多元QoS約束下電力通信無線資源分配的邊緣代理調(diào)度方法.docx

1、多元QoS約束下電力通信無線資源分配的邊緣代理調(diào)度方法張智皓】，馮天波二李秋華，崔昊楊I(lǐng)(1.上海電力大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海200090；2.國網(wǎng)上海市電力公司信息通信公司，上海200090；3.國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海200090)摘要：為滿足不同配電通信業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求，BS需要在時變網(wǎng)絡(luò)條件下實時優(yōu)化無線資源。提出一種基于級聯(lián)深度網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)無線資源邊緣代理調(diào)度方法，將時頻資源和發(fā)射功率分配給延遲耐受度不同的業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)采用網(wǎng)元功能與專用硬件設(shè)備解耦的軟切片方法，在保證負(fù)荷在規(guī)定時長內(nèi)可靠切除的同時，提高了核心網(wǎng)服務(wù)器對不同業(yè)務(wù)的時空間復(fù)用能力。仿真結(jié)果表明，多業(yè)務(wù)并

2、列運行時RTU與協(xié)控子站間的接入時延與TDLTE專網(wǎng)相比降低40.76%,相鄰第一第二信道間的功率泄露比均高于45dB,滿足毫秒級負(fù)荷切除業(yè)務(wù)分路整組動作時延和通信可靠性的要求。將1詞：RTU：負(fù)砌J除；深®網(wǎng)絡(luò)；逖彖代網(wǎng)絡(luò)切片中圖分類號:TM933文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號：2096-4145(2021)10-0104-09EdgeAgentSchedulingMethodofWirelessResourceAllocationforPowerCommunicationUnderMultipleQosConstraintsZHANGZhihao1,FENGTianbo2,LIQiuye

3、3,CUIHaoyang1(1.CollegeofElectronicandInformationEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China；2.StateGridInformationandCommunicationCompanyofShanghaiElectricPowerCompany,Shanghai200090,China；3.StateGridShanghaiPudongPowerSupplyCompany,Shanghai200090,China)Abstract:Inordertomeet

4、theservicequalityrequirementsofdifferentpowerdistributioncommunicationservices,basestationsneedtooptimizewirelessresourcesinrealtimeundertime-varyingnetworkconditions.Thepaperproposesacascadeddeepnetwork-basededgeproxyschedulingmethodofaccessnetworkwirelessresourcetoallocatetime-frequencyresourcesan

5、dtransmitpowerfortheserviceswithdifferentdelaytolerances.Furthermore,thecorenetworkadoptsasoftslicemethodinwhichnetworkelementfunctionsaredecoupledfromdedicatedhardwaredevices.Whileensuringthattheloadisreliablyremovedwithinaspecifiedperiodoftime,thecorenetworkserver'stimeandspacemultiplexingcapa

6、bilitiesfordifferentservicesareimproved.ThesimulationresultsshowthattheaccessdelaybetweentheRTUandtheco-controlsub-stationintheparalleloperationofmultipleservicesisreducedby40.76%comparedwiththeTD-LTEprivatenetwork,andthepowerleakageratiobetweentheadjacentfirstandsecondchannelsishigherthan45dB.Itsat

7、isfiestherequirementsofmillisecond-levelloadremovalservicebranchingtimedelayandcommunicationreliabilityfortheentiregroupofactions.Keywords:RTU；loadshedding；deepnetwork；edgeagent；0引言直流雙極閉鎖故障發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的分鐘級、秒級負(fù)荷切除手段無法將故障阻斷在繼電保護(hù)的基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(52177185)ProjectSupportedbytheNationalNaturalScienceFoundati

