薛宏利，蔡澤祥，胡凱強,王薇，劉媛媛

(1國網(wǎng)益陽供電公司，湖南 益陽 413000；2華南理工大學 電力學院，廣東 廣州 510641)

隨著能源戰(zhàn)略轉型的推進和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，海量分布式能源和配用電系統(tǒng)智能設備大量接入配電網(wǎng)。在異構多源業(yè)務數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長的同時，配用電業(yè)務呈現(xiàn)體量大、種類多、通信要求各異等顯著特點，傳統(tǒng)配用電自動化系統(tǒng)架構難以滿足新形勢下配用電業(yè)務通信實時性、可靠性和安全性等需求[1-3]。

配用電物聯(lián)網(wǎng)作為新形勢下配用電自動化系統(tǒng)的解決方案，利用物聯(lián)網(wǎng)“云管邊端”架構和先進的通信技術實現(xiàn)海量異構業(yè)務數(shù)據(jù)的接入，可有效提升配用電系統(tǒng)、終端的信息化、智能化水平[4-5]。邊緣物聯(lián)網(wǎng)關作為業(yè)務數(shù)據(jù)匯聚接入和處理轉發(fā)的中轉站，具有數(shù)據(jù)協(xié)議識別、數(shù)字標簽和優(yōu)先級調度等功能，是配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務通信過程中的關鍵節(jié)點。在海量異構業(yè)務數(shù)據(jù)突發(fā)接入時，邊緣物聯(lián)網(wǎng)關面臨著巨大的通信壓力，如何有效保障配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的通信需求是亟需研究的問題[6]。

目前針對保障電力業(yè)務通信需求的研究集中在業(yè)務帶寬分配、數(shù)據(jù)包調度等方面。文獻[7]提出基于M/M/1/k排隊模型的帶寬計算方法，根據(jù)各類配用電信息采集業(yè)務的通信需求預測最佳分配帶寬，計算方法簡單但未對不同業(yè)務進行區(qū)分，分析精度低。文獻[8-11]理論分析配用電業(yè)務在介質訪問控制(media access control，MAC)接入過程中的性能指標，并將其作為業(yè)務通信調度的決策依據(jù)；該方法分析精度高但計算模型復雜，實用性差。對于電力業(yè)務數(shù)據(jù)包的調度方法，傳統(tǒng)方法如先進先出(first input first output，F(xiàn)IFO)算法、動態(tài)價值密度(dynamic value density，DVD)算法、最早截止期優(yōu)先(earliest deadline first，EDF)算法等[12-13]，均只考慮單一業(yè)務特性，難以應對海量異構業(yè)務數(shù)據(jù)突發(fā)接入時的通信需求。文獻[14]結合數(shù)據(jù)報文的重要度及最大等待時間，提出一種復雜度較低且可保證不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的公平性隊列調度算法，這種方法采用靜態(tài)優(yōu)先級進行調度，但沒有考慮業(yè)務通信的時效性。文獻[15-18]建立改進加權公平隊列模型，用于需求響應業(yè)務各類信息的通信隊列調度，在保證實時性業(yè)務接入的情況下，盡量減少非實時性業(yè)務的等待延時；這種方法僅針對電力需求響應場景下的業(yè)務接入，應用范圍小。文獻[19]提出多業(yè)務服務質量(quality of service，QOS)保障的資源分配策略，以最大化基于有效容量的系統(tǒng)總效用為目標進行業(yè)務接入，但未考慮業(yè)務之間的動態(tài)搶占，系統(tǒng)業(yè)務的整體接入成功率不高。

針對現(xiàn)有研究的不足，本文提出一種基于動態(tài)優(yōu)先級的配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務調度策略。首先根據(jù)配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的通信需求和重要性評估業(yè)務通信價值，作為業(yè)務通信調度的重要參考；然后基于業(yè)務通信價值建立多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型，分析邊緣物聯(lián)網(wǎng)關處理轉發(fā)各類業(yè)務的平均排隊延時，為業(yè)務調度提供理論支撐；其次，綜合考慮業(yè)務剩余價值密度和業(yè)務執(zhí)行迫切性，建立業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級因子，并結合業(yè)務搶占機制和設置搶占閾值，提出基于動態(tài)優(yōu)先級的業(yè)務調度策略；最后，通過OPNET仿真分析驗證該調度策略的有效性。

1 配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務及其通信價值評估

1.1 配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務

根據(jù)配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的功能和特性，總體上將其分為運行控制類和信息采集類2大類[20]。其中運行控制類業(yè)務包括配電網(wǎng)自動化、用電負荷需求側響應和分布式能源調控等，可以實現(xiàn)配電網(wǎng)監(jiān)測、控制和快速故障隔離等功能。信息采集類業(yè)務主要包括低壓集抄、設備運行狀態(tài)監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等，功能包括對用戶、設備和環(huán)境等進行信息采集、處理和實時監(jiān)控。

