邢寧哲 常海嬌 李信 李財云

摘 要： 為了在保證用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下，提高對電力通信業(yè)務(wù)流量的接納能力，提出在電網(wǎng)終端與公網(wǎng)用戶共享頻譜資源場景下的博弈準(zhǔn)入控制策略。首先基于無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量自相似性建立網(wǎng)絡(luò)流量模型，根據(jù)電網(wǎng)和公網(wǎng)用戶的不同服務(wù)質(zhì)量需求計算不同網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的服務(wù)需求帶寬，之后提出電網(wǎng)和公網(wǎng)用戶之間基于古諾雙寡頭博弈的準(zhǔn)入控制優(yōu)化策略，用以實現(xiàn)帶寬資源在電網(wǎng)和公網(wǎng)之間的動態(tài)合理分配。仿真結(jié)果顯示，所提準(zhǔn)入控制方法能夠有效降低業(yè)務(wù)阻塞率，提高系統(tǒng)吞吐量上限。

關(guān)鍵詞： LTE電力行業(yè)應(yīng)用； 帶寬資源分配； 博弈論； 準(zhǔn)入控制策略； 阻塞率； 吞吐量

中圖分類號： TN915.6?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）15?0016?06

Terminal admission control strategy for LTE power industry application

XING Ningzhe1， 2， CHANG Haijiao1， LI Xin1， LI Caiyun3

（1. Information Communication Company， State Grid Jibei Electric Power Company， Beijing 100053， China；

2. School of Electronic and Information Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China；

3. Beijing InfoTel Network Testing Lab Company， Beijing 100088， China）

Abstract： On the premise of ensuring the service quality of users， and improving the traffic admitting ability of power communication service， a game theory based admission control scheme for power grid terminal and public users′ co?existence spectrum resource is proposed. The network traffic model is established on the basis of self?similarity of wireless network business traffic， and then the service requirement bandwidth of different network services is calculated according to different service quality requirements of power grid users and public grid users. A Gounod duopoly game based admission control optimization strategy for power grid users and public grid users is proposed to realize the dynamic reasonable allocation of bandwidth resource between power grid and public grid. The simulation results show that the admission control strategy can reduce the business blocking rate effectively， and improve the upper limit of the system throughput.

Keywords： LTE power industry application； bandwidth resource allocation； game theory； admission control strategy； blocking rate； throughput

0 引 言

LTE電力行業(yè)應(yīng)用是指電力公司通過租賃公網(wǎng)運營商的無線網(wǎng)絡(luò)，充分利用LTE技術(shù)高帶寬、低時延、全IP、扁平化與全時在線等優(yōu)勢為電力行業(yè)提供安全可靠的通信保障。此時，普通公網(wǎng)用戶終端與電網(wǎng)行業(yè)終端共享同一蜂窩網(wǎng)下有限的無線頻譜資源。但是隨著電力通信網(wǎng)的規(guī)模與復(fù)雜度的增加，各類業(yè)務(wù)越來越廣泛，因此其承載了大量周期性和突發(fā)性流量，這就導(dǎo)致電網(wǎng)行業(yè)終端與公網(wǎng)用戶終端競爭有限的頻譜資源。由于電力行業(yè)終端的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求[1]與公網(wǎng)用戶存在差異性，不合理的資源分配方式將會造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，導(dǎo)致用戶丟包率上升，服務(wù)質(zhì)量惡化。因此，需要針對電網(wǎng)通信終端和公網(wǎng)用戶終端共存的LTE電力行業(yè)應(yīng)用場景設(shè)計新的擁塞避免策略，來合理分配公網(wǎng)用戶與電網(wǎng)終端之間的頻譜資源，同時為系統(tǒng)內(nèi)的兩類服務(wù)提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。