8、onofChina(52177185)networkslicing第二道防線，導(dǎo)致電網(wǎng)解列造成大范圍停電。毫秒級負(fù)荷切除通過負(fù)荷精細(xì)化管理可以快速精確平衡功率缺額，穩(wěn)定母線電壓和頻率億-氣負(fù)控終端(Remoteterminalunit,RTU)作為負(fù)荷切除的執(zhí)行者，其接入?yún)f(xié)控子站的方式與動作時延和可靠性緊密相關(guān)。目前RTU與執(zhí)行子站間的通信方式可分為光纖和無線專網(wǎng)兩類。光纖直連方式通信容量大、抗電磁干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，但在配電網(wǎng)層面考慮到成本、環(huán)境以及對自然災(zāi)害的抵御能力等一系列問題，難以實現(xiàn)光纖的全面覆蓋缶氣針對光纖通信在負(fù)荷精控末端難以普及的問題，文獻(xiàn)8-10指出在不具備有線接入條件的情

9、況下，無線專網(wǎng)可以作為有線接入的補充。然而，配電管理系統(tǒng)所承擔(dān)電力通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)(QualityofService,QoS)的差異性和網(wǎng)絡(luò)的時變性，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)輪詢、比例公平、最佳信道指示等無線帶寬資源分配方法無法同時滿足多項業(yè)務(wù)的時延、接入密度、傳輸速率等需求?，F(xiàn)有基于智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)的云端決策方法雖然能滿足不同業(yè)務(wù)、不同場景下的資源分配需求,但是該類方法在時延敏感約束下進(jìn)行無解析解的逼近計算和求解非凸問題時，系統(tǒng)需要進(jìn)行大量模擬試錯以適應(yīng)時變的信道條件，時間復(fù)雜度過高，難以達(dá)到實時要求。文獻(xiàn)11-13提出利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近不同QoS約束下資源分配最優(yōu)解來提高不同種類服務(wù)的資源利用效率

10、。其中文獻(xiàn)11證明了無線網(wǎng)絡(luò)中功率控制的迭代算法可以由全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FullyConnectedNeuralNetwork,FNN)精確逼近。在文獻(xiàn)13-14中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別用于近似功率控制策略和內(nèi)容傳遞策略。文獻(xiàn)15在傳輸速率約束下通過深度網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶寬分配和發(fā)射功率降低了高可靠低延時(UltraReliableLowLatencyCommunica-tiomURLLC)類業(yè)務(wù)的排隊時延。文獻(xiàn)16中推導(dǎo)了誤塊率與塊長度之間的關(guān)系，并指出該關(guān)系可以作為URLLC類業(yè)務(wù)通信可靠性約束。然而，由于配電通信網(wǎng)承擔(dān)多項業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)流具有高動態(tài)特征,當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)過程17、流量模式18或網(wǎng)絡(luò)大小19發(fā)生變

11、化時，離線訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非平穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)中無法獲得良好的性能。文獻(xiàn)17-19提出使用深度遷移學(xué)習(xí)對預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)，但是該方法在配電網(wǎng)快速響應(yīng)通信中的應(yīng)用未見報導(dǎo)。因此，探索一種綜合考慮時延需求、多業(yè)務(wù)資源競爭和網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性的無線資源調(diào)度模式，成為高彈性電網(wǎng)用戶側(cè)友好互動、鞏固第二道防線的關(guān)鍵。為保證RTU在多業(yè)務(wù)并行無線接入的動態(tài)信道環(huán)境下可靠、同步切除負(fù)荷，提出一種無線資源分配的邊緣代理級聯(lián)FNN網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法。在C波段4GHz構(gòu)筑帶寬40MHz,子載波間隔30kHz的毫秒級負(fù)荷控制專用邏輯子網(wǎng)，通過把RTU和子站間的TCP/IP數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換成5G新空口時分雙工(5GNewRadioTimeD

12、ivisionDuplex,5GNRTDD)無線通信，實現(xiàn)了RTU的無線專網(wǎng)接入，在基站(BaseStation,BS)和多眼:洛復(fù)合信道模型下進(jìn)行了時延和可靠性測試。實驗結(jié)果表明，該方法能夠有效地解決傳統(tǒng)離線訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)場景適應(yīng)性差、無法動態(tài)實時調(diào)度無線資源的缺陷，并且具有子站通信時延低、切除負(fù)荷可靠性高和時頻資源利用效率高的特點。1模型構(gòu)建RTU執(zhí)行毫秒級電力負(fù)荷精細(xì)化切除業(yè)務(wù)時，首要解決的問題是通過切片優(yōu)先級劃分和分組調(diào)度獲取BS分配的鏈路資源，以便接收核心網(wǎng)下發(fā)的負(fù)荷分組切除指令網(wǎng)。傳統(tǒng)分組調(diào)度算法、固化的核心網(wǎng)架構(gòu)和鏈路資源云端分配模式業(yè)務(wù)兼容性差、網(wǎng)絡(luò)時間開銷大、QoS保障能力弱，無法

