资源调度算法基于无线专用网络的通宵停工

文摘

增加的业务由电力无线私人网络和新的网络技术的不断发展,传统模式的问题电力无线私人网络正变得越来越明显。为了解决这个问题,如业务服务质量差,低系统吞吐量和公平性问题上行资源调度过程中功率无线专用网络,动态上行资源调度算法的基础上提出了软件定义光网络(通宵停工)。通过研究业务权力的上行传输无线网络的特点,服务之前评估资源的优先级调度。根据OFDM资源分配的特点和数控通宵停工的分离和可编程特性,不同的调度方法设计不同的服务。仿真分析表明,该算法能有效提高系统吞吐量,保证QoS,提高传输性能不同的服务。

1。介绍

随着智能配电电网的发展,新一代无线宽带技术在配电网中的应用已成为当前电力通信系统的研究热点(1,2]。目前,配电和利用复杂结构的网络特征,过度的设备,广泛的业务节点的分布主要在密集的城市地区,可怜的操作环境,长时间通信距离,光缆敷设成本高、施工和困难,导致电力网络通信技术的艰难选择。

时间分割长期演进(td - lte)是无线宽带接入技术的主流。在智能电网,td - lte是用于构建电力无线宽带网络,这将是一个重要的分布网络通信方式(3,4]。td - lte电力无线私人网络的建设可以提供大容量、高带宽、低延迟、多级QoS的保护,和其他通信网络的显著特征。因此,td - lte技术的研究应用在电力无线私人网络通宵停工架构具有十分重要的意义。大规模的商业部署LTE网络,BBU集中部署模式的新架构。在此体系结构中,fronthaul网络的建设提出了三项要求的高带宽、低延迟、精度高(5]。出于这个原因,OFDM-PON是用作fronthaul携带LTE网络。OFDM-PON连接LTE基站和BBU光纤,轴承收音机在配电网络的访问。作为新一代光纤接入网络,OFDM-PON系统比较与其他彩球手摇系统具有以下优势:高频谱利用率、antidispersion能力强、低成本、和灵活的资源调制和分配机制(6]。另外,随着无线电/纤维(学院)技术应用于这个fronthaul网络,可以直接通过OFDM-PON传送无线电信号(7]。这种组合的有线和无线技术互补低损耗的优点,传输距离长,高带宽,抗干扰能力强,操作灵活,资源的动态配置。

然而,作为光纤通信,难以打破OFDM-PON香农极限提高纤维的能力。和扩大规模将急剧上升的成本和能源消耗,所以它的发展需要找到一个新的切入点。通宵停工网络可以从根本上解决上述问题。通过引入光学层软件定义的智能网络,其网络可以更加活跃,从而进一步释放其带宽潜力,促进网络和业务的深度集成(8]。通宵停工网络体系结构和SDN基本上是相同的。只有基础设施层的网络设备相应的IP网络交换机到OTN和其他类型的设备。为了适应底层光网络接口协议也需要扩展OpenFlow协议的基础上。

OFDM-PON和它所携带的LTE网络,多载波技术是利用上行和下行传输方案和上行SC-FDMA, OFDMA下行时。多载波意味着信道分为正交副载波,和不同的载波频率调制方法被用于每个副载波;因此,信号与高比特率可以被转换成几个低比特率信号传输。高频是用于电力无线宽带私人网络;具体频率相同的网络技术用于1.8 GHz乐队。然而,只有5 M带宽可应用于电力无线私人网络的建设。所以更需要关注的提高频谱利用率和优化上行和下行资源重用的9]。考虑上行业务数据的特点,在电网中,本文设计一种基于交通优先上行资源调度方案在通宵停工建筑电力无线专用网络(10]。

有许多传统的资源调度方案。目前,上行调度算法是基于比例公平算法(PF)。该算法应用于智能电网的主要问题网络,他们不考虑实际的电网业务情况并不能保证业务的服务质量(QoS) (11]。本文基于传统PF,结合电力通信网络服务的优先级,我们引入通宵停工技术和设计一个动态上行调度算法,以确保资源的优化配置,提高系统的上行吞吐量(12]。

