智能配用電信息采集業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測

1、 智能配用電信息采集業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測 摘要：針對現(xiàn)行配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬計算方法存在帶寬資源利用率不高的局限性，提出一種基于排隊論的業(yè)務(wù)通信帶寬計算方法。從智能配用電信息采集業(yè)務(wù)通信特點出發(fā)，分析了現(xiàn)行計算方法帶寬資源利用率不高的原因；闡述了基摘要：針對現(xiàn)行配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬計算方法存在帶寬資源利用率不高的局限性，提出一種基于排隊論的業(yè)務(wù)通信帶寬計算方法。關(guān)鍵詞：引言：隨著配用電網(wǎng)智能化建設(shè)的進一步深入，業(yè)務(wù)類型在原有傳統(tǒng)配用電業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，增加了諸如新能源接入、用電交互式業(yè)務(wù)等新型配用電業(yè)務(wù)，以上業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出的新特點對配用電通信網(wǎng)的建設(shè)與規(guī)劃提出了快速、高效、可靠的信息傳輸新要求。本文針對

2、電力現(xiàn)行彈性系數(shù)帶寬計算方法在計算智能配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬時帶寬利用率不高的局限性，受排隊論與業(yè)務(wù) qos 指標相結(jié)合來估算電力業(yè)務(wù)帶寬思想的啟發(fā)，提出一種基于排隊論的智能配用電信息采集業(yè)務(wù)通信帶寬計算方法，運用排隊論將配用電業(yè)務(wù)的通信服務(wù)質(zhì)量要求(延遲和丟失率)與業(yè)務(wù)帶寬計算相結(jié)合，以期在保證智能配用電信息采集業(yè)務(wù)傳輸安全可靠的前提下優(yōu)化帶寬資源分配，提高通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率。1.用電通信網(wǎng)概述用電信息采集終端負責(zé)用電信息的采集，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能表數(shù)據(jù)的采集、雙向傳輸、管理及轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備，必要時候還需要執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。一般從智能配用電信息采集業(yè)務(wù)通信特點出發(fā)，分析了現(xiàn)行計算方法帶寬資源

3、利用率不高的原因；闡述了基用電信息采集系統(tǒng)，顧名思義，就是負責(zé)電力用戶巧電信息的采集、處理和監(jiān)控的一種系統(tǒng)。負責(zé)實現(xiàn)用電信息的自動采集、電能質(zhì)量監(jiān)測、計量異常監(jiān)測、分布式能源監(jiān)控、用電分析和管理、智能用電設(shè)備的信息交互及相關(guān)信息發(fā)布等功能。2. 智能配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬計算分析本節(jié)闡述現(xiàn)行配用電彈性系數(shù)帶寬計算方法，以典型智能配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬測算為例，分析現(xiàn)行計算方法存在帶寬利用率不高的局限性。2.1 配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬峰值業(yè)務(wù)帶寬峰值peakb 定義為業(yè)務(wù)帶寬的最大值，通常對應(yīng)業(yè)務(wù)基本流量。按照國家電網(wǎng)典型智能配用電信息采集業(yè)務(wù)基本流量1.2 彈性系數(shù)法帶寬計算現(xiàn)行配用電帶寬計算

4、方法是電力直觀預(yù)測和彈性系數(shù)法(以下簡稱彈性系數(shù)法)，描述如下：若配用電業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)帶寬為basicb 、業(yè)務(wù)鏈路(通道)數(shù)為 n 、并發(fā)比例為h 、冗余系數(shù)為1j 、容災(zāi)系數(shù)2j (業(yè)務(wù)帶寬峰值記為peakbasicb = b h)，則該配用電業(yè)務(wù)到達通信業(yè)務(wù)節(jié)點的帶寬elasticb 按照式(1)進行計算。peakelastic basic 1 2 1 2b = b h n j j =b n j j(1)對于配用電信息采集業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)帶寬峰值peakb計算式為peakb = 每用戶業(yè)務(wù)流量 用戶流量h，n 通常取 1，1j 取值 1.3 和2j 取值 1.1，等價取平均帶寬利用率取 70%

5、的彈性系數(shù)法簡化計算(11.31.1 1/0.7)。peakelastic=bb平均帶寬利用率由彈性系數(shù)法是以業(yè)務(wù)帶寬峰值peakb為基礎(chǔ)值計算和分配業(yè)務(wù)帶寬elasticb ，elasticb 將大于業(yè)務(wù)帶寬峰值peakb ，因此采用該方法計算所得帶寬值完全滿足電力業(yè)務(wù)通信要求，尤其是可靠性和實時性等 qos 要求高的業(yè)務(wù)(如繼電保護業(yè)務(wù))。2.2 低帶寬利用率分析如上節(jié)所述，彈性系數(shù)法能夠完全滿足電力業(yè)務(wù)通信服務(wù)要求，但另一方面，彈性系數(shù)法對于配用電信息采集業(yè)務(wù)則存在帶寬預(yù)測值過大而導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率低的局限性。具體分析如下：配用電信息采集業(yè)務(wù)包括多個信息采集點(用戶)，每個信息采集點

