[發(fā)明專利]一種電力通信網(wǎng)絡(luò)中QoS能效的分級方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310553225.5
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103595652A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙宏昊;金鑫;孟凡博;姜運斗;郭長彪;王芝茗;葛維春;趙慶杞;劉明;王雪飛;曹瑩;林志超;鄒愚;劉楊
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)遼寧省電力有限公司本溪供電公司;遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司;遼寧省醫(yī)療器械檢驗所
• 主分類號: H04L12/851
• 分類號: H04L12/851;H04L12/857
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種電力通信網(wǎng)絡(luò)QoS能效的分級方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：對電力通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進行等間隔的采樣，采集待傳輸數(shù)據(jù)流的初始發(fā)射速率；

步驟2：將待傳輸數(shù)據(jù)流從源電力通信網(wǎng)絡(luò)傳遞至目的電力通信網(wǎng)絡(luò)，具體包括：

步驟2.1：確定各電力通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由器的QoS等級；

步驟2.1.1確定各電力通信網(wǎng)絡(luò)的延時、延時抖動和丟包率，具體計算方法如下：

(1)延時的計算公式如下：

TDi(ci(t),t)=αi(t)ci(t)---(1)]]>

式中，TD_i(c_i(t),t)表示t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)i的延時，1≤i≤n，0≤t≤T，c_i(t)是t時刻網(wǎng)絡(luò)i所要取的QoS等級，α_i(t)是特定QoS服務(wù)級別下的網(wǎng)絡(luò)i的延時系數(shù)參量，且為線性函數(shù)，表達式為：

α_i(t)=α_i(0)-ηt??(2)

式中，η>0且為遠小于1的值，α_i(0)為所設(shè)置的初始值；

(2)延時抖動的計算公式如下：

max(TD_j(c_j(t),t)-TD_i(c_i(t),t))??1≤i,j≤n??(3)

式中，TD_j(c_j(t),t)表示t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)j的延時；c_j(t)是t時刻網(wǎng)絡(luò)j所要取的QoS等級；

(3)丟包率的計算公式如下：

LRi(ci(t),t)=σi(t)σi(t)+ci(t)---(4)]]>

式中，LR_i(c_i(t),t)表示t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)i的丟包率，σ_i(t)是特定QoS服務(wù)級別下的網(wǎng)絡(luò)i的丟包率系數(shù)參量，且為線性函數(shù)，表達式為：

σ_i(t)=σ_i(0)-ζt??(5)

其中，ζ>0且為遠小于1的值，σ_i(0)為所設(shè)置的初始值；

同時，實際采集各電力通信網(wǎng)絡(luò)的延時、延時抖動和丟包率實際值，分別與公式(1)～(5)計算出的延時、延時抖動和丟包率值進行比較，若差值在設(shè)定的閾值范圍之內(nèi)，則保留計算值；否則，舍棄計算值；

步驟2.1.2：根據(jù)數(shù)據(jù)流的初始發(fā)射速率、延時和丟包率計算電力通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能耗；

步驟2.1.3：利用步驟2.1.2中得到的電力通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能耗，建立整體電力通信網(wǎng)絡(luò)的QoS能效分級模型；

以電力通信網(wǎng)絡(luò)延時、延時抖動、丟包率等QoS指標為約束條件，以最大化網(wǎng)絡(luò)能效和最小化網(wǎng)絡(luò)丟包率為目標，建立適用于電力通信網(wǎng)絡(luò)的帶約束的多目標QoS能效分級模型，具體如下：

(1)以能效最大化為目標，建立整體電力通信網(wǎng)絡(luò)的QoS能效分級模型；

定義t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)的能效為網(wǎng)絡(luò)吞吐量與網(wǎng)絡(luò)能耗之比，利用步驟2.1.2中所計算的滿足電力通信網(wǎng)絡(luò)要求的能耗和吞吐量，t時刻網(wǎng)絡(luò)的能效的計算公式為：

EE(t)=Thp(t)E(t)=r0(1-Πi=1n(1-LRi(ci(t),t)))ce×p+(1-p)×r(t)---(9)]]>

式中，網(wǎng)絡(luò)能效EE(t)是QoS等級c_i(t)的函數(shù)，c_e表示網(wǎng)絡(luò)容量，p表示網(wǎng)絡(luò)的固有能耗所占的比重，r(t)為網(wǎng)絡(luò)速率，r₀為數(shù)據(jù)流的初始速率；

