风电场数据传输的通信优化方法及系统与流程

本发明涉及通信网络，尤其涉及风电场数据传输的通信优化方法及系统。

背景技术：

1、随着风电行业向数字化、智能化方向快速发展，风电场对数据传输的实时性、可靠性和完整性提出了更高要求，风电场通常地处偏远、地形复杂，风机分布范围广，每台风机需向集控中心实时上传功率、转速、温度、振动等运行数据，同时接收调度下发的控制指令。当前风电场普遍采用光纤环网作为主用通信链路，同时辅以4g/5g无线网络或载波通信作为备用链路，形成主备双链路通信架构，传统切换方式采用先断后连的硬切换模式，即检测到主链路中断后才开始建立备份链路连接，切换决策主要依据主链路的信号强度或误码率。

2、当主链路发生劣化或中断时，系统需要将数据传输切换至备份链路。然而，现有通信切换机制存在以下技术缺陷：

3、链路产生异常需要进行切换时，在切换完成前，传输中的数据包因无缓冲机制被直接丢弃，造成数据不连续，导致备用链路会丢失相对应的数据，造成数据传输过程中的数据丢失；在进行链路监测时，链路质量监测与切换决策相互独立，链路质量监测模块仅记录信号强度、误码率参数，但未将其与切换阈值、数据优先级、业务影响进行关联分析，切换决策则依赖简单的通断检测或固定阈值，缺乏对链路劣化趋势的预测能力，无法在信号完全中断前预判并执行平滑切换。

4、针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明采用了如下技术方案：风电场数据传输的通信优化方法，包括以下步骤：

2、步骤一：通过在风电场数据传输时，建立主通信链路和备份通信链路的双链路，并进行数据采集，分别提取主链路的实时信号强度与备份链路的误码率分布，生成主链路质量参数序列与备份链路质量参数序列；

3、步骤二：对主链路质量参数序列进行时序演化分析，计算信号强度衰减的变化趋势和加速度，生成主链路质量劣化轨迹，预测主链路从健康状态衰减至失效阈值的剩余寿命窗口，并将剩余寿命窗口与预设安全边界进行对比，生成链路切换标志；

4、步骤三：获取备用通信链路质量参数序列中信噪比特征，提取超过可用阈值的信噪比特征时间点，将时间点与链路切换标志的有效时间窗口进行联合分析，当两个条件在时间轴上重叠时，输出双链路数据传输的确定性切换信号；

5、步骤四：根据确定性切换信号进行数据传输切换，使关键数据包在主链路与备份链路上并发传输，基于传输的序列号与时间点进行数据接收和去重，生成序列号对齐状态报告与切换对接传输数据结果；

6、步骤五：双链路数据传输的确定性切换信号过程中，依据切换时间点、主链路质量劣化轨迹、对提取的备份链路信噪比特征时间点，以及序列号对齐状态报告进行时序关联，构建包含切换事件序号、切换前主链路质量衰减特征、切换中备份链路信噪比演变序列、切换后序列号连续区间的切换事件关联数据链。

7、进一步的，建立主通信链路和备份通信链路的双链路，并进行数据采集，分别提取主链路的实时信号强度与备份链路的误码率分布，生成主链路质量参数序列与备份链路质量参数序列，具体过程如下：

8、在风机边缘网关配置光纤模组和通信模组，分别建立主用光纤链路和备用无线链路，两条链路与集控中心前置机保持常连接；

9、实时读取主用光纤链路的接收光功率值，表示当前信号强度，经滑动平均滤波处理后，得到平滑后的信号强度序列，按时间顺序存储于环形缓冲区中，形成主链路质量参数序列；

10、实时读取无线链路的物理层参数，包括信噪比、参考信号接收功率、误码率，连续采集形成时间序列，计算单位时间窗口内的误码率统计分布，生成备份链路质量参数序列；

11、将主链路质量参数序列和备份链路质量参数序列按时间戳进行最近邻对齐，形成双链路同步质量数据集，每个数据记录包含时间戳、主链路信号强度、备份链路信噪比、备份链路误码率。

12、进一步的，对主链路质量参数序列进行时序演化分析，计算信号强度衰减的变化趋势和加速度，生成主链路质量劣化轨迹，具体过程如下：

13、对采集的主链路信号强度序列进行中值滤波去除异常跳变预处理后，形成等时间间隔的连续序列；

14、设置三个提取窗口、短时间窗口t-1、中时间窗口t-2以及长时间窗口t-3，以当前时间点t为提取窗口节点进行线性回归计算，生成短时窗口衰减速度、中时窗口衰减速度 、长时窗口衰减速度，进行加权融合后得到信号强度衰减速度；

15、对连续三个时间点的衰减速度序列进行线性拟合，得到衰减加速度，以时间为横轴、信号强度为纵轴，生成劣化轨迹曲线，标注劣化起始点、衰减加速点、衰减拐点，输出包含时间戳、信号强度、衰减速度、衰减加速度及关键点标记的轨迹数据，生成主链路质量劣化轨迹曲线。