在眾多無線資源管理技術(shù)中，準(zhǔn)入控制機制（Admission Control，AC）可有效緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。AC是指根據(jù)新業(yè)務(wù)請求的業(yè)務(wù)特征、服務(wù)質(zhì)量需求和系統(tǒng)當(dāng)前可用資源，設(shè)計合理的準(zhǔn)入判決準(zhǔn)則，判決是否接收這個新業(yè)務(wù)請求。傳統(tǒng)的呼叫準(zhǔn)入控制研究主要包括基于系統(tǒng)門限的準(zhǔn)入控制和基于接入概率的準(zhǔn)入控制。文獻[2]根據(jù)帶寬可用性感知提出貪婪性選擇準(zhǔn)入控制機制。文獻[3]采用分?jǐn)?shù)功率指標(biāo)作為接入概率來實現(xiàn)準(zhǔn)入控制機制。但目前這些準(zhǔn)入控制方法都基于固定帶寬分配，沒有考慮網(wǎng)絡(luò)資源分配的整體優(yōu)化，因此不能實現(xiàn)頻譜資源在電網(wǎng)和公網(wǎng)業(yè)務(wù)之間的合理分配。

為了解決這個問題，本文首先對行業(yè)應(yīng)用下通信業(yè)務(wù)流量的自相似性展開分析，并利用無線網(wǎng)絡(luò)的流量自相似特點對LTE電力無線網(wǎng)中公網(wǎng)業(yè)務(wù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)進行流量建模，計算滿足業(yè)務(wù)QoS的最優(yōu)分配帶寬。然后在此基礎(chǔ)上提出面向LTE電力行業(yè)應(yīng)用的終端準(zhǔn)入控制機制（Cellular?Power devices Gaming?AC，CPG?AC），通過對頻譜資源獲取的雙方博弈優(yōu)化，實現(xiàn)在電網(wǎng)行業(yè)終端與公網(wǎng)用戶共存的網(wǎng)絡(luò)場景下無線帶寬資源的合理分配。

1 無線網(wǎng)絡(luò)自相似性研究

對于公網(wǎng)來說，隨著無線網(wǎng)絡(luò)逐漸向IP分組化轉(zhuǎn)變以及網(wǎng)絡(luò)突發(fā)業(yè)務(wù)流量的增加，無線網(wǎng)絡(luò)流量特性變得更加復(fù)雜。諸多研究[4?7]顯示，無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量具有自相似性，即在不同的時間尺度下，無線網(wǎng)絡(luò)流量的突發(fā)性變化都不會消失，且流量模式具有相同的統(tǒng)計特性。

隨著智能電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，能夠提供的電網(wǎng)業(yè)務(wù)種類不斷增多，對于配電信息網(wǎng)能夠承載的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量以及提供的服務(wù)質(zhì)量提出更高的要求，因此，配電信息網(wǎng)提供的通信業(yè)務(wù)類型從最初的窄帶通信業(yè)務(wù)逐漸轉(zhuǎn)化為如今以IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主體，綜合語音、視頻和多媒體的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。研究[8?9]表明，如今的配電通信網(wǎng)的流量模式與普通公網(wǎng)一樣，都具有自相似、長相關(guān)的特點。因此在公網(wǎng)業(yè)務(wù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)共存的網(wǎng)絡(luò)場景中，本文選擇基于流量自相似性描述多種類型業(yè)務(wù)共存模式下的網(wǎng)絡(luò)特性，進而預(yù)測不同業(yè)務(wù)帶寬需求。最后基于某一時刻公網(wǎng)和電網(wǎng)業(yè)務(wù)不同帶寬需求，采用博弈論方法進行帶寬資源的合理分配。

1.1 自相似過程定義

漸進自相似過程定義為：對于廣義平穩(wěn)隨機過程[X=Xi，i=1，2，…]，[Xi]代表第[i]個單位時間內(nèi)到達的業(yè)務(wù)流量，其自相似函數(shù)可表示為[rk=EXi-μXi+k-μσ2，i，k=0，1，2…]。假設(shè)[rk]滿足：[rk～k-βLk]，其中，[Lk] 是一個[k→∞]趨勢下的緩變函數(shù)，即[limLtxLtx=1]，對所有的[X>0]成立。

令[Xmk=Xkm-m+1+…+Xkmm]，記變量[Xk]的[m]階疊加過程為[Xm=Xm1，Xm2，…]，對應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)為[rmk]。如果[rmk=rk，?m，k∈Z+]，則[X]是[H=1-β2]的嚴(yán)格二階自相似過程[4]，其中[H]又稱為Hurst參數(shù)，用來描述流量的自相似性，[H]越大，流量的自相似程度越高。

