常情况可能增加。相应地，使用方式1（例如TOPSIS）、方式2（例如GA-TOPSIS）和本公开（例如S2GIG）算法的系统异常值排序如图5所示，百分比分别为43%、28%和15%。可以看出，根据本公开实施例的方法的异常情况最少。

可见，多网络切换策略可以根据不同电网业务的个性化需求，选择最合适的网络提供自动化、智能化的通信服务。根据本公开实施例的方法，在面对不同业务的个性化需求时，使得电网融合通信系统中可自动生成合理有效的切换策略。本发明目的是，针对空天地智能电网提出了一种基于改进遗传算法的切换策略生成方案，在考虑网络具体通信状态的前提下，根据业务特点，自动切换到地面电缆网、地面移动通信网、低轨卫星物联网、北斗卫星短报文等多种电网通信方式中的一种或组合进行传输，以满足电网业务的个性化需求，提高网络的服务质量。

需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种智能电网的网络切换装置，参见图6，所述智能电网的网络切换装置包括：

决策矩阵模块，用于基于预设切换标准构建关于所述智能电网的切换决策矩阵；

计算模块，用于基于改进遗传算法和所述切换决策矩阵确定每个切换策略的综合得分；

目标策略确定模块，用于确定所述综合得分的最高值对应的切换策略为目标切换策略；

切换模块，用于基于所述目标切换策略进行网络切换。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本公开时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的智能电网的网络切换方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的智能电网的网络切换方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的智能电网的网络切换方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路（IC）芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的（即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内）。在阐述了具体细节（例如，电路）以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构（例如，动态RAM（DRAM））可以使用所讨论的实施例。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。