這樣，得到整體電力通信網(wǎng)絡(luò)的QoS能效分級模型的目標函數(shù)為：

ci*(t)=argmaxEE(t)---(10)]]>

(2)確定該目標函數(shù)的約束條件：

約束1：各電力通信網(wǎng)絡(luò)的等級必須高于各網(wǎng)絡(luò)的最低門限值，公式為：

式中，為每個電力通信網(wǎng)絡(luò)的QoS等級下限；

約束2：當電力通信網(wǎng)絡(luò)i的QoS等級趨近于0時，認為網(wǎng)絡(luò)無連接，延時為無窮，公式為：

limci→0TDi(ci(t))=∞---(12)]]>

約束3：當網(wǎng)絡(luò)i的QoS等級趨于無窮時，認為網(wǎng)絡(luò)延時為0，公式為：

limci→∞TDi(ci(t))=0---(13)]]>

約束4：保證該最優(yōu)化問題有最優(yōu)解，公式為：

|∂TD(ci(t),t)∂t|<ϵn---(14)]]>

式中，ε一個遠小于1的常數(shù)，n為數(shù)據(jù)流所經(jīng)過的電力通信網(wǎng)絡(luò)個數(shù)；

約束5：當電力通信網(wǎng)絡(luò)i的QoS等級趨近于0時，認為網(wǎng)絡(luò)無連接，丟包率為100%，公式為：

limci→0LRi(ci(t))=1---(15)]]>

約束6：當網(wǎng)絡(luò)i的QoS等級趨于無窮時，丟包率為0，公式為：

limci→∞LRi(ci(t))=0---(16)]]>

約束7：保證能夠得到使網(wǎng)絡(luò)能效達到最大化的QoS等級值，公式為：

limci→0|∂LRi∂ci|<∞---(17)]]>

步驟2.1.4：利用人工魚群智能優(yōu)化算法求解步驟2.1.3提出的QoS能效分級模型的解，進而確定各電力通信網(wǎng)絡(luò)的QoS等級；

具體過程為：

(1)根據(jù)電力通信網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)來初始設(shè)置一系列QoS等級組，其中，每個QoS等級組由各電力通信網(wǎng)絡(luò)的QoS等級組成；

(2)計算初始的多組QoS等級組的能效值；

(3)比較各QoS等級組對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能效值大小，選擇能效最大QoS等級組；

(4)確定下一狀態(tài)的QoS等級組值，具體包括如下步驟：

(a)由用戶設(shè)置步長，各等級組以任意方向移動該步長，得到一組新的QoS等級組值；

(b)由用戶設(shè)置步長，找到所有等級組的中心位置，各等級組向中心位置移動該步長，得到一組新的QoS等級組值；

(c)由用戶設(shè)置不成，除最大網(wǎng)絡(luò)能效的QoS等級組外，其余QoS等級組向最大能效QoS等級組方向移動該步長；

(d)比較a,b,c三個步驟中所得到的QoS等級組，選擇能夠使電力通信網(wǎng)絡(luò)能效達到最大的QoS等級組值作為下一狀態(tài)的QoS等級組值；

(5)再選擇步驟(4)中的一系列QoS等級組值中網(wǎng)絡(luò)能效達到最大值，與步驟(3)所得到的網(wǎng)絡(luò)能效值進行比較，若大于，則將步驟(4)的結(jié)果替換步驟(3)中的值，并將最大值不變次數(shù)置為0，否則，步驟(3)中值保持不變，將能效最大值不變次數(shù)加1；

(6)判斷步驟(5)中最大值不變次數(shù)是否已達到用戶設(shè)置的上限，若達到，執(zhí)行步驟(7)，否則，執(zhí)行步驟(8)；

(7)對步驟(5)所得到的下一狀態(tài)QoS等級組進行變異，重新生成一系列QoS等級組值；

(8)判斷是否已經(jīng)達到最大迭代次數(shù)，若達到，則，輸出粗略最優(yōu)的QoS等級組值，即步驟(3)中的值，結(jié)束方法；若沒有達到，返回步驟(3)；

(9)利用模擬退火算法對于步驟(8)中所得到的粗略QoS最優(yōu)值進行進一步的細化搜索，得到各電力通信網(wǎng)絡(luò)全局最優(yōu)QoS解，具體包括以下步驟：

(a)初始化溫度系數(shù)；

(b)根據(jù)退溫系數(shù)生成新的溫度，在新的溫度下，計算一組新的QoS等級組值；

(c)若步驟(b)中的QoS等級組所對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)能效值大于之前求得的最大網(wǎng)絡(luò)能效值，則用步驟b中的QoS等級組值進行替換，否則以某一概率進行替換；

(d)判斷當前溫度是否已經(jīng)達到所設(shè)置的最低溫度，若達到，輸出最優(yōu)解，否則，返回步驟(b)；

步驟2.1.5：根據(jù)步驟2.1.4所得的最優(yōu)QoS等級組值，對各電力通信網(wǎng)絡(luò)中的路由器QoS值進行配置；

步驟2.2：將數(shù)據(jù)流在已配置好的電力通信網(wǎng)絡(luò)中從源網(wǎng)絡(luò)向目的網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力通信網(wǎng)絡(luò)QoS能效的分級方法，其特征在于：步驟2.1.2所述的計算電力通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能耗，計算方法如下：

根據(jù)步驟1中數(shù)據(jù)流的初始發(fā)射速率和步驟2.1.1中的延時和丟包率計算電力通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能耗，公式如下：

(1)計算電力通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量：將t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量Thp(t)定義為該時刻網(wǎng)絡(luò)中實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的大小，電力通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量的計算公式如下：

Thp(t)=r0(1-Πi=1n(1-LRi(ci(t),t)))---(6)]]>

式中，r₀為數(shù)據(jù)流的初始速率，t時刻吞吐量Thp(t)與數(shù)據(jù)流經(jīng)過的各網(wǎng)絡(luò)的丟包LR_i(c_i(t),t))有關(guān)，隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)丟包率的降低而升高；

(2)計算電力通信網(wǎng)絡(luò)的能耗：電力通信網(wǎng)絡(luò)的能耗與網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸速率有關(guān)，即隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)速率的增加而增加，對于t時刻，速率為r(t)的網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)絡(luò)能耗的計算公式如下：

E(t)=c_e×p+(1-p)×r(t)??(7)

式(7)中，c_e表示網(wǎng)絡(luò)容量，p表示網(wǎng)絡(luò)的固有能耗所占的比重，r(t)表示t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)的速率；

式(7)中，t時刻，電力通信網(wǎng)絡(luò)速率r(t)的計算公式如下：

r(t)=r0(1-Πi=1n(1-LRi(ci(t),t)))Σi=1nTDi(ci(t),t)---(8)]]>

式中，r₀為數(shù)據(jù)流的初始速率，TD_i(c_i(t),t)表示t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)i的延時，LR_i(c_i(t),t)表示t時刻電力通信網(wǎng)絡(luò)i的丟包率，1≤i≤n，0≤t≤T。