1.2 ON/OFF數(shù)據(jù)源疊加模型

本文采用ON/OFF模型[10]進行流量建模，它能夠很好地描述自相似性業(yè)務(wù)流量的產(chǎn)生過程。設(shè) [Xit，i∈[1，N]]為[N]個彼此不相關(guān)的數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)源[Xit]具有由其業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求決定的ON/OFF周期。[Xit]交替產(chǎn)生1或0值，分別對應(yīng)ON/OFF狀態(tài)。[Xit=1]，意味著ON期間在時刻[t]以一定的速率發(fā)送一個數(shù)據(jù)包；而[Xit=0]，意味著OFF期間在時刻[t]不發(fā)送任何數(shù)據(jù)。在時刻[t]，[N]個數(shù)據(jù)包疊加，其合成流量可表示為：

[XallNTt=i=1NXi（Tt）] （1）

設(shè)[T]為時間拓展因子，在[0，Tt]內(nèi)鏈路上聚合的數(shù)據(jù)量（在[t]時刻到達的流量）為：

[WallNTt=0TtXallNudu=0Tti=1NXi（u）du] （2）

當(dāng)[N→∞，T→∞]時，流量模型[WallNTt，t≥0]與分形布朗運動過程具有類似的統(tǒng)計特性[11]。選擇重尾分布對ON/OFF過程進行描述，則有概率分布函數(shù)：

[FONt=1-βONtαONFOFFt=1-βOFFtαOFF] （3）

式中：[βON，βOFF]是Pareto分布的位置參數(shù)；[αON，αOFF]是Pareto分布的形狀參數(shù)，反映了ON和OFF狀態(tài)下分布曲線的重尾程度。

根據(jù)文獻[12]，對于同樣的業(yè)務(wù)而言，假設(shè)用戶滿足相同的Pareto分布，[WallNTt，t≥0]可表示為：

[WallNTt=NTμONμON+μOFFt+THNσminBHTt] （4）

式中：[μON，μOFF]為ON階段和OFF階段時間長度的均值；[BHTt]為增量平穩(wěn)的分形布朗運動，且[BH0=0]；[σmin]為有限正常數(shù)。

由式（4）可知，基于ON/OFF模型的無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型由兩部分組成，[NTμONμON+μOFFt]體現(xiàn)了用戶數(shù)量的累積所導(dǎo)致的業(yè)務(wù)流量的改變，而[σminBHTt]代表分形布朗過程，說明突發(fā)性變化在任何時間規(guī)模上都不會消失，體現(xiàn)了業(yè)務(wù)流量的自相似性[12]，且[H]越大，重尾分布的拖尾現(xiàn)象越明顯，網(wǎng)絡(luò)流量自相似性越高。

根據(jù)[WallNTt]的物理意義可知，平均輸入系統(tǒng)緩存的速率[v]為：

[v=EWallNTt=NμONμON+μOFF] （5）

同時，反映其波動程度的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)[Vσ]為：

[Vσ=varWallN1EWallN1=kNv=kNμON+μOFFμON] （6）

1.3 業(yè)務(wù)需求帶寬計算

LTE電力行業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)同時承載公網(wǎng)業(yè)務(wù)和電網(wǎng)業(yè)務(wù)。其中，公網(wǎng)業(yè)務(wù)是指提供給普通商業(yè)用戶使用的集成數(shù)據(jù)、語音、視頻的綜合業(yè)務(wù)。電網(wǎng)業(yè)務(wù)則指的是由配電通信網(wǎng)承載的用來監(jiān)測和保證電網(wǎng)正常運行的業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)主要應(yīng)用于用電信息采集、配網(wǎng)自動化、電網(wǎng)視頻監(jiān)控等各系統(tǒng)之間的互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。

由于公網(wǎng)業(yè)務(wù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)在應(yīng)用上的差異性，因此需要滿足不同的服務(wù)質(zhì)量要求。商業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要承載Web業(yè)務(wù)與視頻業(yè)務(wù)，這兩類業(yè)務(wù)能夠容忍網(wǎng)絡(luò)處理傳輸過程中存在一定的延遲，但是考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳遞信息的重要性以及丟包率過高會造成數(shù)據(jù)丟失，因此在公網(wǎng)業(yè)務(wù)需求帶寬的計算中主要考慮丟包率帶來的影響。對于由LTE所承載的配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)來說，數(shù)據(jù)傳輸主要是保障時延，其是保證智能電網(wǎng)可靠、安全、高效的關(guān)鍵，因此在計算電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求帶寬時主要考慮時延的QoS需求。