2。电力无线私人网络上行沟通的需求

扮演一个配角,电力通信需要私有网络能够覆盖电力系统的各个方面,包括发电、传输、分配、利用和调度过程。电力通信的保证,企业如计量、在线监测、视频管理、配电自动化需要更好的开展。各种类型的服务的覆盖率和沟通要求在配电通信网络是不同的。需要重点分析这些需求,提供技术和解决方案的基础选择在配电通信网络建设。

2.1。需求分析的配电业务上行传播和利用

在配电网络的典型业务等传统业务包括配电自动化(远程测量、远程控制和远程通信)、用电信息采集、输电线路监控、和基础设施视频监控和新业务分布式电源(10 kV)和电动汽车充电桩(13,14]。的下行业务体积小于上行配电通信网络,本文侧重于携带无线私人网络上行业务的权力。根据功能,上行业务可以分类为配电、用电,分销网络运营监控、和其他类型。一些典型的QoS要求服务的配电网络表中列出1。

2.2。在配电网络优先级的业务

根据QoS需求和业务的重要性,关键业务的优先级传输电力无线私人网络分为三个类别:(1)第一节课就是配电业务:这类服务的带宽需求通常是低,但延迟需求相对较高。配电自动化是典型的业务。以配电自动化系统为核心,它是一个全面使用各种沟通方法实现监视和控制的分销网络(包括分布式电源和micronetwork)。通过与相关应用系统的信息集成,配电自动化可以实现配电网的调度指挥和科学管理。配电业务密切相关的电力生产。它需要高可靠性和实时通信和对传输延迟和损失有严格的要求。然而,它的交通通常很小。(2)第二类是分销网络操作监控业务:它包括视频监控、输电线路监控(视频),移动办公和检验(视频),和其他服务,例如,无人值守变电站监控、事故修理场地分析、和重要的交换设备监控。电力公司监控中心需要管理变电站的视频信息。虽然这些业务的数据量很大,它可以容忍一个更大的传输延迟。(3)第三是用电业务:这类业务的实时监控、收集、加工的电力用户的信息。其功能是电力信息的自动采集,测量异常检测、电能质量测试和功耗的分析和管理。业务数据主要是收集的电能采集终端。主要收集方法是随机调用和主动报告,定期自动收集常用的。和轮询调度方法用于集中器的调度。所以这类业务的延迟和带宽要求不高。

基于上行业务的QoS要求的配电网络,本文设计了一种动态资源调度算法基于通宵停工为目的的最优传输和资源分配。

3所示。网络体系结构基于通宵停工

3.1。通宵停工的优点应用于电网

通宵停工安排和抽象网络资源通过控制器技术打破传统网络的方法,使以客户为中心的应用程序的实现成为可能12,15]。网格可以依赖的可编程特性通宵停工技术和灵活的资源调度和抽象能力,实现电网的快速分销服务,灵活调整带宽,和智能感知的服务质量,以便为用户提供更快、更灵活和更聪明的绿色企业。通宵停工技术有三个主要的优点:(1)通宵停工能够虚拟化光学网络资源的管理。通过一个统一的、开放的资源管理平台的网络基础设施管理、充分利用各种资源的优势来实现最优的资源利用率。(2)光学网络资源可以根据需要设定。光网络资源可以根据需要设定控制和提供最快、最灵活的方式为用户提供定制的服务功能,提高客户满意度。(3)可以实现多级多厂商网络更方便之间的互操作性。通过OpenFlow的扩张和其他相关协议和面向对象的开发交互式控制接口,它可以实现异构网络横向校正互连。因此在数据网络和光纤网络、核心网络和访问网络,无线网络,有线电视网络建立一个统一的跨域的控制网络体系结构的互操作性。

3.2。网络体系结构

在体系结构如图1,通宵停工引入无线私人网络控制资源调度过程BBU和射频天线之间的联系。我们用OFDM-PON进行数据传输。这意味着OFDM-PON fronthaul网络是无线网络的电网。此外,其信号传输使用学院信息技术处理。因此即使传输介质光纤,传输信号OFDM-PON仍然是无线电频率。很明显,这个架构是一个全面的用例的三个技术,结合自己的优势能力,灵活性和抗干扰能力。

