遺傳算法對臺區寬帶載波通信信息采集安全的優化分析

柴方程 蘇文德 劉曉騰 陳志源

（廣東電網有限責任公司云浮供電局，廣東云浮527400）

0 引言

目前，寬帶載波通信在臺區智能電表中得到廣泛應用，其具有抗串擾能力強、實時監控的特點。然而，大量寬帶載波通信信息的采集，會產生冗余信息、無用信息，嚴重降低信息采集效率，提高信息采集錯誤率。

本文以臺區寬帶載波通信為例，分析遺傳算法對信息采集安全的優化，促進電表集抄及智能臺區信息安全水平的提高[1]。

1 臺區寬帶載波通信信息采集安全問題的描述

（1）假設臺區寬帶載波通信信息采集中M為信息采集指標集合，不同信息采集指標對應不同的寬帶載波通信項，而且各個信息采集指標所處的電表和臺區其他設備（低壓斷路器、測控裝置）的ID不相同。

（2）如果N為寬帶載波通信項，i為抄表項編號，j為電表ID，k為低壓斷路器，l為監測裝置，m為智能終端，那么信息采集項可以描述為Ni，j，k，l，m，（i，j，k，l，m=1，2，…，n，n為自然數）。

（3）以安全性作為單位，將同一臺區中的類似項目、采集難度、延遲要求的客戶劃歸到一個臺區寬帶載波通信信息采集的安全性內[2]。

（4）臺區寬帶載波通信信息采集中任何寬帶載波通信項的電表和臺區其他設備ID均由該臺區的信息采集中心編排，由于安全性、準確率的約束，要求電表和臺區其他設備ID遵循一定的順序。

（5）臺區寬帶載波通信信息采集任意寬帶載波通信項均有時間和安全性要求，同一寬帶載波通信項的信息采集時間和安全性相同。

（6）臺區寬帶載波通信信息采集中將干擾性納入采集安全中，計算公式為：

式中：P為抗干擾能力；x為信息加密程度；y為通信時間；z為通信距離；ζ為干擾調整系數。

加強基本管理制度建設。在前期公司內控制度體系建設工作的基礎上，進一步查漏補缺，形成符合公司所處行業特點，滿足公司上市要求，具有實際可操作性、指導性的基本管理制度。

（7）假設所有寬帶載波通信項N在臺區寬帶載波通信信息采集前均被設置。

2 改進遺傳算法描述

2.1 改進遺傳算法的構造

假設在信息安全性為Tk的條件下，目前寬帶載波通信項數值由原始狀態i向優化狀態j方向轉變，那么干擾或丟失概率Pt=exp[f（i）-f（j）/Tk]。如果Pt值介于0～1，則保持當前數值不變，維持原始狀態i；否則，向狀態j變換（注：如果兩種狀態均不存在，則默認為當前狀態i）。

在退火模擬算法的Metropolis接受準則下，Pt對應的轉變概率Pq為：

2.2 遺傳算子設計

2.2.1 寬帶載波通信項編碼

用改進遺傳算法計算臺區寬帶載波通信信息采集安全問題，要先分析電表間的關系，構建寬帶載波通信項的序列。假設每個用戶擁有o個寬帶載波通信項、r個信息采集指標，每個寬帶載波通信項的編碼為Ni，j，k，l，m，數學描述為

2.2.2 準確度設計

臺區寬帶載波信息安全的適應度函數取0.001，以達到智能集抄系統及低壓可視化系統的準確性要求。寬帶載波通信項的理論值與實際值的吻合程度，就是適應度函數的作用結果。所以，寬帶載波通信項的理論值與實際值之間要設定懲罰閾值。本文是在信息傳輸效率的基礎上，減少傳輸延遲，最大程度地達到理論值與實際值的吻合，所以其適應度函數公式如下：

式中：Fk為實際值；ζ為調節系數；t1為最終傳輸值；ti為理論值。

2.2.3 抗干擾設計

干擾包括外界干擾Pc、內部干擾Pm，兩者對信息傳輸結果產生綜合作用，也是影響臺區寬帶載波通信信息采集安全的因素。當Pc值越大，則臺區寬帶載波通信信息采集的干擾程度越大；Pm值越小，信息的丟失率越低。遺傳算法中容易將Pc與Pm值混合，如何有效區別兩個數值，就要借助退火模擬算法設定局部極值的控制閾值，最終得到兩個極值的綜合結果。Pc與Pm的數學描述如下：

式中：Ni，j，k，l，m為寬帶載波通信項的編碼；fmin為各個信息源寬帶載波通信項集合的精度；fmg為整個臺區寬帶載波通信項的精度；fc為信息的抗干擾性。

2.3 改進遺傳算法的操作步驟

臺區寬帶載波信息通信安全的優化步驟：

（1）設置初始寬帶載波通信項個數Popsize，以及外部干擾Pc、內部干擾性Pm，寬帶載波通信項編碼Ni，j，k，l，m，以及最準確的傳輸方案Sch和最短傳輸時間的方案Total。

（2）判斷遺傳算法迭代的終止條件，如果符合則終止計算。

（3）依據Metropolis接受準則設定信息丟失和干擾概率，調整信息采集方案，并對其再次進行干擾、延遲的概率運算。依據Metropolis接受準則找到最優的信息采集方案。

（4）分別將準確傳輸方案存入Sch，最短傳輸時間方案存入Total。

（5）轉到步驟（3），進行反復計算。（6）輸出最優解，結束本運算。

3 仿真結果

3.1 改進遺傳算法結果

為考察改進遺傳算法對臺區寬帶載波通信信息采集安全的優化程度，進行MATLAB計算。設定信息采集準確性、丟失、干擾等精度參數，進行相應算法分析，得到的結果如表1所示。

表1 改進遺傳算法的結果[Popsize（n=50）]

3.2 改進遺傳算法與傳統遺傳算法比較

基于改進遺產算法的臺區寬帶載波通信信息采集的安全性（丟失、抗干擾）更優，優于傳統遺傳算法，說明基于改進遺產算法的臺區寬帶載波通信信息采集的安全性并不隨迭代次數的增加而降低。

4 結語

在遺傳算法與模擬退火算法聯合下，得到改進遺傳算法。改進遺傳算法對臺區寬帶載波通信信息采集的安全性與準確性具有較好的優化作用，能降低實時采集過程中的冗余數據、無關數據的干擾，為智能集抄系統及低壓可視化系統正常運行奠定了基礎。