1.3.1 滿足丟包率的業(yè)務(wù)需求帶寬計算

考慮網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的丟包率主要由緩沖區(qū)溢出產(chǎn)生，因此將業(yè)務(wù)的丟包率映射為緩沖區(qū)的溢出概率，用[ε]表示。設(shè)在一段時間系統(tǒng)服務(wù)速率為[C]，為業(yè)務(wù)分配有效帶寬，緩存隊列長度應(yīng)滿足：

[Xt=supτ≥0WallNt+τ-WallNt-Cτ] （7）

設(shè)基站接納系統(tǒng)的緩沖區(qū)大小為[b]，則服務(wù)器隊列的溢出概率[ε]為：

[ε=PXτ>b≥maxτ≥0PWallNτ>Cτ+b] （8）

根據(jù)文獻[13]，求解一定LTE基站溢出概率下的自相似業(yè)務(wù)帶寬需求預(yù)測模型，可以得到隊列長度大于[b]的概率為：

[PXτ>b≥maxτ≥0?C-vτ+bvVσ?τH] （9）

根據(jù)參考文獻[13]對式（9）求導(dǎo)，即可得到滿足溢出概率需求的服務(wù)帶寬：

[ΔCεε，H=v+Hb1-HH-1vVσ?-1ε1H] （10）

1.3.2 滿足時延的業(yè)務(wù)需求帶寬計算

本文主要考慮由于消息在緩存隊列中排隊等待而產(chǎn)生的排隊時延。由于電網(wǎng)業(yè)務(wù)的特性，對時延有嚴(yán)格的要求。下面根據(jù)文獻[12]提出的計算方法獲得滿足時延需求的有效帶寬。

設(shè)系統(tǒng)平均時延[Tdelay]為：

[Tdelay=BΔCd] （11）

式中：[C]為系統(tǒng)服務(wù)速率，即為業(yè)務(wù)分配有效帶寬；[B]為平均隊列長度。

[B=212K2-12K1-1K2K2?γ12K2+12，12K1K2-K2bK22] （12）

式中：[K1=1vVσ?C-vHH；K2=1-H]。

計算式（11），式（12）即可得到滿足時延需求的服務(wù)帶寬[ΔCdTdelay，H]。

2 基于博弈論準(zhǔn)入控制策略

電力通信無線業(yè)務(wù)大部分采用租用移動通信運營商的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，運營商作為第三方將有限的頻譜資源分配給普通用戶與電力行業(yè)終端同時使用，因此需要設(shè)定合理的動態(tài)頻譜分配策略，同時保證電力行業(yè)終端和普通公網(wǎng)用戶的QoS需求，提高有限頻譜資源利用率，緩解系統(tǒng)擁塞。這種情況下可以把運營商作為主系統(tǒng)，將有限的頻譜資源分配給次系統(tǒng)：電力通信網(wǎng)絡(luò)和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。此時次系統(tǒng)之間相互競爭主系統(tǒng)資源，因此可以采用古諾雙寡頭博弈模型分析次系統(tǒng)之間的頻譜分配問題。

2.1 基于古諾雙寡頭博弈的帶寬資源分配模型

2.1.1 古諾雙寡頭模型基礎(chǔ)

古諾雙寡頭博弈模型[14]是指在一個市場中假設(shè)僅存在兩個參與者，兩者之間沒有任何聯(lián)盟或通信，但雙方都知道彼此的策略集合和收益函數(shù)，需要研究如何設(shè)定最優(yōu)策略，即選擇合適的產(chǎn)量最大化自身的收益。假定兩個參與者在某一段時間內(nèi)生產(chǎn)完全相同的產(chǎn)品，產(chǎn)量分別為[q1]和[q2]，因此市場總產(chǎn)出為[q1+q2]，設(shè)[Pq]表示產(chǎn)品單價，與產(chǎn)品總數(shù)負相關(guān)。同時，假設(shè)參與者[i]的生產(chǎn)成本為[Ciq，i=1，2]，則參與者[i]的收益函數(shù)為：