13、滿足以毫秒級負(fù)荷切除為代表的URLLC類業(yè)務(wù)對時延和可靠性的要求。文章提出基于邊緣代理級聯(lián)FNN網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)無線資源調(diào)度方法、核心網(wǎng)虛擬功能軟切片方法(如圖1所示)，實現(xiàn)時頻資源邊端動態(tài)調(diào)度，網(wǎng)元功能云端選擇?？s短了負(fù)荷切除下行通信時延，強(qiáng)化了業(yè)務(wù)子切片間的隔離邏輯，提高了核心網(wǎng)組件的多業(yè)務(wù)復(fù)用能力。修動視頻巡檢業(yè)務(wù)切片人徹段遠(yuǎn)程'抄&業(yè)務(wù)切片負(fù)荷快速切除業(yè)務(wù)切片-修動視頻巡檢業(yè)務(wù)切片人徹段遠(yuǎn)程'抄&業(yè)務(wù)切片負(fù)荷快速切除業(yè)務(wù)切片-Hypervior虛擬化組件基礎(chǔ)設(shè)施層基礎(chǔ)設(shè)施層兒而置終端核心網(wǎng)金1協(xié)控子站圖1業(yè)務(wù)模型Fig.1Businessmodel1.1 接

14、入網(wǎng)無線資源分配模型1.1.1虛擬資源塊模型在TDD模式頻帶劃分框架下提出多小區(qū)業(yè)務(wù)模型，同一小區(qū)內(nèi)的移動視頻巡檢類終端設(shè)備和RTU共享下行鏈路資源，時頻資源最小調(diào)度單位資源塊:(ResourceBlock,RB)由12個子載波間隔和傳輸可變時間間隔組成(圖2所示)。在資源池和終端之間增加了切片層，BS執(zhí)行資源調(diào)度時先將RB分配給業(yè)務(wù)切片。當(dāng)不存在其他業(yè)務(wù)切片時，媒體訪問控制器(MediumAccessController,MAC)將鄰區(qū)所有BS分配給監(jiān)控狀態(tài)的終端。圖2BS中不同切片占用時頻資源塊模型Fig.2Time-frequencyresourceblockmodeloccupiedb

15、ydifferentslicesinBS1.1.2邊緣代理級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法對于配電網(wǎng)承擔(dān)的多項通信業(yè)務(wù)，BS緩沖區(qū)中的報文按照先到先服務(wù)的順序為其分配資源。對于延遲耐受度較高的大規(guī)模遠(yuǎn)程抄表業(yè)務(wù)，應(yīng)優(yōu)先保證排序隊列的穩(wěn)定性。為了保證隊列的穩(wěn)定性，第姣個智能電表終端在，時刻的的平均服務(wù)速率杷.應(yīng)等于或高于用戶的平均數(shù)據(jù)到達(dá)率久，即Rfk>ak(1)對于延遲敏感的移動視頻巡檢類業(yè)務(wù)，應(yīng)該保證其延遲界限和最大可容忍的延遲界限違反概率滿足服務(wù)要求。由于該類業(yè)務(wù)的時延要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干時間，因此只要保證剩余可用容量ER不<小于第&個用戶有效帶寬EA即可滿足QoS要求，即ER>

