基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法

余向前

(國網(wǎng)甘肅省電力公司, 甘肅,蘭州 730030)

0 引言

隨著用電量的日益增加，電力企業(yè)的電能質(zhì)量、供電可靠性、客戶服務(wù)的質(zhì)量也有待提高。電力營銷是指在不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境中，電力企業(yè)以滿足客戶消費(fèi)需求為目的，通過一系列與市場(chǎng)有關(guān)的經(jīng)營活動(dòng)，為電力客戶提供相關(guān)電力產(chǎn)品及服務(wù)從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)營運(yùn)目標(biāo)的行為[1]。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力企業(yè)引入了信息化管理方式對(duì)電力營銷數(shù)據(jù)實(shí)施科學(xué)、有效地管理，從而緩解電力供需矛盾。而在這一過程中，實(shí)現(xiàn)高效的電力營銷數(shù)據(jù)共享至關(guān)重要，直接關(guān)系到電力企業(yè)信息管理的效果[2]。

因此，提高電力營銷數(shù)據(jù)的共享性、安全性和高效性，特別是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電力營銷數(shù)據(jù)共享，是一個(gè)值得探討的問題。以往電力營銷數(shù)據(jù)之間的共享主要依靠局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)[3]，與其他供電公司、電力管理站之間的數(shù)據(jù)共享主要利用傳感通信、電子郵件的方式，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享過程效率低。針對(duì)這種問題，相關(guān)學(xué)者開展了關(guān)于電力營銷數(shù)據(jù)共享方法的研究。目前常用的方法主要有基于網(wǎng)格技術(shù)的電力企業(yè)數(shù)據(jù)共享方法[4]、基于VPN技術(shù)的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法[5]。其中，基于網(wǎng)格技術(shù)的電力企業(yè)數(shù)據(jù)共享方法利用簡(jiǎn)單、易懂的標(biāo)簽標(biāo)記數(shù)據(jù)，然后利用結(jié)構(gòu)化方法處理非結(jié)構(gòu)化信息，并對(duì)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享。基于VPN技術(shù)的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法主要對(duì)共享數(shù)據(jù)價(jià)目進(jìn)行傳輸，在公網(wǎng)上傳輸私有數(shù)據(jù),達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的安全級(jí)別，從而利用公網(wǎng)構(gòu)建VPN，建立起私有傳輸通道，以實(shí)現(xiàn)營銷數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離共享。上述兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享，但是數(shù)據(jù)共享過程花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致共享效率較低。

為此，本研究設(shè)計(jì)一種基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法。ZigBee主要以一個(gè)個(gè)獨(dú)立的工作節(jié)點(diǎn)為依托，通過無線通信可以組成星狀、樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，具有復(fù)雜度低、功耗低和成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此將其應(yīng)用到電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享中。實(shí)驗(yàn)證明，在不同數(shù)據(jù)量的共享中，該方法的共享時(shí)間都低于傳統(tǒng)的兩種共享方法，可應(yīng)用意義強(qiáng)。

1 電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法設(shè)計(jì)

1.1 電力營銷共享數(shù)據(jù)集成處理

一般來說，待共享的電力營銷數(shù)據(jù)來自不同的異構(gòu)系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就存在各不相同的情況。若不事先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理，就會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)的多樣性和異構(gòu)性而形成信息孤島問題[6],因此需對(duì)待共享數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理，將來自于不同部門、不同層次和不同需求的信息數(shù)據(jù)集成到一起以便與后期的數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)集成過程如圖1所示。

圖1 異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成過程

數(shù)據(jù)集成過程共分為3個(gè)步驟，分別為分析數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)清洗與重復(fù)數(shù)據(jù)沖突檢測(cè)。

其中，分析數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)集成的前提與基礎(chǔ)，即確定共享數(shù)據(jù)的來源。數(shù)據(jù)分析主要是對(duì)數(shù)據(jù)派生，數(shù)據(jù)派生主要是獲取共享數(shù)據(jù)的相關(guān)信息[7]。數(shù)據(jù)派生過程表達(dá)式如下：

S=FG+q

(1)

式中，F(xiàn)代表共享數(shù)據(jù)的屬性值，G代表共享數(shù)據(jù)的模式，q代表共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)取值區(qū)間。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗。數(shù)據(jù)清洗分為異常數(shù)據(jù)檢測(cè)和重復(fù)數(shù)據(jù)清理兩部分[8]。異常數(shù)據(jù)檢測(cè)過程的表達(dá)式如下：

W=R×d-u

(2)