[Uiq1，q2=Pqiqi-Ci（qi）] （13）

若納什均衡組合[q*1，q*2]存在，則該組合應(yīng)該滿足一階導(dǎo)數(shù)為0，即：

[?U1q1，q2?q1=0?U2q1，q2?q2=0] （14）

求解式（14），即可得到納什均衡解。

2.1.2 帶寬資源分配模型

在同時承載公網(wǎng)業(yè)務(wù)以及電網(wǎng)業(yè)務(wù)的LTE無線網(wǎng)絡(luò)中，通過建立博弈模型合理進行頻譜資源分配，博弈雙方為普通商業(yè)用戶業(yè)務(wù)和電網(wǎng)通信終端業(yè)務(wù)。每個博弈方都期望獲得較大的帶寬資源分配以提高QoS滿意度，然而如果一味地給某一方提供高帶寬資源分配，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負載增大，降低另一方的效用函數(shù)。將博弈方[i]由于帶寬分配帶來的服務(wù)質(zhì)量滿意度作為博弈方[i]的收益。博弈方[i]因為使用了頻譜資源而帶來網(wǎng)絡(luò)負載的增量作為博弈方[i]的成本，每個博弈方在效用與代價之間尋找最佳的平衡點，使每個博弈方都能獲得最優(yōu)的凈收益。

資源分配博弈為[G=S=x1，x2，U=u1，u2]，其中：[x1，x2]為策略空間，[x1]為普通商業(yè)用戶業(yè)務(wù)被分配到的頻譜資源，[x2]為電力通信終端業(yè)務(wù)被分配到的頻譜資源；[u1，u2]分別是普通商業(yè)用戶業(yè)務(wù)和電力通信終端業(yè)務(wù)的凈效用函數(shù)。引用古諾雙寡頭博弈模型可認(rèn)為博弈方的凈收益等于收益減去成本。

博弈方的收益函數(shù)用獲得的QoS滿意度來衡量，常數(shù)[λi]為QoS的定價因子，[λi]會隨著用戶業(yè)務(wù)優(yōu)先的升高而增大，以此保證更高優(yōu)先級業(yè)務(wù)頻譜資源的分配。用戶的QoS滿意度會隨著網(wǎng)絡(luò)分配給它的帶寬的增加而增加，然而QoS滿意度收益并不是呈線性增長的，因為隨著網(wǎng)絡(luò)為用戶分配的帶寬的增加，QoS滿意度會更多地受限于其他的網(wǎng)絡(luò)因素，同時網(wǎng)絡(luò)負載的加重會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)已存在用戶的丟包率上升，服務(wù)質(zhì)量下降。對于用戶而言，隨著網(wǎng)絡(luò)給用戶分配的帶寬的增大，QoS滿意度收益增長變慢，因此用凹函數(shù)即對數(shù)函數(shù)來衡量帶寬資源分配帶來的QoS滿意度。同時考慮到商業(yè)網(wǎng)要滿足丟包率的最低服務(wù)帶寬需求[ΔCε]，因此商業(yè)網(wǎng)用戶的收益函數(shù)為：

[input1=λ1loga1x1-ΔCε] （15）

電網(wǎng)要滿足時延的最低服務(wù)帶寬需求[ΔCd]，因此電網(wǎng)用戶的收益函數(shù)為：

[input2=λ2loga2x2-ΔCd] （16）

網(wǎng)絡(luò)分配給用戶的帶寬越多，對自身負載造成的影響越大。網(wǎng)絡(luò)負載的大小會影響網(wǎng)絡(luò)中用戶的服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)負載的加重會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中用戶的丟包率上升。本文的網(wǎng)絡(luò)代價主要考慮由于給兩類業(yè)務(wù)劃分需求帶寬對于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)造成的負載增量。因此，博弈方的代價函數(shù)可表示為：

[cos ti=kixiWth?Eavg-xj， i=1，2； j=3-i] （17）

式中：[Wth]為系統(tǒng)可用帶寬資源；[Eavg]表示對所有用戶的平均頻譜效率；[ki]為常數(shù)，是對負載影響的放大系數(shù)；[xi]為給網(wǎng)絡(luò)[i]劃分的需求帶寬。