16、EA(2)kk負(fù)荷快速切除業(yè)務(wù)在隊列中占據(jù)絕對優(yōu)先級，數(shù)據(jù)包應(yīng)該在到達(dá)BS后立即為其分配資源。該類業(yè)務(wù)發(fā)送短報文時采用微時隙，信道編碼的塊長度比以前的業(yè)務(wù)短得多。因此短區(qū)塊長度下的譯碼錯誤對負(fù)荷切除指令下達(dá)可靠性的影響無法忽視。為保證可靠切負(fù)荷，譯碼錯誤概率成不應(yīng)超過最大可容忍譯碼錯誤概率何，即6u<emax(3)提高資源利用效率，如能源和頻譜效率是未來5G網(wǎng)絡(luò)的重要任務(wù)。我們以能量控制效率(EnergyControlEfficiency,ECE)最大問題為例來說明我們的方法。通過改變目標(biāo)函數(shù)，可以很容易地推廣到其他資源分配問題。BS的總功耗戶皿為：p=1y+pnyp(4)totn匕kk

17、T匕k0PmJ,r共很r式中：Pe(0,l)為功率放大器效率；為各副載波上各天線進(jìn)行信號處理的功耗；伽,>為移動視頻巡檢、負(fù)荷快速切除、大規(guī)模抄表3種類型通信業(yè)務(wù)的合集M為BS的天線數(shù)量；R為固定電路功耗。信噪比(SignalToInterferencePlusNoiseRatio,SINR)為衡量終端動作靈敏度和抗干擾能力的重要的指標(biāo)，對可靠性建模更實用時。為了簡化問題，假定不同BS的每個子載波遵循相同的衰落模式，用作為隨機(jī)變量表示第s個BS和第個終端之間信道的功率增益。第個終端的SINR的值為:sm=s,n項pmaxttCdcVn/aLs.rn11s9nqs,ns,n(5)式中：尸明

18、為第s個BS第m個子載波的最大發(fā)射功率C,為第q個頻帶的路徑損耗常數(shù)；N。為單邊噪聲譜密度；d'為第s個BS與第個終端間的距離；-以為該頻'帶在復(fù)合信道模型下衰減系數(shù)；產(chǎn)為二qs,n進(jìn)制變量，吃為1時表示第s個BS的第m個子載波被終端占用，為0則表示子載波空閑；是介于(1,L)之間的實數(shù)，表示BS中被占用的子載波比例。&=1一FI(6)對于每條鏈路，如果接收的SINR的值低于閾值，則終端無法接收到該指令。因此終端/2與BS第m個子載波建立通信鏈路的可靠性九可定義為該條鏈路的SINR的值大于既定閾值的概率。采用FNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行子載波和功率分配時，時頻、功率參數(shù)輸入經(jīng)過同一輸

19、入層量化為網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)變量，量化誤差和近似誤差交織在一起無法優(yōu)化。本文提出一種級聯(lián)FNN結(jié)構(gòu)，如圖3所示，降低深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層維度減小近似誤差，前置網(wǎng)絡(luò)用于時頻資源塊的分配，后置網(wǎng)絡(luò)為不同子任務(wù)分配發(fā)射功率。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)由均值和單位方差為零的高斯分布隨機(jī)變量初始化。前置時頻分配網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)定義為：火)云刻。邸了1)-啷1)式中：M為第A類通信業(yè)務(wù)的訓(xùn)練樣本數(shù)量；N方載波數(shù)據(jù)中一個標(biāo)記的訓(xùn)練樣本，N為分配算法輸出結(jié)果。最佳決策輸出雖化誤差的反向傳播負(fù)荷快速切除業(yè)務(wù)輸入遠(yuǎn)程抄表業(yè)務(wù)輸入圖3級聯(lián)深度網(wǎng)絡(luò)Fig.3Cascadeddeepnetwork2(8)移動視頻巡檢業(yè)務(wù)后置功率分呷網(wǎng)絡(luò)損失