式中，R代表共享數(shù)據(jù)屬性值周圍的值，u代表屬性值標(biāo)準(zhǔn)差，d為共享數(shù)據(jù)的置信區(qū)間。

重復(fù)數(shù)據(jù)清洗是指將共享數(shù)據(jù)中兩條記錄在所有的屬性上值都相同的數(shù)據(jù)去除，首先對(duì)共享數(shù)據(jù)初步聚類，然后對(duì)共享數(shù)據(jù)檢測(cè)[9-10]，判斷兩條記錄是否是重復(fù)的，因此考慮記錄匹配的問題，此次研究還用計(jì)算字段相似度的方式解決，其過程表達(dá)式如下：

N=f×oK

(3)

式中，K代表相似度閾值，f代表共享數(shù)據(jù)字段匹配參數(shù)，o代表共享數(shù)據(jù)數(shù)量。

最后對(duì)共享數(shù)據(jù)沖突檢測(cè)，目的是保證共享的數(shù)據(jù)中每條記錄都代表不同的實(shí)體信息[11]，將檢測(cè)出的重復(fù)記錄合并，以完成數(shù)據(jù)清洗。通過重復(fù)數(shù)據(jù)清洗，能夠?qū)⑾嗨频膬蓷l記錄合并，準(zhǔn)確反應(yīng)共享對(duì)象實(shí)體的信息。

通過上述步驟完成共享數(shù)據(jù)的集成，可減少后續(xù)的數(shù)據(jù)共享時(shí)間。

1.2 電力營銷遠(yuǎn)距離共享數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

由于集成后的共享數(shù)據(jù)中包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等不同類別的數(shù)據(jù)信息，因此在上述電力營銷共享數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上構(gòu)建電力營銷遠(yuǎn)距離共享數(shù)據(jù)庫，目的是提高數(shù)據(jù)共享的訪問速度。電力營銷遠(yuǎn)距離共享數(shù)據(jù)庫構(gòu)建過程如圖2所示。

圖2 電力營銷遠(yuǎn)距離共享數(shù)據(jù)庫構(gòu)建過程

其中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要指需要實(shí)時(shí)共享的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享要求能夠迅速反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)[12]，因此其傳輸與處理速度的優(yōu)先級(jí)是最高的。處理實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)的過程表達(dá)式為：

B=PU+Y

(4)

式中，P代表報(bào)警信息，U代表共享事件順序，Y代表實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)的內(nèi)存映射機(jī)制。

歷史數(shù)據(jù)指電力營銷數(shù)據(jù)的存盤記錄[13]，主要為數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)、顯示與瀏覽等提供依據(jù)。關(guān)于歷史電力營銷共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫建立主要基于內(nèi)存文件映射的方式。內(nèi)存文件映射是指將歷史的共享文件內(nèi)容與虛擬地址空間的部分區(qū)域關(guān)聯(lián)起來[14]形成歷史營銷共享數(shù)據(jù)的映射數(shù)據(jù)庫,內(nèi)存映射原理如圖3所示。

圖3 內(nèi)存映射原理

通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間的共享提供了最方便的途徑，從而減少數(shù)據(jù)共享時(shí)間。

1.3 電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享的實(shí)現(xiàn)

在上述電力營銷共享數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享需求和通信規(guī)約，建立基于IEEE 802.15.4協(xié)議[14-15]的ZigBee，實(shí)現(xiàn)電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享。基于IEEE 802.15.4協(xié)議的ZigBee數(shù)據(jù)共享流程如圖4所示。

利用ZigBee中的數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)電力營銷數(shù)據(jù)的雙向傳輸。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)采集終端中的每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)本身還能夠作為網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)中繼點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理，并在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)調(diào)整發(fā)射功

圖4 基于IEEE 802.15.4協(xié)議的ZigBee數(shù)據(jù)共享流程

率、路由，自動(dòng)重新建立路由網(wǎng)絡(luò)，刷新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息。

通過ZigBee中的集中器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。集中器為ZigBee中唯一的協(xié)調(diào)器，即使在數(shù)據(jù)共享中出現(xiàn)故障，也可自動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率與路由，搜索無線頻道，然后重新建立共享網(wǎng)絡(luò)，刷新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息，并依據(jù)應(yīng)用層協(xié)議向指定的目的節(jié)點(diǎn)定向發(fā)送數(shù)據(jù)。

最后通過ZigBee中的中繼器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)重新建立網(wǎng)絡(luò)并刷新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息，實(shí)現(xiàn)電力營銷數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，以此完成電力營銷數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離共享。

基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享框架如圖5所示。

圖5 基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享框架

2 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為檢驗(yàn)基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法的有效性，設(shè)計(jì)如下仿真實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)采用統(tǒng)計(jì)分析的方法，利用C#語言編寫數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，隨機(jī)選取某電力公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

為突出檢驗(yàn)結(jié)果的有效性，將傳統(tǒng)的基于網(wǎng)格技術(shù)的電力企業(yè)數(shù)據(jù)共享方法和基于VPN技術(shù)的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法與基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法進(jìn)行性能對(duì)比，對(duì)比在不同共享數(shù)據(jù)量下，3種方法的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享時(shí)間。

