CN106027288A - 一种配电线路信息监测业务通信流量预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种配电线路信息监测业务通信流量预测方法,针对现行流量预测方法未考虑业务通信数据流动态到达特性导致流量预测值偏差大问题,充分考虑业务数据流的动态到达因素,该方法首先在泊松流量模型进行配电线路信息监测业务的流量参数估计基础上,按照排队论模型对配电线路信息监测业务流量进行有效预测;其次采用原始数据训练模型参数和参数优选;最后进行泊松排队论流量模型进行通信流量预测。该方法克服了传统方法无法描述业务的泊松流量动态影响因素对预测结果影响的问题,提高了预测精度,有利于实现智能配用电通信网络的合理规划和配置带宽资源。
Description
技术领域
本发明属于智能配用电通信技术领域,尤其涉及一种配电线路信息监测业务通信流量预测方法。
背景技术
配用电通信网作为电力通信***的一部分,是配用电网各类信息传输的载体,在配电自动化、用电信息采集、分布式电源接入等业务中发挥着重要的作用,其中业务通信流量预测是通信网带宽分配的基础。电力现行配电信息监测业务的流量预测方法采用的是直观预测与弹性系数相结合的计算方法。
因未考虑智能电网背景下配电线路信息监测业务数据传输的动态到达特性,存在业务流量预测值与实际所需带宽偏差大而导致的带宽资源多分配的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电线路信息监测业务通信流量预测方法,该方法包括以下步骤。
步骤1:按照信息监测周期获取配电线路信息监测业务数据时间序列。
按照配电线路信息监测业务数据传输特性,以时间T划分信息监测流量数据周期;以周期T为采集长度和单位时间1秒为采集时间间隔,统计信息监测业务到达变电站通信节点的数据比特数目构成流量数据序列;反复进行M次数据统计得到M个流量数据序列作为流量预测基础数据。
步骤2:直方图法统计获取信息监测业务流量数据序列的概率分布。
设流量数据序列的序号集合为IDSet={1,2,…,M},以获取的M个流量数据序列作为概率统计的样本原始数据源。对于序号i(i∈IDSet)流量数据序列,以单位时间1秒为概率统计单位,按照直方图统计方法获取流量数据序列的概率分布如下公式所示:Pi(N=n),其中n为单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务数据比特数目,即业务流量,单位为bps;N为正整数集合,表示单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务数据比特数目,对应概率分布的自变量。依次对流量数据序列进行概率分布统计计算操作,则M个流量数据序列对应概率分布构成序列概率分布集合{ Pi(N=n)} (i∈IDSet)。
步骤3:采用最小二乘法估计流量数据序列的泊松到达参数。
对于序号i(i∈IDSet)的流量数据序列,对应的序列概率分布Pi(N=n),采用最小二乘法参数估计策略,按照以下公式对流量数据序列泊松流量模型的到达参数λi进行估计。
Pi(N=n)=e- λ i(λi)n/n! 。
其中λi是泊松流量分布模型到达参数,代表单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务的数据比特数的数学期望E(x),即平均业务流量,单位为bps。
依次对每个序列进行以上参数估计操作,可以获取M个流量数据序列对应的泊松流量模型到达流量参数λi,构成泊松到达参数集合LamdaSet ={λi}。
步骤4:通过正态分布置信区间剔除流量数据序列的泊松到达参数异常值。
以流量数据序列的到达参数集合LamdaSet中参数λi为自变量,构造正态分布曲线Norm(μ,δ),其中正态分布的均值和方差参数分别按照μ=E(λi)和δ=var(λi)计算。设置置信区间为[μ-2*δ,μ+2*δ],将在置信区间外的到达参数值从LamdaSet集合中去除,实现到达流量参数异常值的剔除操作,得到最优泊松到达参数待选集合validSet={λj},其中λj∈[μ-2*δ,μ+2*δ]。
步骤5:采用中值排序法选择流量数据序列的最优泊松到达参数。
对最优泊松到达参数待选集合validSet中的元素λj(j=1,…,q)进行升序排序操作,得到λ1<λ2<…<λmid<…<λq-1 <λq,其中λmid为中间值;选取λmid为信息监测业务流量数据序列的最优泊松到达参数λopt。
步骤6:按照排队论模型计算配电线路信息监测业务流量。
以最优泊松到达参数λopt作为业务流量预测的排队论模型的到达速率,给定配电线路信息监测业务的最大延迟要求TDelay秒,按照以下排队论模型公式计算满足业务延迟要求的业务流量B。