4所示。资源调度模型

4.1。LTE在电网的优点

LTE技术优势的高带宽、低延迟。业务数据传输系统基于td - lte技术能够适应复杂的电网结构和宽需求特点:(我)由于其高数据吞吐量和高频谱利用率、td - lte可以为电网提供更高的传输速率数据传输在有限的带宽资源。(2)TDD双工模式用于td - lte技术。这使它灵活改变上行和下行资源的比例。所以td - lte可以满足特殊要求在电力系统上行需求率高于下行。因此可以更好地应用于电力通信网络建设(16]。

如表所示2,框架结构上行槽占据高达75%是优先选择的方法。

4.2。OFDM资源分配模型

OFDM的基本思想将高速串行数据流划分为一个毁灭性的低速数据流以及传输低速数据流的多数副载波互相正交在几个频率,从而有效地提高系统的带宽利用率。

自学院信息用于OFDM-PON传输射频信号根据建议的体系结构如图1,我们主要集中在资源分配在LTE网络,这也是一个OFDM的过程。td - lte系统的物理层帧结构如下:女士l0 td - lte无线帧包含两个相同的字段,它的长度 ms。每个字段包含五副框架;的长度是 ms。每个子帧包含两个槽;每个槽的长度是0.5毫秒。

TDD的上行和下行是分开的,而载波频率是相同的。每10毫秒的周期,有完全十子帧使用上行和下行和上行或下行。每个子帧

td - lte通信系统的最小资源分配单位被定义为连续12副载波在频域和7在时域OFDM符号(在传统CP的情况下)。这是资源块(RB)。对于每一个用户,一个或多个苏格兰皇家银行可用于业务轴承。图2显示了一个OFDM下行RB示意图。

5。上行调度算法的设计

5.1。传统分组调度算法

传统的包调度算法包括最大载波干涉(MAX C / I)算法,轮循(RR)算法和比例公平(PF)算法。马克斯C /我算法的目的是获得系统的最大吞吐量,所以它没有考虑用户的公平传播。轮循算法考虑用户的公平性和传输用户数据但牺牲系统的吞吐量。这两种算法之间的比例公平算法,考虑公平性和系统吞吐量。这么多资源调度系统选择PF算法(17,18]。

然而,由于缺乏业务QoS需求和需要上行资源分配公平考虑,上述三种算法并不适用于无线网络资源调度系统的力量。基于电网的业务特点,本文设计一个算法基于PF的上行动态调度算法,考虑电网业务QoS需求、终端渠道质量和一系列的关键因素。同时,介绍了SDN技术管理OFDM-PON资源。据的优先级的任务管理软件,基于不同优先级和资源分配的任务,这使得上行资源调度更加快速、灵活、聪明。

5.2。上行数据动态调度算法基于服务优先级

显示在图3,整个算法分为两个部分:首先,对所有用户申请数据,通宵停工管理平台根据不同类型的业务使用不同的调度算法来确定任务优先级,然后通过通宵停工资源管理平台业务资源分配的任务的优先级。

为每个类型的业务不同的调度方法如下。

(1)分销业务的第一节课 ,由于强大的实时要求和高安全需求,我们需要确保数据包不能丢失,可以准时到达目的地。显然,它可以找到(1)包会得到更高的优先级,如果生命周期短和数据包的数据更大。

选择业务包最高优先级, 。显示包的生命周期。表明数据包的大小。当选择一个频道,使用下面的公式: 哪些请求 ,在那里表明率包分配的包,然后更新 , 。 表明,包分配的资源块。

(2)第二种类型的分销网络运营监控业务,实时要求不高的第一节课。随着当前网络使用视频监控、带宽需求更大,需要尽可能减少数据包损失率(PLR);我们可以选择优先级最高的业务包通过公式: 在哪里代表的等待时间阈值资源块;公式用于寻找最优包分配方法如下:

然后更新 , 。

(3)第三种类型的电力业务,这样的企业没有严格的实时要求,只需要尽自己最大的努力完成,并将尽可能多的数据发送到目的地。下面的公式是用来发现最高优先级: 在哪里 表明的传输速率包时,在每个时间段更新一次,代表的信噪比数据包传输的资源块和参数滑动窗口大小。的设置值应该平衡吞吐量和公平性。找到最优包(4)仍然;然后更新 , 。