6、采集對應(yīng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息構(gòu)成業(yè)務(wù)的單用戶流量，在網(wǎng)絡(luò)丟失率條件下，信息采集業(yè)務(wù)通常都支持超時重發(fā)功能，允許采集數(shù)據(jù)在時間上有一定的延遲。3. 基于排隊論的智能配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬計算方法3.1 基本思想智能配用電信息采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸在時間上是一個動態(tài)隨機過程。根據(jù)排隊論計算業(yè)務(wù)帶寬的相關(guān)理論與方法，智能配用電信息采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達通信節(jié)點或采集主站的處理過程類似排隊論過程。因此可以在帶寬預(yù)測計算方法中加入數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)動態(tài)到達特性因素，運用排隊論 m/m/1/k模型將業(yè)務(wù) qos 指標與帶寬相結(jié)合的方法計算帶寬預(yù)測值，由此獲得兼顧業(yè)務(wù) qos 要求和網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的預(yù)測值queueb 。queueb

7、 能夠保證信息采集業(yè)務(wù)的通信 qos 要求且在預(yù)測值上通常小于按照式(2)計算的彈性系數(shù)法預(yù)測帶寬elasticb ，因此可以提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。3.2 實現(xiàn)步驟基于排隊論的智能配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬計算方法具體如下：1）配用電信息采集業(yè)務(wù)通信服務(wù)質(zhì)量指標的排隊論參數(shù)映射。將指定業(yè)務(wù)與排隊論相關(guān) 3 個參數(shù)，包括業(yè)務(wù)基本流量(對應(yīng)本文業(yè)務(wù)帶寬峰值)、表征業(yè)務(wù) qos要求的時延和誤碼率，映射轉(zhuǎn)換為排隊論中數(shù)據(jù)到達速率l 、時延約束tc 和丟失率約束lossc 的過程。如電能采集業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)的排隊論到達速率l 為業(yè)務(wù)基本流量 0.378 mbit/s，最大時延tc = 1 s、最大誤碼率3loss

8、c10-= ，用電信息采集作為數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，其時延抖動要求不考慮。2. 配用電信息采集業(yè)務(wù) m/m/1/k 排隊論建模。參照排隊論理論，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組到達業(yè)務(wù)斷面節(jié)點滿足先進先出(fifo)轉(zhuǎn)發(fā)原則和緩存滿則拋棄數(shù)據(jù)的存儲原則，將配用電信息采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達業(yè)務(wù)斷面節(jié)點(如變電站通信節(jié)點)的通信過程按照 m/m/1/k 排隊論模型建模。以電能采集單一業(yè)務(wù)為排隊論建模對象，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組到達某一業(yè)務(wù)斷面通信節(jié)點的過程描述為數(shù)據(jù)分組的到達、等待處理、轉(zhuǎn)發(fā)處理的 m/m/1/k 排隊論過程。3.3業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量影響性實驗與分析電能采集系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為算例數(shù)據(jù)，討論業(yè)務(wù)帶寬、服務(wù)質(zhì)量與帶寬資源利用率間的量化關(guān)系

9、，闡述所提方法借助業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的量化評價支持配用電信息采集業(yè)務(wù)根據(jù)帶寬資源充裕度情況合理分配帶寬。按照本文方法計算帶寬值，帶寬資源配置和通信節(jié)點傳輸性能 qos 定量關(guān)系隨著業(yè)務(wù)斷面通信節(jié)點配置帶寬增大，業(yè)務(wù)的延遲和丟包率呈遞增趨勢不斷提高，高于業(yè)務(wù) qos 需求，但帶寬利用率呈遞減趨勢，表明可以通過帶寬的有效配置來控制業(yè)務(wù)的 qos 性能；3）滿足 qos 要求的臨界帶寬為 0.448 mbit/s。4.典型配用電信息采集點業(yè)務(wù)帶寬計算分析當(dāng)配置帶寬高于臨界帶寬時，帶寬利用率逐漸下降，說明為業(yè)務(wù)配置合理的通信帶寬可以提高通信系統(tǒng)的有效性，節(jié)省通信資源。例如，在實際帶寬配置中，可依據(jù)定量關(guān)系曲

10、線，按照配用電通信網(wǎng)帶寬資源充裕情況，制定高-中-低帶寬配置策略，如高帶寬配置(帶寬為 0.9 mbit/s)，中帶寬配置(帶寬為 0.53 mbit/s)和低帶寬配置(帶寬為 0.448 mbit/s)。相對于彈性系數(shù)法滿足 qos 指標的定性分析，本文方法在預(yù)測帶寬的同時，支持業(yè)務(wù)qos 量化分析，彈性系數(shù)法預(yù)測帶寬為0.18mbit/s，滿足業(yè)務(wù)的 qos 要求，本文方法在最優(yōu)預(yù)測帶寬0.176 mbit/s 下，業(yè)務(wù)的 qos 指標可定量為 0.611s和47.4 10- %；3）本文方法預(yù)測的配用電信息采集業(yè)務(wù)帶寬均小于彈性系數(shù)法預(yù)測帶寬。圖 1 中與彈性系數(shù)法的比率在 78.9%97.8%之間，說明在滿足業(yè)務(wù) qos 要求的情況下本文方法可進一步減少帶寬資源配置，這是將信息采集業(yè)務(wù)動態(tài)到達特性因素用于帶寬預(yù)測所得到的合理結(jié)果。圖 1 配用電信息采集業(yè)務(wù)預(yù)測帶寬比值結(jié)語：本文開展智能配用電信息采集業(yè)務(wù)通信帶寬預(yù)測研究，針對電力現(xiàn)行的彈性系數(shù)法帶寬資源利用率較低的問題，提出