B=λopt+1/TDelay
。
将B作为配电线路信息监测业务流量预测值。当通信节点业务流量带宽配置为B时,能够满足业务的延迟服务质量要求。
前述各步骤首先对配电线路信息监测业务流量进行基于泊松流量模型的到达参数估计与优选操作;其次以到达参数作为重要输入,结合泊松到达排队论模型实现有效的业务流量预测;因充分考虑业务数据到达特性,可以有效减少现有静态预测方法带来的预测偏差。
所述步骤1中按照配电线路信息监测业务数据特性划分周期T;以周期T为采集长度和单位时间1秒为采集时间间隔,统计获取M个若干配电线路信息监测业务到达变电站通信节点形成的数据比特流构成的时间序列作为流量预测基础数据。
所述步骤2中以获取的M个流量数据序列构成训练样本,采用直方图统计方法获取流量数据序列对应的概率分布。
所述步骤3中对序列概率分布集合中每个序列概率分布Pi
(N=n),采用最小二乘法参数估计策略,按照泊松流量模型进行泊松到达参数λi的估计操作;获取M个到达流量参数λi,构成泊松到达参数集合LamdaSet ={λi}。
所述步骤4中以流量数据序列的到达参数集合LamdaSet中参数λi为自变量,构造正态分布曲线Norm(μ,δ),通过设置置信区间剔除泊松到达参数λi中的异常值,得到最优泊松到达参数待选集合validSet={λj},其中λj ∈[μ-2*δ,μ+2*δ]。
所述步骤5中对最优泊松到达参数待选集合validSet中的元素λj进行升序排序操作,采用中值排序法选择排序的中间值为信息监测业务流量数据序列的最优泊松到达参数。
所述步骤6中以最优泊松到达参数λopt作为业务流量预测的排队论模型的到达速率,给定配电线路信息监测业务的最大延迟要求TDelay,计算满足业务延迟要求的业务流量B,将B作为配电线路信息监测业务流量预测值。
与一般技术相比,本发明配电线路信息监测业务通信流量预测方法,针对现行流量预测方法未考虑业务通信数据流动态到达特性导致流量预测值偏差大问题,充分考虑业务数据流的动态到达因素,在泊松流量模型进行配电线路信息监测业务的流量参数估计基础上,按照排队论模型对配电线路信息监测业务流量进行了有效预测。采用原始数据训练模型参数和参数优选,然后进行泊松排队论流量模型进行通信流量预测,克服了传统方法无法描述业务的泊松流量动态影响因素对预测结果影响的问题,提高了预测精度,有利于实现智能配用电通信网络的合理规划和配置带宽资源。
附图说明
图1为本发明方法整体流程图。
图2为配电线路信息监测业务典型场景示意图。
图3为某省信息监测业务到达35kV变电站业务流量图。
图4为本发明方法正态分布置信区间估计参数剔除操作图。
具体实施方式
下面结合附图,对优选实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。以一个配电线路信息监测典型业务场景为例,说明本方法实施过程。业务场景参数如表1所示。按每个变电站32条出线,每条配电线路柱上开关15台,开闭站 2 座,环网柜 8 座,箱式变电站 30 座,杆上变压器 50 台计算,则 32 条出线的配网自动化业务净流量为 (12×15+93×2+32×8+23×30+13×50)×32×8=502272bit/s≈502kbps,对应本方法中泊松流量模型的泊松到达参数λ。同时规约附加字节按业务净流量的10%,带宽裕量按业务净流量的50%考虑,按照上述配电网规模,采用弹性系数直观预测法可以得出配电自动化业务骨干接入网的业务流量预测值约为502×1.6=803kbps。
表1配电线路信息监测典型业务参数表。
。
一种配电线路信息监测业务通信流量预测方法,方法流程如图1所示,该方法包括如下步骤。
步骤1:按照信息监测周期获取配电线路信息监测业务数据时间序列。
按照配电线路信息监测业务数据传输特性,以时间T划分信息监测流量数据周期;以周期T为采集长度和单位时间1秒为采集时间间隔,统计信息监测业务到达变电站通信节点的数据比特数目构成流量数据序列;反复进行M次数据统计得到M个流量数据序列作为流量预测基础数据。
配电线路信息监测典型业务场景如图2所示,实例中通过统计某省信息监测业务到达35kV变电站通信节点的数据比特数目构成流量数据序列,取周期T=600秒,M=10;反复进行10次数据统计得到10个流量数据序列作为流量预测基础数据,如图3所示。
步骤2:直方图法统计获取信息监测业务流量数据序列的概率分布。