不同配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務之間的重要性和通信需求存在差異。運行控制類業(yè)務影響著配電網(wǎng)中生產、控制等關鍵步驟，重要性高，突發(fā)性強，但業(yè)務數(shù)據(jù)量小，發(fā)生頻率低，對配用電物聯(lián)網(wǎng)的通信帶寬、傳輸延時、丟包率和安全性等有較高要求。信息采集類業(yè)務覆蓋的對象類型和數(shù)量多，業(yè)務數(shù)據(jù)量巨大，周期性強，對通信的傳輸延時、丟包率和安全性等要求并不高。

1.2 業(yè)務通信價值評估

業(yè)務通信價值不僅能評估業(yè)務經(jīng)過通信網(wǎng)絡達到目的地所帶來的效益，還能反映當業(yè)務通信存在故障或發(fā)生中斷時，對業(yè)務系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成的損失程度[21]。引入業(yè)務通信價值來評估配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務在通信中的重要程度，運用特征指標法結合通信需求和重要性來計算不同配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的通信價值[22]，為業(yè)務調度提供參考。

定義：B={bi}(i=1,2,…,N)為業(yè)務集，共N種業(yè)務；Q={qm}(m=1,2,…,M)為影響業(yè)務通信價值的特征指標集合，共M個指標。定義si(qm)為業(yè)務bi在特征指標qm下的要求標準：如果bi在指標qm下相對于其他業(yè)務要求最低，則si(qm)=1；如果bi在指標qm下相對于其他業(yè)務要求最高，則si(qm)=Sbi。Sbi體現(xiàn)了業(yè)務集合B在qm下的需求差異程度，表示所有業(yè)務在qm下有Sbi種不同需求。定義BN(qm,bi)為bi在qm下的排序序號，B(qm,BN)為在qm下排序序號為BN的業(yè)務，定義特征指標集Q和業(yè)務集B到正整數(shù)域的映射f：Q×B→Z+，有

(1)

式中：B(qm,BN)?B(qm,BN-1)表示在特征指標qm下，排序序號為BN的業(yè)務需求比排序序號為BN-1的業(yè)務高；B(qm,BN)?B(qm,BN-1)表示排序序號為BN的業(yè)務需求與排序序號為BN-1的業(yè)務相同。通過映射f：Q×B→Z+可以獲得業(yè)務bi在特征指標qm下的要求標準si(qm)。根據(jù)指標要求標準計算各類業(yè)務之間的相對通信價值矩陣A(qm)N×N，其元素

(2)

式中aij(qm)表示bi在qm下相對于業(yè)務bj的通信價值大小，bi∈B、bj∈B。由式(2)可知，aij(qm)有Sbi+1個取值可能，即bi在qm下相對于bj的通信價值有Sbi+1種等級，其取值與Sbi有關，aij(qm)值越大，表示bi在qm下相對于bj的通信價值越高。對特征指標集合Q中所有指標下的業(yè)務相對通信價值矩陣進行求和，得到業(yè)務綜合相對通信價值矩陣CN×N，其元素

(3)

對矩陣C第i行元素求和，得到業(yè)務bi較其他業(yè)務的綜合相對通信價值

(4)

對ci,sum進行歸一化處理，映射到區(qū)間[X,1]﹝X∈(0,1)﹞上，得到業(yè)務bi的通信價值

(5)

根據(jù)所涉及的7類配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，本文取X=0.2，將業(yè)務最大通信價值和最小通信價值的距離設定為5倍，使得業(yè)務通信價值評估具有良好的區(qū)分性，能夠有效指導業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級調度。根據(jù)業(yè)務通信需求和重要性，按照式(1)—(5)計算業(yè)務通信價值，結果見表1。

表1 配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務特征指標及其通信價值

2 配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務調度策略

2.1 多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型

從統(tǒng)計角度來看，配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)在某一時刻成批到達邊緣物聯(lián)網(wǎng)關緩存隊列，并且數(shù)據(jù)包到達間隔時間符合均值為λ的泊松分布，邊緣物聯(lián)網(wǎng)關以服務時間服從參數(shù)為μ的負指數(shù)分布處理轉發(fā)緩存隊列中的數(shù)據(jù)包[23]。

基于多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型的邊緣物聯(lián)網(wǎng)關將優(yōu)先滿足高通信價值業(yè)務的服務需求，在緩存隊列里體現(xiàn)為高通信價值業(yè)務數(shù)據(jù)包具有高優(yōu)先級。多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型如圖1所示。業(yè)務通信價值越高，數(shù)據(jù)包排名越靠前，具有相同通信價值的業(yè)務，按照先到先服務的策略排隊。