綜上，商業(yè)網(wǎng)用戶和電力通信網(wǎng)終端的帶寬資源分配凈效用模型分別為：

[max u1x1，x2=λ1loga1x1-ΔCε-k1x1Wth?Eavg1-x2max u2x1，x2=λ2loga2x2-ΔCd-k2x2Wth?Eavg2-x1 s.t. x1Eavg1+x2Eavg2≤Wth]

（18）

根據(jù)式（14），由式（18）可解得：

[x1=ΔCε+Wth?Eavg1-x2λ1k1ln a1x2=ΔCd+Wth?Eavg2-x1λ2k2ln a2] （19）

最后確定使得兩個最優(yōu)反應(yīng)函數(shù)同時成立的[xi]的取值，即同時滿足[u1x*2=x*1]和[u2x*1=x*2]的[x*1，x*2]作為商業(yè)網(wǎng)用戶和電力通信網(wǎng)終端最優(yōu)分配帶寬為：

[x1=Wth?Eavg11-β2+ΔCεβ1-ΔCdβ1-β2x2=Wth?Eavg21-1β1+ΔCd1β2-ΔCε1β2-1β1] （20）

式中：[ β1=k1ln a1λ1]；[ β2=λ2k2ln a2]。

2.2 電網(wǎng)和公網(wǎng)用戶共存場景下的共享頻譜資源博弈的準(zhǔn)入控制策略

傳統(tǒng)的資源分配方法為電力通信網(wǎng)租用固定大小的公網(wǎng)帶寬資源來使用，這會導(dǎo)致在電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)輕負載狀態(tài)下，所租用的固定大小的帶寬資源因為閑置而浪費；但是在重負載狀態(tài)下，租用的帶寬資源有限，有可能不能滿足電網(wǎng)發(fā)生緊急情況時突發(fā)性流量需求，造成高丟包率與高時延，無法保證電力通信的可靠性。因此，本文提出面向電力通信網(wǎng)終端與公網(wǎng)用戶共存場景的博弈準(zhǔn)入控制機制CPG?AC。首先基于自相似理論，根據(jù)Hurst參數(shù)及QoS需求進行服務(wù)帶寬自主優(yōu)化，然后基于古諾雙寡頭博弈模型為兩類業(yè)務(wù)終端動態(tài)分配帶寬資源，從而提高有限帶寬資源的利用率，保證兩個網(wǎng)絡(luò)的QoS需求。該方法具有大尺度時間自主特性，并能應(yīng)對突發(fā)性較強的公網(wǎng)與電網(wǎng)的無線分組業(yè)務(wù)。策略流程如下：

1. 持續(xù)監(jiān)測小區(qū)流量，檢測[Hurst]參數(shù)變化

2. 根據(jù)緩沖區(qū)大小[ε]與時延[Tdelay]計算最低業(yè)務(wù)需求帶寬[ΔCε，ΔCd]

3. 根據(jù)古諾雙寡頭模型計算最優(yōu)帶寬資源分配[x1，x2]

4. 新業(yè)務(wù)到達，計算新業(yè)務(wù)需求帶寬[ΔC1，ΔC2]

5. 如果滿足以下條件，則接入業(yè)務(wù)；否則，拒絕接入。

[ΔC1

[ΔC2

6. 如果分配的帶寬資源[x1，x2]用完，則回到步驟1重新計算，適合當(dāng)下系統(tǒng)流量需求的電網(wǎng)和公網(wǎng)之間的帶寬資源分配

該策略首先通過網(wǎng)管實體對小區(qū)的業(yè)務(wù)流量進行監(jiān)測，根據(jù)變化的Hurst參數(shù)，依據(jù)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和電力通信網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)的QoS值，采用上文的方法計算滿足時延、丟包率等指標(biāo)的等效帶寬；然后利用古諾雙寡頭博弈模型推算兩種不同網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的最優(yōu)分配帶寬；最后更新小區(qū)級相關(guān)控制參數(shù)。如果小區(qū)中電力通信網(wǎng)新到達業(yè)務(wù)的需求帶寬小于系統(tǒng)分配給電網(wǎng)的帶寬資源[x2]，則準(zhǔn)許接入，否則拒絕；如果小區(qū)中公網(wǎng)新到達業(yè)務(wù)的需求帶寬小于系統(tǒng)分配給公網(wǎng)的帶寬資源[x1]，則準(zhǔn)許接入，否則拒絕。

3 仿真結(jié)果

首先建立基站服務(wù)模型，基站同時服務(wù)電網(wǎng)和公網(wǎng)用戶，仿真假設(shè)只考慮兩個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用ON/OFF模型進行建模，具體仿真參數(shù)如表1所示。

圖1為當(dāng)固定業(yè)務(wù)請求量時，不同可用帶寬資源下利用CPG?AC策略分別為電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)和公網(wǎng)業(yè)務(wù)進行帶寬分配的情況。可以看到，電力通信網(wǎng)與公網(wǎng)分配到的帶寬隨著系統(tǒng)可用帶寬的增大而增大。而由于本文的LTE電力無線通信網(wǎng)需要在保證電網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上同時保證公網(wǎng)大數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。因此，認(rèn)為在LTE電力無線通信網(wǎng)中對公網(wǎng)數(shù)據(jù)速率的保證能力要大于電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)，且公網(wǎng)分配到的帶寬資源比例要比電網(wǎng)大。由此可以看到，本文提出的針對電網(wǎng)和公網(wǎng)用戶共存場景的準(zhǔn)入控制機制可以在保證電力通信網(wǎng)服務(wù)的情況下盡可能提高公網(wǎng)通信網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。

由于帶寬根據(jù)流量自相似性動態(tài)分配，系統(tǒng)的接納能力會整體提高，圖2顯示了不同用戶數(shù)存在時，CPG?AC同固定帶寬分配的AC在呼叫阻塞率方面的比較，從圖中可以看出，在系統(tǒng)負載較低時，CPG?AC能夠有效推遲阻塞發(fā)生。在高負載時，CPG?AC策略通過動態(tài)調(diào)整電力通信網(wǎng)和公網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬，提升了資源利用率，使得系統(tǒng)阻塞率下降，并且業(yè)務(wù)量越大，CPG?AC優(yōu)化的效果越明顯。因此，CPG?AC策略能有效延緩系統(tǒng)擁塞的發(fā)生。

圖3顯示了不同用戶數(shù)存在時采取CPG?AC和固定帶寬分配的AC策略下系統(tǒng)吞吐量的情況。從圖3中可以看到，當(dāng)系統(tǒng)負載較低時，基于固定頻譜資源分配的AC策略與本文提出的CPG?AC策略有相同的吞吐量增長曲線。然而隨著系統(tǒng)負載加重，CPG?AC策略能夠根據(jù)當(dāng)前不同業(yè)務(wù)流量的Hurst自相似感知，動態(tài)調(diào)整帶寬資源在公網(wǎng)用戶和電力通信行業(yè)終端之間的合理分配，以此來推遲系統(tǒng)達到飽和的時間，提高系統(tǒng)吞吐量上限。綜上分析，CPG?AC策略能夠根據(jù)系統(tǒng)流量需求動態(tài)調(diào)整電力通信網(wǎng)與公網(wǎng)之間業(yè)務(wù)帶寬分配，從而提高頻譜資源利用率，緩解擁塞發(fā)生。

4 結(jié) 論

本文從無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的自相似性分析出發(fā)，計算滿足電力通信網(wǎng)與公網(wǎng)業(yè)務(wù)不同服務(wù)質(zhì)量要求的最低需求帶寬。在此基礎(chǔ)上采用古諾雙寡頭博弈模型確定電力通信網(wǎng)與普通公網(wǎng)終端業(yè)務(wù)之間的最優(yōu)帶寬資源分配，并以此為基礎(chǔ)得到CPG?AC策略，最后對該策略效果進行仿真驗證。通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CPG?AC策略能有效降低業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的阻塞率，提升系統(tǒng)吞吐量上限。未來的研究工作中將進一步考慮更多類型的電力通信與公網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS需求，實現(xiàn)LTE電力行業(yè)應(yīng)用下針對多類型業(yè)務(wù)的準(zhǔn)入控制策略。

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