设流量数据序列的序号集合为IDSet={1,2,…,M},以获取的M个流量数据序列作为概率统计的样本原始数据源。对于序号i(i∈IDSet)流量数据序列,以单位时间1秒为概率统计单位,按照直方图统计方法获取流量数据序列的概率分布如下公式所示:Pi(N=n),其中n为单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务数据比特数目,即业务流量,单位为bps;N∈Z+( Z+为正整数集合)为单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务数据比特数目,对应概率分布的自变量。依次对流量数据序列进行概率分布统计计算操作,则M个流量数据序列对应概率分布构成序列概率分布集合{ Pi(N=n)} (i∈IDSet)。
步骤3:采用最小二乘法估计流量数据序列的泊松到达参数。
对于序号i(i∈IDSet)的流量数据序列,对应的序列概率分布Pi(N=n),采用最小二乘法参数估计策略,按照以下公式对流量数据序列泊松流量模型的到达参数λi进行估计。
Pi(N=n)=e- λ i(λi)n/n! 。
其中λi是泊松流量分布模型到达参数,代表单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务的数据比特数的数学期望E(x),即平均业务流量,单位为bps。
依次对每个序列进行以上参数估计操作,可以获取M个流量数据序列对应的泊松流量模型到达流量参数λi,构成泊松到达参数集合LamdaSet ={λi}。
实例中对图3中预测基础数据进行泊松流量模型到达流量参数λ进行估计,单位为kbps;获得泊松到达参数集合LamdaSet,包含10个估计值,如表2所示。
表2泊松流量模型流量到达参数估计值表。
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
参数 | 654.76 | 592.50 | 605.87 | 401.95 | 659.33 | 483.94 | 447.57 | 588.02 | 510.17 | 676.46 |
步骤4:通过正态分布置信区间剔除流量数据序列的泊松到达参数异常值。
以流量数据序列的到达参数集合LamdaSet中参数λi为自变量,构造正态分布曲线Norm(μ,δ),其中正态分布的均值和方差参数分别按照μ=E(λi)和δ=var(λi)计算。设置信区间为[μ-2*δ,μ+2*δ],将在置信区间外的到达参数值从LamdaSet集合中去除,实现到达流量参数异常值的剔除操作,得到最优泊松到达参数待选集合validSet={λj},其中λj∈[μ-2*δ,μ+2*δ]。
实例中由表2中数据可得μ=E(λi)=518.57,δ=var(λi)=65.90;置信区间为[386.77,650.38],如图3所示,参数估计值中三个值(654.76,659.33,676.46)因在置信区间外而予以剔除;获得最优泊松到达参数待选集合validSet,包含7个可选估计值,如表3所示。
表3最优泊松到达参数估计值表。
序号 | 2 | 3 | 4 | 6 | 7 | 8 | 9 |
参数 | 592.50 | 605.87 | 401.95 | 483.94 | 447.57 | 588.02 | 510.17 |
步骤5:采用中值排序法选择流量数据序列的最优泊松到达参数。
对最优泊松到达参数待选集合validSet中的元素λj(j=1,…,q)进行升序排序操作,得到λ1<λ2<…<λmid<…<λq-1 <λq,其中λmid为中间值;选取λmid为信息监测业务流量数据序列的最优泊松到达参数λopt。实例中如表3中所示可选估计值进行排序操作,401.95<447.57<483.94<λmid=510.17<588.02<592.50<605.87,获得最优泊松到达参数λopt=510.17,即预测的平均流量为510.17kbps。
步骤6:按照排队论模型计算配电线路信息监测业务流量。
以最优泊松到达参数λopt作为业务流量预测的排队论模型的到达速率,给定配电线路信息监测业务的最大延迟要求TDelay秒,按照以下排队论模型公式计算满足业务延迟要求的业务流量B。
B=λopt+1/TDelay
。
将B作为配电线路信息监测业务流量预测值。当通信节点业务流量带宽配置为B时,能够满足业务的延迟服务质量要求。
实例中配电线路信息监测业务最大延迟要求TDelay=0.1s,本方法预测的平均流量λopt=510.17kbps,因此可计算出B=520.17kbps。电力现行弹性系数直观预测法的预测流量为803kbps,因此本方法与弹性系数直观预测法相比较,更接近业务净流量502kbps。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:按照信息监测周期获取配电线路信息监测业务数据时间序列;
步骤2:直方图法统计获取信息监测业务流量数据序列的概率分布;