在時間T內到達的同一批業(yè)務數(shù)據(jù)包共有K種類型，即存在K種優(yōu)先級，緩存隊列平均長度為L，現(xiàn)分析第k優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的平均排隊時間Tk。由圖1可知，Tk分為3個部分，分別為前一批次數(shù)據(jù)包處理時間tp、更高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包處理時間th和同優(yōu)先級排在前面的數(shù)據(jù)包處理時間tq。

圖1 多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型

假設隊列中包含n個前一批次到達的數(shù)據(jù)包，由于n的不確定性，tp可表示為

(6)

式中pn為n取各個值的概率，且當排隊系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時，pn滿足[24]：

(7)

定義Ni為隊列中第i優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的個數(shù)，則

(8)

假設該第k優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在隊列同優(yōu)先級數(shù)據(jù)包中排第j，則

(9)

式中pj為j取各個值的概率，且pj=1/Nk。綜合式(6)—(9)，可求得

(10)

根據(jù)Little定律[25]對本文多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型進行分析，可得

(11)

聯(lián)立式(10)、式(11)可以進一步求得

(12)

綜上分析可知，各類業(yè)務在邊緣物聯(lián)網(wǎng)關緩存隊列的平均排隊時間與業(yè)務到達率、服務率、排隊次序以及各類數(shù)據(jù)包數(shù)量有關。

2.2 基于動態(tài)優(yōu)先級的業(yè)務調度策略

當海量配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)接入邊緣物聯(lián)網(wǎng)關時，運行控制類業(yè)務通信價值高，通信優(yōu)先級高，數(shù)據(jù)量相對較少，排隊時間較短，信息采集類業(yè)務通信價值低，通信優(yōu)先級低，數(shù)據(jù)量大，排隊時間較長。在業(yè)務數(shù)據(jù)突發(fā)接入時，僅采用業(yè)務通信價值作為靜態(tài)優(yōu)先級的評價標準，容易造成信息采集類業(yè)務數(shù)據(jù)的大量堆積和丟失，影響業(yè)務通信整體的實時性和可靠性。針對這些問題，本文在考慮業(yè)務通信價值的同時，結合業(yè)務通信的時效性，提出基于動態(tài)優(yōu)先級的配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務調度策略。

2.2.1 業(yè)務數(shù)據(jù)包屬性

到達的同一批次業(yè)務B={bi}(i=1,2,…,N)數(shù)據(jù)包具有以下屬性，見表2，邊緣物聯(lián)網(wǎng)關通過數(shù)字標簽技術提取識別數(shù)據(jù)包屬性。

表2 業(yè)務數(shù)據(jù)包屬性

2.2.2 業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級因子

結合業(yè)務通信價值和時效性，引入剩余通信價值密度Gi(t)(即在業(yè)務剩余服務時間內單位時間產生的業(yè)務通信價值)，量化業(yè)務bi數(shù)據(jù)包滯留時間為t時的重要程度。bi的通信價值積累函數(shù)[21]

(13)

(14)

業(yè)務數(shù)據(jù)需要在絕對截止期內完成處理轉發(fā)，越臨近絕對截止時間，業(yè)務數(shù)據(jù)通信需求越迫切，因此本文引入業(yè)務執(zhí)行迫切度來刻畫業(yè)務數(shù)據(jù)的迫切性。定義Hi(t)為業(yè)務執(zhí)行迫切度，主要由業(yè)務理論服務時間Ei和業(yè)務處理空閑時間Di-t之比來決定。Hi(t)可以通過業(yè)務執(zhí)行迫切度系數(shù)v(v>1)進行調整，如式(15)：

(15)

綜合考慮業(yè)務剩余通信價值密度Gi(t)和業(yè)務執(zhí)行迫切度Hi(t)，本文將業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級因子Yi(t)作為實時評價業(yè)務數(shù)據(jù)包動態(tài)優(yōu)先級的指標，Yi(t)越大，則該業(yè)務數(shù)據(jù)包優(yōu)先級越高，其計算公式為：

(16)

根據(jù)業(yè)務特性和緩存隊列服務情況，可通過設置業(yè)務通信價值累計變化指數(shù)p和業(yè)務執(zhí)行迫切度系數(shù)v來調整業(yè)務調度中通信價值和通信時效性對優(yōu)先級的影響程度。

2.2.3 業(yè)務搶占機制

在緩存隊列中的業(yè)務數(shù)據(jù)包存在3種狀態(tài)，分別為正在處理、排隊等待處理和超過絕對截止期即將被丟棄。當同一批業(yè)務數(shù)據(jù)包到達邊緣物聯(lián)網(wǎng)關緩存隊列時，首先處理初始優(yōu)先級高的業(yè)務，之后隨著時間推移或者新一批業(yè)務數(shù)據(jù)包到達，隊列中業(yè)務數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級會發(fā)生變化，高優(yōu)先級業(yè)務數(shù)據(jù)包在一定條件下可以搶占正在處理數(shù)據(jù)包的服務資源。