20、函數(shù)定義為：L)=X(log(P*+1)-log(P+1)2nM2k2k1Y1kmt=l式中：P：為功率數(shù)據(jù)中一個標(biāo)記的訓(xùn)練樣本；Pk為分配算法輸出結(jié)果。無線資源分配算法流程如圖4所示。若要滿足不同業(yè)務(wù)QoS約束下的最優(yōu)發(fā)射功率和載波寬度，實驗過程中訓(xùn)練步數(shù)達(dá)到數(shù)千步才能收斂(根據(jù)業(yè)務(wù)類型不同，收斂速度和精度有所不同)。集中單元(CentralizedUnit,CU)代理和BS之間按照圖5所示模式進(jìn)行交互，RB分配按照負(fù)荷快切業(yè)務(wù)信道質(zhì)量指示(ChannelQualityIndicator,CQI)最佳原則進(jìn)行。當(dāng)終端監(jiān)測到信道質(zhì)量評價指標(biāo)融低于頊期時，向與其相連的BS輪詢RB余量是否滿足分片

21、要求，BS分布式單元(DistributedUnit,DU)接受該請求后除了來自終端采集的端到端傳輸時延、CQI還將自身觀測到的負(fù)荷快切業(yè)務(wù)切片分配到的RB數(shù)BRB使用率、時延需求等信息通知給CU代理。1.1.3深度遷移學(xué)習(xí)圖4時頻、發(fā)射功率分配流程Fig.4Time-frequencyandtransmitpowerallocationprocess圖5邊緣代理資源塊調(diào)度Fig.5Edgeagentresourceblockscheduling在配電通信接入網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)請求是高度動態(tài)的,不同類型服務(wù)的組合情況隨時間變化很大。當(dāng)系統(tǒng)隱藏變量發(fā)生改變時，由于現(xiàn)有深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)不能實時計算，無法滿足

22、訓(xùn)練新網(wǎng)絡(luò)對樣本數(shù)據(jù)容量的需求。針對此問題，提出一種深度遷移學(xué)習(xí)微調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法來更新少量訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的樣本，不同業(yè)務(wù)類型所需的發(fā)射功率由其QoS約束決定。因此，當(dāng)業(yè)務(wù)場景發(fā)生改變時只需更新前置網(wǎng)絡(luò)最后幾層的節(jié)點權(quán)重即可改變時頻分配策T8APIs2號T8APIs1號T8APIs用戶平面功能m接口會理理心、醪!I、/I云1/分組南/控制匡U.WN/§S略。具體來說，首先訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來近似移動視頻巡檢類的最優(yōu)資源分配策略。然后，針對負(fù)荷快速切除和大規(guī)模遠(yuǎn)程抄表的通信需求對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)。1.2 基于虛擬網(wǎng)元的配電通信核心網(wǎng)模型傳統(tǒng)4G長期演進(jìn)(LongTermEvolution,

23、LTE)全I(xiàn)P的分組核心網(wǎng)，網(wǎng)元功能和專用硬件高度耦合，難以實現(xiàn)多業(yè)務(wù)差異QoS需求背景下網(wǎng)元組件的復(fù)用，進(jìn)行業(yè)務(wù)類型擴(kuò)容時一些組件被重復(fù)部署,造成資源的浪費“提出一種基于網(wǎng)元功能虛擬化(NetworkFunctionVirtualization,NFV)技術(shù)的配電網(wǎng)故障和停電管理服務(wù)核心網(wǎng)架構(gòu)和切片管理編排方法(如圖6所示)，基于通用硬件平臺為配電網(wǎng)不同通信業(yè)務(wù)提供可靠的定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。核心網(wǎng)切片管理模塊通過業(yè)務(wù)能力開放單元(ServiceCreationEnvironmentFunction,SCEF)、服務(wù)倉0建系統(tǒng)(ServiceCreationSystem,SCS)、網(wǎng)絡(luò)切片模板(N

24、etworkSlicingTemplate,NST),還包括一個網(wǎng)絡(luò)片代理(NetworkSlicingBusiness,NSB),NSB位于運營商的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NetworkManagementSystem,NMS)中，通過SCEF/NEF的應(yīng)用程序接口(ApplicationProgrammingInterface,API)連接到協(xié)控子站，子站可以通過NSB編譯將業(yè)務(wù)通信服務(wù)要求轉(zhuǎn)換成NSTs中的技術(shù)要求，動態(tài)地請求和租賃核心網(wǎng)資源。圖6核心網(wǎng)切片架構(gòu)和編排Fig.6Architectureandorchestrationofcorenetworkslice2模型驗證2.1NRBS4G和