2.1 1 000條電力營銷數(shù)據(jù)的共享時(shí)間對(duì)比

在1 000條電力營銷數(shù)據(jù)中，包含用戶個(gè)人信息數(shù)據(jù)150條、用戶用電類別數(shù)據(jù)100條、用戶信用數(shù)據(jù)50條、用電設(shè)備信息200條、用電行業(yè)60條、電價(jià)80條、歷史交易數(shù)據(jù)200條、營業(yè)廳數(shù)據(jù)60條、停電數(shù)據(jù)100條。不同方法完成數(shù)據(jù)共享的耗時(shí)情況如表1所示。

表1 不同方法對(duì)1 000條電力營銷數(shù)據(jù)的共享用時(shí)對(duì)比

分析表1可知，在共享數(shù)據(jù)量為1 000條時(shí)，3種方法的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享時(shí)間的差距在30 min之內(nèi)。通過對(duì)比可知，在每個(gè)類別的電力營銷數(shù)據(jù)共享閥方面，基于ZigBee的共享方法均比基于網(wǎng)格技術(shù)的共享方法和基于VPN技術(shù)的共享方法的共享時(shí)間短。

2.2 5 000條電力營銷數(shù)據(jù)的共享時(shí)間對(duì)比

在5 000條電力營銷數(shù)據(jù)中，包含用戶個(gè)人信息數(shù)據(jù)450條、用戶用電類別數(shù)據(jù)350條、用戶信用數(shù)據(jù)500條、用電設(shè)備信息450條、用電行業(yè)600條、電價(jià)580條、歷史交易數(shù)據(jù)220條、營業(yè)廳數(shù)據(jù)850條、停電數(shù)據(jù)1 000條。不同方法完成數(shù)據(jù)共享的耗時(shí)情況如表2所示。

表2 不同方法對(duì)5 000條電力營銷數(shù)據(jù)的共享用時(shí)對(duì)比

分析表2可知，當(dāng)待共享數(shù)據(jù)條目由1 000條增加到5 000后，3種共享方法的共享時(shí)間均有增加的趨勢(shì)。但基于ZigBee的共享方法的共享用時(shí)依舊少于基于網(wǎng)格技術(shù)的共享方法和基于VPN技術(shù)的共享方法，可將共享時(shí)間控制在60 min之內(nèi)。

2.3 10 000條電力營銷數(shù)據(jù)的共享時(shí)間對(duì)比

在10 000條電力營銷數(shù)據(jù)中，包含用戶個(gè)人信息數(shù)據(jù)1 200條、用戶用電類別數(shù)據(jù)900條、用戶信用數(shù)據(jù)2 300條、用電設(shè)備信息2 400條、用電行業(yè)710條、電價(jià)1 200條、歷史交易數(shù)據(jù)500條、營業(yè)廳數(shù)據(jù)390條、停電數(shù)據(jù)400條。不同方法完成數(shù)據(jù)共享的耗時(shí)情況如表3所示。

表3 不同方法對(duì)10 000條電力營銷數(shù)據(jù)的共享用時(shí)對(duì)比

分析表3可知，基于ZigBee的共享方法在數(shù)據(jù)共享上的用時(shí)比基于網(wǎng)格技術(shù)的共享方法少56 min，比基于VPN技術(shù)的共享方法少49 min。

將此次結(jié)果與在1 000條與5 000條數(shù)據(jù)共享時(shí)間對(duì)比可知，基于ZigBee的共享方法的共享時(shí)間雖然呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是花費(fèi)的時(shí)間始終少于兩種傳統(tǒng)方法。

因此，通過上述實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明，本研究設(shè)計(jì)的基于ZigBee的電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法的共享用時(shí)更短，說明該方法的共享效率更高，證明了該方法具備很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。

3 總結(jié)

為有效地提高電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享效果、提高電力企業(yè)對(duì)營銷數(shù)據(jù)的管理及應(yīng)用能力，本研究基于ZigBee設(shè)計(jì)了電力營銷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離共享方法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。

雖然此次對(duì)電力營銷數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離共享問題展開了研究，并取得了有效成果，但該方法仍然存在一些需要改進(jìn)和完善的地方：

第一，路由架設(shè)問題。由于城市障礙物與環(huán)境噪聲的影響，會(huì)導(dǎo)致ZigBee信號(hào)不能正常發(fā)送到目的地，從而出現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)不能按時(shí)共享的問題。因此在后續(xù)研究中，需要確定是否需要架設(shè)路由器，以此來保證數(shù)據(jù)共享的安全性；

第二，電力營銷數(shù)據(jù)共享是一項(xiàng)較為龐大的工程，涉及的內(nèi)容也非常廣泛,但是此次的研究?jī)H從一個(gè)時(shí)間角度研究了數(shù)據(jù)共享問題，在下一步的研究中將做更深入的探索。