步骤3:采用最小二乘法估计流量数据序列的泊松到达参数;
步骤4:通过正态分布置信区间剔除流量数据序列的泊松到达参数异常值;
步骤5:采用中值排序法选择流量数据序列的最优泊松到达参数;
步骤6:按照排队论模型计算配电线路信息监测业务流量。
2.根据权利要求1所述的配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,所述按照信息监测周期获取配电线路信息监测业务数据时间序列的步骤中,按照配电线路信息监测业务数据传输特性,以时间T划分信息监测流量数据周期;以周期T为采集长度和单位时间1秒为采集时间间隔,统计信息监测业务到达变电站通信节点的数据比特数目构成流量数据序列;反复进行M次数据统计得到M个流量数据序列作为流量预测基础数据。
3.根据权利要求1所述的配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,所述直方图法统计获取信息监测业务流量数据序列的概率分布的步骤中,设流量数据序列的序号集合为IDSet={1,2,…,M},以获取的M个流量数据序列作为概率统计的样本原始数据源;对于序号i(i∈IDSet)流量数据序列,以单位时间1秒为概率统计单位,按照直方图统计方法获取流量数据序列的概率分布如下公式所示:Pi(N=n),其中n为单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务数据比特数目,即业务流量,单位为bps,N∈Z+( Z+为正整数集合)为单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务数据比特数目,对应概率分布的自变量;依次对流量数据序列进行概率分布统计计算操作,则M个流量数据序列对应概率分布构成序列概率分布集合{ Pi(N=n)} (i∈IDSet)。
4.根据权利要求1所述的配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,所述采用最小二乘法估计流量数据序列的泊松到达参数的步骤中,对于序号i(i∈IDSet)的流量数据序列,对应的序列概率分布Pi(N=n),采用最小二乘法参数估计策略,按照以下公式对流量数据序列泊松流量模型的到达参数λi进行估计:
Pi(N=n)=e- λi(λi)n/n!
其中λi是泊松流量分布模型到达参数,代表单位时间1秒内到达通信节点的信息监测业务的数据比特数的数学期望E(x),即平均业务流量,单位为bps;
依次对每个序列进行以上参数估计操作,可以获取M个流量数据序列对应的泊松流量模型到达流量参数λi,构成泊松到达参数集合LamdaSet ={λi}。
5.根据权利要求1所述的配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,所述通过正态分布置信区间剔除流量数据序列的泊松到达参数异常值的步骤中,以流量数据序列的到达参数集合LamdaSet中参数λi为自变量,构造正态分布曲线Norm(μ,δ),其中正态分布的均值和方差参数分别按照μ=E(λi)和δ=var(λi)计算;设置置信区间为[μ-2*δ,μ+2*δ],将在置信区间外的到达参数值从LamdaSet集合中去除,实现到达流量参数异常值的剔除操作,得到最优泊松到达参数待选集合validSet={λj},其中λj∈[μ-2*δ,μ+2*δ]。
6.根据权利要求1所述的配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,所述采用中值排序法选择流量数据序列的最优泊松到达参数的步骤中,对最优泊松到达参数待选集合validSet中的元素λj(j=1,…,q)进行升序排序操作,得到λ1<λ2<…<λmid<…<λq-1 <λq,其中λmid为中间值;选取λmid为信息监测业务流量数据序列的最优泊松到达参数λopt。
7.根据权利要求1所述的配电线路信息监测业务通信流量预测方法,其特征在于,所述按照排队论模型计算配电线路信息监测业务流量的步骤中,以最优泊松到达参数λopt作为业务流量预测的排队论模型的到达速率,给定配电线路信息监测业务的最大延迟要求TDelay秒,按照以下排队论模型公式计算满足业务延迟要求的业务流量B:
B=λopt+1/TDelay ;
将B作为配电线路信息监测业务流量预测值,当通信节点业务流量带宽配置为B时,能够满足业务的延迟服务质量要求。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161012 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |