基于图注意力的电力线载波组网方法、装置、设备及介质与流程

本技术涉及电力线通信，尤其涉及基于图注意力的电力线载波组网方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着智能电网的发展，电力线载波通信因能够复用既有电力线缆，已广泛应用于配电台区的通信组网。然而，受非线性负载频繁投切等因素影响，电力线信道容易出现脉冲噪声增强和输入阻抗突变，使通信链路具有较强的时变性和突发性。现有电力线载波组网主要依据丢包、断链等通信结果进行被动重构，且路由决策难以充分利用底层物理信道变化信息，导致系统难以在链路实际失效前及时调整通信路径。

2、现有电力线载波组网方法通常依据确认应答超时、数据包丢失或链路断开等通信结果触发路由重构，难以在输入阻抗突变、脉冲噪声增强等物理信道状态发生异常时提前识别链路劣化趋势，导致通信路径的调整滞后于链路实际失效，容易造成数据传输中断。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于图注意力的电力线载波组网方法、装置、设备及介质，旨在在识别到链路物理信道特征异常时，在通信链路实际失效前完成通信路径的主动重构，降低链路突发失效造成的通信中断风险。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供了一种基于图注意力的电力线载波组网方法，包括：

3、获取电力线载波通信系统每一通信节点的当前通信路径及每一通信链路的物理信道特征，其中，所述电力线载波通信系统包括多个通信节点和多条通信链路；

4、根据所述物理信道特征和预设的异常条件从多个所述通信链路中确定异常通信链路，并从多个所述通信节点中确定所述异常通信链路对应的受影响通信节点并获取所述电力线载波通信系统的网络状态信息；

5、根据所述网络状态信息和各所述通信链路的物理信道特征，确定所述受影响通信节点对应的关联通信节点，并确定所述受影响通信节点及所述关联通信节点分别对应的节点特征及各所述通信链路的边特征；

6、根据所述节点特征和所述边特征，更新所述电力线载波通信系统的历史动态属性图，得到实时动态属性图；

7、将所述实时动态属性图输入预设图注意力网络模型，确定每一所述通信链路对应的连通概率；

8、根据每一所述通信链路对应的连通概率，确定所述受影响通信节点对应的备用通信路径；

9、控制所述受影响通信节点的通信路径从所述当前通信路径切换至所述备用通信路径。

10、本技术通过获取电力线载波通信系统中每一通信节点的当前通信路径及每一通信链路的物理信道特征，能够明确各通信节点当前采用的通信路径，并持续感知各通信链路的物理状态，为异常链路识别及后续路径调整提供基础；根据所述物理信道特征和预设异常条件确定异常通信链路，并进一步确定对应的受影响通信节点及获取网络状态信息，能够及时定位链路异常的影响对象，并获得异常发生时电力线载波通信系统的运行状态；根据所述网络状态信息和物理信道特征确定关联通信节点、节点特征和边特征，能够明确参与备用路径选择的关联节点，并将通信节点的运行状态和通信链路的物理状态转换为适于图结构处理的特征信息；根据所述节点特征和边特征更新历史动态属性图，能够在保留原有网络拓扑关系的基础上形成反映当前节点及链路状态的实时动态属性图；将所述实时动态属性图输入图注意力网络模型以确定各通信链路的连通概率，能够综合通信节点之间的关联关系及通信链路状态，对各通信链路的可用性进行量化评价；根据所述连通概率确定受影响通信节点的备用通信路径，能够为受影响通信节点筛选可靠的替代路径；进一步控制受影响通信节点由当前通信路径切换至备用通信路径，能够在异常通信链路进一步劣化或实际失效前完成通信路径的主动重构，降低链路突发失效造成的通信中断风险，提高电力线载波组网通信的连续性和可靠性。

11、进一步地，历史动态属性图的构建方法包括：

12、获取所述电力线载波通信系统的历史网络状态信息和各所述通信链路的历史物理信道特征；

13、根据所述历史网络状态信息和各所述通信链路的历史物理信道特征，确定各所述通信节点对应的节点特征和各所述通信链路对应的边特征；

14、获取各所述通信节点之间的拓扑连接关系，并根据所述拓扑连接关系，将各所述通信节点映射为图节点，并将各所述通信链路映射为连接相应图节点的图边；

15、将各所述节点特征作为相应图节点的节点属性，并将各所述边特征作为相应图边的边属性，构建所述历史动态属性图。

16、实施上述方案，通过获取电力线载波通信系统的历史网络状态信息和各通信链路的历史物理信道特征，能够获得异常发生前各通信节点及通信链路的状态数据，为建立网络状态基准提供数据基础；根据所述历史网络状态信息和历史物理信道特征确定节点特征和边特征，能够将通信节点的历史运行状态及通信链路的历史物理状态转换为可供图模型处理的特征信息；通过获取各通信节点之间的拓扑连接关系，并将通信节点映射为图节点、将通信链路映射为连接相应图节点的图边，能够在图结构中保留电力线载波通信系统的实际连接关系；进一步将节点特征作为节点属性、将边特征作为边属性，能够构建同时表征历史节点状态、历史链路状态及网络拓扑结构的历史动态属性图，为当前通信路径的确定以及异常发生后的图状态更新提供基础。

17、进一步地，在获取电力线载波通信系统每一通信节点的当前通信路径及每一通信链路的物理信道特征之前，还包括：

18、将所述历史动态属性图输入预设图注意力网络模型，确定各所述通信链路对应的连通概率；

19、根据各所述通信链路对应的连通概率，确定各所述通信链路对应的路由代价；

20、以所述电力线载波通信系统中的中央协调器为根节点，根据各所述通信链路对应的路由代价，确定所述中央协调器至各所述通信节点的目标通信路径；

21、根据各所述目标通信路径构建通信路由树，并将各所述目标通信路径确定为相应通信节点对应的当前通信路径。

22、通过将历史动态属性图输入预设图注意力网络模型，能够基于异常发生前的节点属性、边属性及图连接关系，对各通信链路的连通性进行综合评价，得到各通信链路对应的连通概率；根据所述连通概率确定路由代价，能够将链路连通性评价结果转换为可供路径寻优使用的统一指标；以中央协调器为根节点并根据各通信链路的路由代价确定中央协调器至各通信节点的目标通信路径，能够为各通信节点选择连通性较高的初始通信路径；根据各目标通信路径构建通信路由树，能够形成各通信节点与中央协调器之间的层级通信关系，并降低路径成环的可能性；将各目标通信路径确定为相应通信节点的当前通信路径，能够为通信节点的正常通信以及异常发生后的备用路径切换提供路径基准。

23、进一步地，根据所述网络状态信息和各所述通信链路的物理信道特征，确定所述受影响通信节点及其关联通信节点对应的节点特征和各所述通信链路的边特征，包括：

24、所述网络状态信息包括节点运行信息和链路状态信息；

25、根据所述网络状态信息和各所述通信链路的物理信道特征，确定所述受影响通信节点对应的关联通信节点；

26、从所述网络状态信息中获取所述受影响通信节点及其关联通信节点对应的节点运行信息，并确定所述受影响通信节点及其关联通信节点对应的节点特征；

27、对于每一所述通信链路，从所述网络状态信息中获取该通信链路的链路状态信息，对该通信链路的物理信道特征和链路状态信息进行时间同步和标准化处理，并对处理后的所述物理信道特征和所述链路状态信息进行特征融合，得到该通信链路对应的边特征。

28、实施上述方案，通过将网络状态信息划分为节点运行信息和链路状态信息，能够分别从通信节点和通信链路两个层面描述电力线载波通信系统的当前运行状态；根据网络状态信息和各通信链路的物理信道特征确定受影响通信节点对应的关联通信节点，能够明确与受影响通信节点存在通信关联且可参与后续路径重构的节点范围；从网络状态信息中获取受影响通信节点及关联通信节点的节点运行信息并确定节点特征，能够使节点特征反映相关通信节点当前的运行和数据处理状态；对于每一通信链路获取其链路状态信息，并对物理信道特征和链路状态信息进行时间同步，能够减少不同采集时刻造成的状态偏差；通过标准化处理，能够降低不同类型特征之间量纲及数值范围差异的影响；进一步对处理后的物理信道特征和链路状态信息进行特征融合，能够形成同时反映通信链路底层物理状态和实际通信状态的边特征，提高边特征对链路当前状态的表征完整性。

29、进一步地，根据所述节点特征和所述边特征，更新所述电力线载波通信系统的历史动态属性图，得到实时动态属性图，包括：

30、从所述历史动态属性图中，确定所述受影响通信节点及所述关联通信节点对应的图节点，以及各所述通信链路对应的图边；

31、根据所述受影响通信节点及所述关联通信节点对应的节点特征，更新相应图节点的节点属性；

32、根据各所述通信链路对应的边特征，更新相应图边的边属性，得到所述实时动态属性图。

33、实施上述方案，通过从历史动态属性图中确定受影响通信节点及关联通信节点对应的图节点，能够准确定位需要根据当前节点状态进行更新的图结构对象；通过确定各通信链路对应的图边，能够建立各通信链路的当前边特征与历史动态属性图中相应图边之间的对应关系；根据受影响通信节点及关联通信节点的节点特征更新相应图节点的节点属性，能够使图节点反映异常发生时相关通信节点的当前运行状态；根据各通信链路的边特征更新相应图边的边属性，能够使图边反映各通信链路的当前物理状态和通信状态；由此得到的实时动态属性图能够在保留原有网络拓扑结构的基础上反映异常发生后的节点和链路状态，为重新计算链路连通概率提供更符合当前网络状态的图模型输入。

34、进一步地，将所述实时动态属性图输入预设图注意力网络模型，确定每一所述通信链路对应的连通概率，包括：

35、对于任一所述图节点，确定与该图节点连接的每一关联图节点，以及该图节点与各所述关联图节点之间的图边；

36、对于任一所述图节点，根据该图节点的节点属性、每一所述关联图节点的节点属性以及该图节点与每一所述关联图节点之间的图边的边属性，分别确定该图节点对每一所述关联图节点的注意力相关度；

37、对于任一所述图节点，对该图节点对每一所述关联图节点的注意力相关度进行归一化处理，得到该图节点对每一所述关联图节点的注意力权重；

38、对于任一所述图节点，根据该图节点对每一所述关联图节点的注意力权重，对各所述关联图节点的节点属性进行特征聚合，得到该图节点对应的节点聚合特征；

39、对于任一所述图边，根据该图边两端的图节点对应的节点聚合特征和该图边的边属性，确定该图边对应通信链路的连通概率。

40、实施上述方案，通过针对任一图节点确定与其连接的各关联图节点以及二者之间的图边，能够明确图注意力计算所涉及的邻域节点及相应链路范围；根据当前图节点的节点属性、各关联图节点的节点属性以及相应图边的边属性确定注意力相关度，能够在评价图节点之间的通信关联程度时，同时考虑链路两端节点状态及链路自身状态；对各注意力相关度进行归一化处理，能够形成具有可比性的注意力权重，并区分不同关联图节点及对应链路对当前图节点的影响程度；根据所述注意力权重对各关联图节点的节点属性进行特征聚合，能够将邻域节点的状态信息按其重要程度融合至当前图节点，得到反映局部网络环境的节点聚合特征；进一步根据图边两端图节点的节点聚合特征和该图边的边属性确定通信链路的连通概率，能够综合链路两端的局部网络状态及链路自身状态，对通信链路的可用性进行量化评价。

41、进一步地，根据每一所述通信链路对应的连通概率，确定所述受影响通信节点对应的备用通信路径，包括：

42、对于每一所述通信链路，根据该通信链路对应的连通概率，确定该通信链路对应的路由代价；

43、将所述电力线载波通信系统中的中央协调器确定为根节点，根据各所述通信链路对应的路由代价，确定所述中央协调器至所述受影响通信节点的备用通信路径。

44、实施上述方案，通过根据每一通信链路的连通概率确定相应的路由代价，能够将图注意力网络输出的链路连通性评价结果转换为路径寻优过程中可直接使用的代价指标，使不同通信链路能够按照其连通可靠程度参与路径比较；将中央协调器确定为根节点，能够统一备用路径的通信汇聚目标；根据各通信链路的路由代价确定中央协调器至受影响通信节点的备用通信路径，能够避开连通概率较低或存在异常风险的通信链路，为受影响通信节点确定可靠性更高的替代通信路径，从而为其由当前通信路径切换至备用通信路径提供路径依据。

45、第二方面，本技术提供了一种基于图注意力的电力线载波组网装置，其特征在于，包括：特征获取模块、异常判断模块、特征确定模块、图更新模块、概率计算模块、路径确定模块和路径切换模块；

46、所述特征获取模块，用于获取电力线载波通信系统每一通信节点的当前通信路径及每一通信链路的物理信道特征，其中，所述电力线载波通信系统包括多个通信节点和多条通信链路；

47、所述异常判断模块，用于根据所述物理信道特征和预设的异常条件从多个所述通信链路中确定异常通信链路，并从多个所述通信节点中确定所述异常通信链路对应的受影响通信节点并获取所述电力线载波通信系统的网络状态信息；

48、所述特征确定模块，用于根据所述网络状态信息和各所述通信链路的物理信道特征，确定所述受影响通信节点对应的关联通信节点，并确定所述受影响通信节点及所述关联通信节点分别对应的节点特征及各所述通信链路的边特征；

49、所述图更新模块，用于根据所述节点特征和所述边特征，更新所述电力线载波通信系统的历史动态属性图，得到实时动态属性图；

50、所述概率计算模块，用于将所述实时动态属性图输入预设图注意力网络模型，确定每一所述通信链路对应的连通概率；

51、所述路径确定模块，用于根据每一所述通信链路对应的连通概率，确定所述受影响通信节点对应的备用通信路径；

52、所述路径切换模块，用于控制所述受影响通信节点的通信路径从所述当前通信路径切换至所述备用通信路径。

53、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行上述申请所述的基于图注意力的电力线载波组网方法。

54、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时执行上述申请所述的基于图注意力的电力线载波组网方法。