16、进一步的，预测主链路从健康状态衰减至失效阈值的剩余寿命窗口，并将剩余寿命窗口与预设安全边界进行对比，生成链路切换标志，具体过程如下：

17、根据预置的主链路失效阈值，计算当前信号强度与失效阈值的差值δp，若δp≤0则触发紧急切换标志；

18、从劣化轨迹中提取当前信号强度 、衰减速度和加速度，采用运动学公式预测信号强度降至各级失效阈值的时间，得到剩余寿命窗口；

19、将剩余寿命窗口与预设安全边界对比，输出标志类型、预测剩余寿命窗口。

20、进一步的，将时间点与链路切换标志的有效时间窗口进行联合分析，当两个条件在时间轴上重叠时，输出双链路数据传输的确定性切换信号，具体过程如下：

21、根据备份链路质量参数序列，提取信噪比超过预置的可用阈值的时间点，信噪比可用阈值根据备份链路类型动态设定；

22、将信噪比首次持续超过可用阈值的时间点记为起始点，以保持不点的时间点为稳定点，将起始点与稳定点构成备份链路有效时间窗口；

23、从链路切换标志中提取预测剩余寿命窗口，以当前时刻为基准生成切换标志有效时间窗口；

24、将备份链路可用性时间窗口与切换标志有效时间窗口统计到同一时间轴上进行重叠度分析，当两个时间窗口存在重叠区间时，重叠长度大于预设最小重叠时长时，输出确定性切换信号，包含建议切换时刻和切换有效期，若超时未满足条件则触发强制切换信号。

25、进一步的，根据确定性切换信号进行数据传输切换，使关键数据包在主链路与备份链路上并发传输，基于传输的序列号与时间点进行数据接收和去重，生成序列号对齐状态报告与切换对接传输数据结果，具体过程如下：

26、将标记为关键数据包的数据同时复制两份，一份通过主链路发送，另一份通过备份链路发送，确定性切换信号触发后，启动渐进式比例调整，以预设步长逐步将数据流从主链路迁移至备份链路；

27、在结构数据过程中根据设置的接收滑动时段，当从任一链路接收到数据包时，依据接收滑动时段的范围提取序列号，每个数据包的接收链路标识、接收时间戳、序列号与发送时间戳的差值，生成序列号对齐状态报告；

28、切换完成后，整合本次切换过程中的传输统计信息，生成切换对接传输数据结果。

29、进一步的，还包括设置链路状态机与智能告警过滤器的联动告警抑制机制，具体包括：

30、链路状态机实时监测步骤无缝切换触发信号与数据传输的运行状态，输出标准化链路状态事件，标准化链路状态事件包括：链路劣化事件、切换开始事件、切换结束事件与链路闪断事件；

31、智能告警过滤器接收标准化链路状态事件，当收到切换开始事件后自动开启静默窗口，在静默窗口期内抑制来自切换设备的通信中断类告警，并生成新的告警事件代替原始告警风暴；

32、智能告警过滤器维护故障-通信分离状态机，当收到链路劣化事件但数据仍能正常接收时不产生设备离线告警，仅当双链路同时中断且持续时间超过静默窗口时才判定设备真实离线并触发最高优先级告警；

33、当链路状态机在单位时间窗口内检测到链路闪断事件次数超过预设闪断阈值时，智能告警过滤器生成维护建议告警。

34、风电场数据传输的通信优化系统，包括以下模块：

35、数据获取模块，通过在风电场数据传输时，建立主通信链路和备份通信链路的双链路，并进行数据采集，分别提取主链路的实时信号强度与备份链路的误码率分布，生成主链路质量参数序列与备份链路质量参数序列；

36、传输监测模块，对主链路质量参数序列进行时序演化分析，计算信号强度衰减的变化趋势和加速度，生成主链路质量劣化轨迹，预测主链路从健康状态衰减至失效阈值的剩余寿命窗口，并将剩余寿命窗口与预设安全边界进行对比，生成链路切换标志；

37、传输分析模块，获取备用通信链路质量参数序列中信噪比特征，提取超过可用阈值的信噪比特征时间点，将时间点与链路切换标志的有效时间窗口进行联合分析，当两个条件在时间轴上重叠时，输出双链路数据传输的确定性切换信号；

38、传输切换模块，根据确定性切换信号进行数据传输切换，使关键数据包在主链路与备份链路上并发传输，基于传输的序列号与时间点进行数据接收和去重，生成序列号对齐状态报告与切换对接传输数据结果；

39、传输反馈模块，双链路数据传输的确定性切换信号过程中，依据切换时间点、主链路质量劣化轨迹、对提取的备份链路信噪比特征时间点，以及序列号对齐状态报告进行时序关联，构建包含切换事件序号、切换前主链路质量衰减特征、切换中备份链路信噪比演变序列、切换后序列号连续区间的切换事件关联数据链。

40、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

41、该风电场数据传输的通信优化方法及系统，通过建立主通信链路和备份通信链路的双链路，构建主链路质量参数序列与备份链路质量参数序列，实现对链路之间的监测感知，通过计算信号强度衰减的速度和加速度，生成主链路质量劣化轨迹，能够在链路完全中断前提前识别劣化趋势，将被动响应升级为主动预判，为切换决策争取宝贵的预处理时间，通过多窗口加权融合提高预测精度，根据剩余寿命预测与切换标志生成，为切换时机的判断提供依据，并通过分级安全边界降低切换风险，将主链路剩余寿命窗口与备份链路信噪比可用窗口进行时间轴重叠分析，进行双条件时间轴重叠判决，达到对切换时的承载能力检测目的，根据主链路劣化速度和备份链路信噪比上升趋势动态调整切换时机，快时提前切换与慢时延后切换，实现切换时机与链路实际状态的动态匹配，数据包同时在主备链路并发发送，接收端基于全局序列号进行滑动窗口选收，提高切换过程数据传输的安全性，根据链路劣化速度动态调整，避免瞬时流量切换对备份链路造成的冲击，保障切换期间数据传输的平稳性。