25、5GBS模型比較如圖7所示，原4GLTEBS的射頻拉遠(yuǎn)單元(RemoteRadioUnit,RRU)和無源天線合并為有源天線單元(ActiveAntennaUnit,AAU),以減少信號在前傳部分的饋線損耗。原基帶單元(BaseBandUnit,BBU)的部分物理層處理功能和非實時部分將分割出來，重新定義為集中單元，負(fù)責(zé)處理非實時協(xié)議和服務(wù)。圖74G和5GBS模型比較Fig.7Comparisonof4Gand5Gbasestationmodels2.2無線衰落信道文獻(xiàn)3中負(fù)荷切換成功率、子站和RTU間的平均通信延時均為理想情況下測得，文獻(xiàn)4中信道模型構(gòu)建時僅考慮了建筑物遮擋造成陰影效應(yīng)引發(fā)的

26、大尺度衰落和路徑損耗，實際終端接入5GBS的過程中，特別是存在大量散射無線信號的建筑密集場景下,多徑效應(yīng)引發(fā)的小尺度衰落同樣不可忽視網(wǎng)。采用計及城市環(huán)境高度建設(shè)對無線電信號的影響建立的城鎮(zhèn)宏區(qū)(UrbanMacroArea,UMA)損失模型來模擬無線信號的衰落。3仿真與分析采用級聯(lián)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近最優(yōu)資源分配策略時，其逼近精度定義為網(wǎng)絡(luò)輸出與最優(yōu)解之間的差距：q一您*2(9)大規(guī)模遠(yuǎn)程抄表業(yè)務(wù)的通信時延敏感性較低，計算效率的提升對服務(wù)質(zhì)量改善效果不明顯。因此僅對負(fù)荷快速切除移動和視頻巡檢類通信業(yè)務(wù)的算法收斂性進(jìn)行分析。如圖8(b)所示，對于時延敏感性最高的負(fù)荷快速切除類通信業(yè)務(wù)，訓(xùn)練周期由采用

27、隨機(jī)初始化策略時的2x10,步(藍(lán)色曲線)縮短至遷移學(xué)習(xí)后的0.15X103步(紅色曲線)左右，逼近精度穩(wěn)定在98%O仿真結(jié)果表明，時延敏感性較高的負(fù)荷快速切除類通信業(yè)務(wù)可以獲得更高的逼近精度，時延敏感性較低的移動視頻巡檢類通信業(yè)務(wù)收斂速度提升更明顯。由于網(wǎng)絡(luò)資源分配效率的提升，BS資源冗余率降低，時頻和功率資源得以被更充分的利用。使用Matlab對多業(yè)務(wù)并列運行狀態(tài)下RTU采集負(fù)荷可切量上傳至負(fù)荷協(xié)控子站，協(xié)控子站向RTU下發(fā)切圖8不同電力場景下算法收斂性Fig.8Algorithmconvergenceindifferentpowerscenarios負(fù)荷指令，終端動作并切除負(fù)荷，然后上傳

28、實切量的過程進(jìn)行仿真。子站與RTU之間采用TCP協(xié)議圖8不同電力場景下算法收斂性Fig.8Algorithmconvergenceindifferentpowerscenarios負(fù)荷指令，終端動作并切除負(fù)荷，然后上傳實切量的過程進(jìn)行仿真。子站與RTU之間采用TCP協(xié)議通信，上下行切換周期2ms,無線幀長32Byte,混合自動重傳請求機(jī)制(HybridAutomaticRepeatRequest,HARQ)啟用，無線傳播損耗(Propagationloss,PL)計算采用UMA模型。PLuma=28.0+40lg(6?3D)+20gfc-(10)9ig(t/J+(/iBS-M2)式中：/如為B

