利索能及
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专利号: 2021106259024
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)对城市拓扑进行域的划分,构建城市拓扑,并以此构建传输模型,将供电站(PSS)覆盖域作为城市拓扑的传输终点;

2)无人机检测到产生的电力故障,使用无人机进行电力故障数据传输,基于步骤1)中构建的传输模型,确定多目标优化函数;

3)若电力故障所产生的域不在PSS可覆盖范围域,则基于步骤2)中确定的优化函数使用无人机进行域内传输;

4)为了保证数据传输的安全性和传输性能,对区块链传输的安全性和传输性能进行权衡,确定深度强化学习的状态空间、动作空间和奖励函数,使用改进的近端策略优化训练算法优化共识节点数量和区块大小;

5)基于步骤4)中优化后的区块链参数进行区块链认证,若认证未通过,则记录错误信息,返回错误数据,若认证通过,则使用基于A*算法的双目标多目的地路径优化算法优化路径,基于优化后的路径进行故障数据传输;

6)重复域内传输步骤3)~5)直至传输到PSS覆盖域,使用改进的市场匹配算法选择合适的信号上传子信道优化上传时延;

7)数据上传后进行电力故障的人工检测,并根据故障数据回传奖励。

2.根据权利要求1所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:步骤1)所述构建城市拓扑包括:将城市划分为多个规模相等的域,对于域d而言,d

域d内包含D 个无人机,无人机根据不同的工作模式划分为检测无人机和中继无人机,所有工作无人机的飞行高度和飞行时间固定,每个域包含一个无人机管理站对无人机进行及时调度和充电,PSS负责管理所有的无人机管理站。

3.根据权利要求1或2所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:所述构建的传输模型包括以下步骤:(1)构建通信模型包括:U2M通信模型、U2S通信模型和U2U通信模型,U2M表示无人机与管理站通信,U2U表示无人机与无人机通信,U2S表示无人机与PSS通信;

(2)构建时延模型:故障x的时效性Ax表示为 其中 表示记录时延, 表示传输时延, 表示上传时延;

(3)构建效益模型:通过传输奖励与成本的差值计算得到。

4.根据权利要求3所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:所述U2M通信模型中U2M通信速率 表示为2

其中Bm表示U2M通信的子信道带宽,Γi,d表示信噪比,由pi,d/σ计算得到,pi,d表示占用2

信道的平均接收功率,σ表示高斯白噪声;

在所述U2S通信模型中使用非正交多址访问,通过子信道复用提升故障信号的上传效率;在固定PSS信道带宽为Bs子信道个数为K的情况下,U2S占用子信道k的通信速率 为:2

Γi,s,k表示U2S通信的信干噪比,且 其中σ表示高斯白噪声,pi,s,k表示平均接收功率,Ii,s,k表示子信道k的干扰;

所述U2U通信模型中利用自由空间信道模型对U2U通信进行建模,在无人机信道带宽Bu固定的情况下,U2U信号传输的通信速率 表示为:pi,j表示从无人机i到j的接收功率。

5.根据权利要求3所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:所述记录时延表示为v p

l 和l分别表示记录和处理一段故障视频所需的CPU周期,sx表示无人机i记录的故障信息x的数据大小,fi表示无人机i的计算处理速度。

所述传输时延为

d

在这里,D表示城市内所划分的域的数量,D 表示域内无人机的数量。αx,d表示可达目的地的选择决策变量,βx,d,i,j表示中继无人机的选择决策变量, 表示区块链验证时延,表示无人机i和无人机j之间的飞行时延, 表示U2U通信时延;所述区块链验证时延由块生成时延 和块验证时延 之和计算得到;

所述上传时延为 在这里K为子信道个数,其中γx,j′,k表示信息x在无人机j′选择子信道k上传信息的决策,即γx,j′,k∈{0,1}, 表示无人机j′的U2S通信速率。

6.根据权利要求3所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:所述传输奖励为

b

表示价格因子,φ表示故障信息每比特的基础单位奖励,Ax如上文中所述,为信息x的时效性;sx表示无人机i记录的故障信息x的数据大小;

所述成本表示为

h f e

p表示无人机悬停模式所需的功率,p 表示无人机飞行模式的功率,其中φ 表示单位c t

能耗成本;φ表示处理单位数据所需成本,αx,d为信息x选择域d传输的决策,φ 表示上传数据的单位成本;βd,i,j表示在域d内,信息由无人机i传输给无人机j的决策。

7.根据权利要求1‑6任一项所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:步骤2)构建以最大化传输效益 和最大化传输安全性Hx为目标的优化问题,表示为:

min

C5:γx,j′,kΓx,j′,k≥Γ ,*

C6:D≤D,

C7:0≤ω≤Y,

*

其中,约束C1限制了对安全性的最低要求,其中,D 表示共识节点个数决策,P表示共识min

节点异常概率,H 表示最低安全性阈值;约束C2和C3分别限制了选择传输域和域内中继无人机的决策变量,其中αx,d表示信息x在域d中传输的决策, 表示域的集合;βx,d,i,j表示信息x在域d中由无人机i传输给无人机j的决策, 表示域d中传输设备的集合;约束C4限制了U2S子通道的选择,其中γx,j′,k表示负载信息x的无人机j′选择子信道k的决策,K是子信道个数;约束C5限制了U2S通信需满足的最小信噪比,其中Γx,j′,k表示负载信息x的无人机min

j′选择子信道k通信的信噪比,Γ 表示信噪比应满足的最低阈值;约束C6限制了共识节点*

的上限,其中D 表示共识节点个数决策,D表示共识节点总数;交易决策约束C7保证了交易的数量ω不应超过交易池容量Y;C8限制了区块链验证时通信需要满足的最小吞吐量Tx表示通信时延。

8.根据权利要求7所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:将所述优化问题分解成两个待解决的子问题,子问题P1表示为:s.t.C1,C2,C3,C6‑C8。

即最大化安全性Hx,最小化故障传输延迟 和传输成本 P1旨在保证传输安(1) (2)

全的同时优化跨域信号传输性能,进一步将P1转化成区块链优化P1 和传输路径优化P1两个优化步骤,

s.t.C1,C6‑C8。

s.t.C2,C3。

(1) (2)

P1 旨在最大化安全性Hx的同时最小化区块链验证时延,P1 旨在最小化域内传输时延 和传输成本 子问题P2旨在选择子通道来优化故障信号上传时延 即:s.t.C4,C5。

9.根据权利要求1或8所述基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法,其特征在于:步骤4)所述状态空间包括无人机管理站所采集到的环境状态和初始动作状态,即状态空间 表示为:

st表示时隙t时的状态,Ft表示无人机管理站可用计算资源状态, 表示管理站之间通信速率状态, 表示生成区块的等待时延, 表示时隙t时的共识节点个数决策,ωt表示时隙t时的交易数量决策,时隙t属于 为训练总时长;

所述动作空间 表示为:

在这里at为时隙t的动作,其中 为共识节点数量调整策略, 为区块交易数量调整策略,且

所述奖励函数为:

Zx,d表示成本指标,st表示时隙t时的状态,同理,st+1表示时隙t+1时的状态。