6。仿真和结果分析

为了模拟电网的业务数据,仿真将随机生成不同类型的业务数据数据包在每个创科实业和记录仿真数据的过程中执行。算法是基于业务优先级的动态调度数据包,以评估该算法的优点和缺点,我们比较不同的服务包的整体吞吐量和吞吐量与传统PF算法和RR算法。

6.1。系统吞吐量

仿真系统的吞吐量相比之下我们提出的新算法和传统算法。数据包括三种不同的算法的吞吐量在处理不同的数据请求。通过设置数据请求的数量由系统单位时间,记录业务数据成功传输的数量在不同的单位时间的算法。最低分配单元中数据的仿真资源块RB td - lte中定义。RB由连续12副载波和7在时域OFDM符号。结果如图所示4。

与传统PF和RR算法相比,新算法将更高的吞吐量。特别是当数据包的数量接近LTE的最大负载单元框架,该算法和传统算法之间的差距最大。当帧传输容量趋于饱和,最终减少之间的差距。从图可以看出,我们提出的新算法在数据传输能力有更好的性能。

6.2。系统公平

我们使用一个测量Jain公平调度的公平性指标的各种算法进行了比较;耆那教的公平的计算方法如下: 在哪里代表用户的数量,代表了资源分配的用户总数Jain FI的价值越大,越公平分配和平均用户就越多。公平指数图所示5。

从图可以看出,当模拟才刚刚开始,因为系统处于初始化状态,发送缓冲区和接收缓冲区数据不饱和,所以尚未到达接收器的数据。此时,PF算法和RR算法增加分母在测量的数据总量的公平,但用户的接受的数据并没有增加,因此,价值降低,但随着仿真的发展,实验往往是稳定和结果表明,RR算法公平,因为这是最高轮循调度。结果表明,新算法的公平性系数之间的传统PF和RR算法。这是因为新算法提出了本文以RLT等各种服务的优先因素考虑在内,而传统PF和RR算法是基于整个系统公平和不采取业务在一个特定的数据包的优先级,所以公平系数较低。

6.3。不同的业务的吞吐量

随着算法侧重于不同优先级业务的传播,我们比较它与传统的业务数据吞吐量与不同的优先级调度算法。该算法将服务类型划分为三个优先级。通过计算不同的业务数据的数量40进行,与传统算法进行比较。由于不同带宽需求的每个服务,以可视化算法的传输能力为不同优先级服务,我们限制各种服务发送的数据包的数量在执行交通仿真。如图6。随着RR轮循调度算法,这三种类型的业务吞吐量基本上是相同的。因为PF算法考虑了优先级和最大吞吐量,与RR相比,第一次和第二次的吞吐量类业务,拥有更高的优先级比第三类业务,已得到改进。在这篇文章中,该算法的目的是满足不同类型的服务的QoS要求。与传统PF算法的结果比较,该算法可以确保他们都是传播以更高的速度为1和2类业务有更高的优先级,以牺牲类别与低优先级业务。这将满足高优先级流量传输的优先级,所以算法不仅考虑系统吞吐量的增加也考虑高优先级业务的优先级传输。

6.4。系统延迟

为了验证实时要求的保证第一和第二阶级服务,系统模拟各种类型的数据包的时间从一代到预定时间在不同的算法如图7。RR算法轮循调度,所以各种各样的业务调度时间基本上都是相同的,导致前两种业务平均调度延迟较高。PF算法需要优先考虑的特点,优先级高的低优先级的业务,但仍不能满足服务的QoS要求电网。与传统PF和RR算法相比,第一和第二类型的延迟高优先级明显低于传统PF和RR算法。这是因为算法在每个调度之前重新计算优先级排序。第一个两种类型的业务可以安排到前面的调度团队和安排优先级,以确保所需的服务延迟可以满足。

7所示。结论

本文基于通宵停工的上行资源动态调度算法提出了电力无线私人网络,这是传统PF算法改进的基础上。考虑业务特性的无线专用网络,以确保业务的QoS要求通宵停工资源管理平台基于服务优先级分配资源。仿真结果表明,该算法更适合通信无线私人网络。td - lte系统中上行资源分配的约束条件下,本文提出的算法可以保证最佳的终端上行传输速率,提高系统吞吐量,满足复杂的业务QoS需求功率无线专用网络。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由国家电网科技项目52018 e15000g。

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