29、S天線有效高度；瞄為RTU天線有效高度；4d為BS天線與終端天線之間的直線距離；兀為信道頻率；4,為BS覆蓋半徑。9ig(t/J+(/iBS-M2)式中：/如為BS天線有效高度；瞄為RTU天線有效高度；4d為BS天線與終端天線之間的直線距離；兀為信道頻率；4,為BS覆蓋半徑。其余參數(shù)設(shè)置參見表lo表1仿真參數(shù)Table1Simulationparameters3.1時延測試RTU執(zhí)行負(fù)荷切除指令時負(fù)荷協(xié)控子站與終端之間通信時延由以下各部分組成：協(xié)控子站、BS和RTU多幀確認(rèn)時間Tmc,核心網(wǎng)服務(wù)器與接入網(wǎng)BSDU單元之間光纖承載網(wǎng)傳輸時延Tof,空口下行時延兀和上下行切換周期R,RTU通過用戶

30、前置設(shè)備(CustomerPremiseEquipment,CPE)中繼接入時還應(yīng)考慮空口中繼時延幾。因此經(jīng)過CPE中繼接入的RTU與子站之間的通信時延幾計算為：幾=37mc+ad+Tus+Tra(11)RTU通過空口中繼接入BS,指定終端執(zhí)行50次負(fù)荷切除指令，實驗結(jié)果顯示：執(zhí)行50次負(fù)荷切除指令，協(xié)控子站和RTU間平均通信延時是27.25mso子站端到負(fù)荷端的時延測試結(jié)果表明，位于熱點區(qū)域的終端接入子站的通信時延降低40.76%,對于大功率缺失時通過負(fù)荷毫秒級精確切除改善無功分布，增強(qiáng)負(fù)荷調(diào)控第二道防線的快速反應(yīng)能力具有重大意義。3.2 可靠性測試3.2.1信道質(zhì)量測試CQI是表征信道傳輸

31、質(zhì)量和可用性的重要參量242%sinr與CQI之間的映射關(guān)系按照3GPPR16給出的配電業(yè)務(wù)下行通信誤塊率小于0.01%時的CQI索引執(zhí)行，圖9為深度遷移級聯(lián)FNN網(wǎng)絡(luò)和FNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源塊調(diào)度時每臺用戶設(shè)備(UserEquipments,UE)的時頻資源占用情況。在時頻資源塊總儲量相同的情況下，采用深度遷移級聯(lián)FNN網(wǎng)絡(luò)能顯著提升可用資源塊的占比，降低了負(fù)荷切除過程中由于空口下行鏈路連續(xù)分配到過多不可用資源塊，導(dǎo)致實時速率抖動過大，以及由此引發(fā)的負(fù)荷切除指令下發(fā)中斷的可能性。同時，資源塊裕量增加10%,提高了電力無線專網(wǎng)處理非周期接入性電力通信業(yè)務(wù)的能力。10仿真時LZ/50ms(a)FNN

32、05101520仿真時LZ/50ms(b)深度遷移級聯(lián)FNN圖9資源利用率Fig.9Diagramshowingresourceutilizationrate3.2.2兩種混合自動重傳機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)開銷測試文獻(xiàn)3和4均啟用了TD-LTE協(xié)議中的HARQ,當(dāng)鏈路可靠性An低于95%或者終端接收的誤碼長度超出糾錯能力口寸，調(diào)用CQI的值210的RB重發(fā)該無線幀，提高RTU接收到誤碼時負(fù)荷切除的成功率并取得了顯著效果。文章在無線幀重傳過程啟用NR協(xié)議中改進(jìn)的HARQ機(jī)制，上下行均采用非同步混合自動重傳，以提高時隙配置的靈活性。為保證終端在無線幀重傳過程中鎖定數(shù)據(jù)包位置，無線幀結(jié)構(gòu)DCI部分增加了HARQ

33、ID字段，導(dǎo)致每臺UE的網(wǎng)絡(luò)開銷略有提升(如圖10所示)，但51015仿真時長/50ms(a)TD-LTEHARQ機(jī)制卜負(fù)荷快速切除通信BS吞吐咕2Csdqkvwir還0510152C仿真時長/50ms(b)TDLTEHARQ機(jī)制卜負(fù)荷快速切除通信BS有效吞吐量sdw*W51015仿真時K/50ms(c)5GHARQ機(jī)制卜負(fù)荷快速切除通信BS芬吐量0510152C仿.時K/50ms(d)5GHARQ機(jī)制卜負(fù)荷快速切除通信BS有效吞吐雖圖10兩種HARQ機(jī)制下切除負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)開銷Fig.10NetworkoverheadofloadsheddingundertwoHARQmechanisms時隙調(diào)

34、度更加靈活，在小區(qū)(Cell)內(nèi)RB總量相同情況下，區(qū)內(nèi)有效吞吐量增加25%,提高了RB利用效率。在50次負(fù)荷切除試驗中，RTU接收并執(zhí)行負(fù)荷切除指令的成功率為100%,滿足負(fù)荷切除過程中對通信可靠性的要求。3.2.3隔離性能測試鄰道功率泄露比(AdjacentChannelPowerLeakageRatio,ACLR)作為表征信道間隔離性能的參數(shù)直接反應(yīng)負(fù)荷切除業(yè)務(wù)與其他電力業(yè)務(wù)之間的資源競爭情況。通過設(shè)置滑動窗口觀察BS下行主信道發(fā)射功率在頻域兩個相鄰信道之間的泄露情況，毫秒級負(fù)荷精確控制業(yè)務(wù)切片占用的主信道泄露功率的觀察結(jié)果如圖11(a)所示，移動視頻巡檢類業(yè)務(wù)切片占用的主信道泄露功率的

35、觀察結(jié)果如圖11(b)所示，對鄰道泄露功率進(jìn)行離散傅里葉變換(DiscreteFourierTransform,DFT),結(jié)果與主信道發(fā)射功率的比值即為相鄰信道一個OFDM符號時間的平均功率泄露比，如圖12所示，結(jié)果顯示兩類業(yè)務(wù)切片在同一BS內(nèi)并列運行時，其占用的下行主信道在第一鄰道和第二鄰道功率泄露比均高于45dB,滿足3GPPR16中接收端對鄰道信號的辨識度要求。度要求。頻率/MHz(b)負(fù)荷快速切除類通信業(yè)務(wù)鄰道路泄露功率譜圖11相鄰信道歸一化泄露功率Fig.11Adjacentchannelnormalizedleakagepower100801008078.6功率泄露比下限78.66

36、040202-2-10相鄰信道編號(a)移動視頻巡檢類通信業(yè)務(wù)鄰道功率泄森比(b)負(fù)荷快速切除類通信業(yè)務(wù)鄰道泄露比圖12相鄰信道功率泄露比Fig.12Adjacentchannelpowerleakagerate結(jié)語針對現(xiàn)有無線資源調(diào)度方法實時處理能力低下，不適用配電通信網(wǎng)高動態(tài)流量場景下的問題，提出一種無線資源分配的邊緣代理級聯(lián)FNN網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法，并通過系統(tǒng)級仿真驗證了多業(yè)務(wù)復(fù)用電力通信專網(wǎng)場景下RTU接收并執(zhí)行負(fù)荷切除指令的時延和可靠性。結(jié)果表明，本方法顯著降低了接入時延，實現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)子信道之間的可靠隔離，提升了BS應(yīng)對非周期性接入業(yè)務(wù)的魯棒性。在業(yè)務(wù)類型少、QoS指標(biāo)差異明顯場景下負(fù)荷

37、切除的可靠性和時延表現(xiàn)優(yōu)異，但多切片類型、QoS指標(biāo)差異較小的大密度終端接入場景下調(diào)度模式還需進(jìn)一步探索。參考文獻(xiàn)1 尚芳M李信，翟迪，等智能電網(wǎng)中兩階段網(wǎng)絡(luò)切片資源分配技術(shù)J.計算機(jī)應(yīng)用，2021,41(7):2033-2038.SHANGFangjian,LIXin,ZHAIDi,etal.Two-stagenetworkslicingresourceallocationtechnologyinsmartgridJ.JournalofComputerApplications,2021,41(7):2033-2038.2 尹積軍，夏清.能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下多元融合高彈性電網(wǎng)的概念設(shè)計與探索J.中

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