由式(16)可知，在業(yè)務等待處理和正在處理的過程中，業(yè)務數(shù)據(jù)包的動態(tài)優(yōu)先級因子隨時間的變化不同程度地增大，這可能會造成2個或者多個業(yè)務數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級交替上升，發(fā)生業(yè)務數(shù)據(jù)包反復搶占，即顛簸現(xiàn)象，進而導致邊緣物聯(lián)網(wǎng)關通信性能下降。為了減少顛簸現(xiàn)象的發(fā)生，設置一個業(yè)務搶占閾值β，限制動態(tài)優(yōu)先級因子相差較小的業(yè)務之間發(fā)生服務資源搶占。例如，正在處理的業(yè)務數(shù)據(jù)包bk和排隊等待處理的業(yè)務數(shù)據(jù)包bj，在t時刻二者的動態(tài)優(yōu)先級因子分別為Yk(t)和Yj(t)，則發(fā)生業(yè)務搶占的條件為

(17)

2.2.4 基于動態(tài)優(yōu)先級因子的業(yè)務調度策略

基于動態(tài)優(yōu)先級的配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務調度策略如圖2所示。

圖2 業(yè)務調度策略

3 仿真分析

3.1 仿真場景與參數(shù)設置

為了驗證基于動態(tài)優(yōu)先級的配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務調度策略的有效性，選取某智能配電臺區(qū)為應用場景，通過網(wǎng)絡仿真平臺OPNET[26]仿真分析邊緣物聯(lián)網(wǎng)關處理轉發(fā)配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)的通信性能，如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡仿真場景

在網(wǎng)絡仿真場景中，配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)通過光纖/WALN匯聚到邊緣物聯(lián)網(wǎng)關進行處理，然后通過光纖轉發(fā)至電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺[7]。

仿真過程中主要對業(yè)務特性參數(shù)和邊緣物聯(lián)網(wǎng)關屬性參數(shù)進行設置。根據(jù)配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的統(tǒng)計流量特征，業(yè)務匯聚流量大小設定為200 Kbit/s～10 Mbit/s，其中運行控制類業(yè)務和信息采集類業(yè)務數(shù)據(jù)包的產生比例為1:10。運行控制類業(yè)務采用泊松分布模擬產生隨機性業(yè)務數(shù)據(jù)，信息采集類業(yè)務采用均勻分布模擬產生周期性業(yè)務數(shù)據(jù)，各類業(yè)務數(shù)據(jù)包長度和上傳頻率參考文獻[27]。邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的數(shù)據(jù)處理和轉發(fā)能力為5 Mbit/s，緩存隊列容量為500 MB。

3.2 仿真結果分析

3.2.1 基本性能分析

為了研究業(yè)務通信價值累計變化指數(shù)p、業(yè)務執(zhí)行迫切度系數(shù)v和業(yè)務搶占閾值β對策略性能的影響，本文設定業(yè)務到達率為10 Mbit/s，通過控制變量法設置3個對照實驗，仿真分析不同p、v、β下的通信性能。

實驗1：設定v=2、β=1.5，并配置不同的p值，仿真分析p對本文所提策略性能的影響，仿真結果如圖4所示。

由圖4(a)可知，當p值增大時，正在被處理業(yè)務的剩余通信價值密度增大，不易被搶占，能夠保證業(yè)務數(shù)據(jù)包能被順利處理，因此丟包率隨著p值的增大而降低。當p值增大到一定程度時，業(yè)務通信時效性對業(yè)務調度的影響過小，可能會導致一些業(yè)務無法及時完成，丟包率有所回升。隨著p值增大，業(yè)務剩余通信價值密度對業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級的影響程度增大，業(yè)務執(zhí)行迫切度對業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級的影響程度減小，因此在業(yè)務調度過程中大大提高了高通信價值業(yè)務的處理成功率，提升了邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信收益，如圖4(b)所示。由圖4(c)可知，隨著p值增加，業(yè)務之間發(fā)生搶占的次數(shù)減少，能夠降低因業(yè)務搶占而造成的資源損失?？偟膩碚f，增加p值能夠在一定程度上提高邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信性能，但當p值繼續(xù)增大到一定值時，通信性能趨于穩(wěn)定或有所下降；這是因為業(yè)務剩余通信價值密度對業(yè)務調度的影響過大，忽略了業(yè)務時效性的影響，導致一些業(yè)務未能在截止期前完成。

圖4 配置不同業(yè)務通信價值累計變化指數(shù)時算法性能仿真結果

實驗2：設定p=2、β=1.5，配置不同的v值，仿真分析v對本文所提算法性能的影響，仿真結果如圖5所示。

圖5 配置不同執(zhí)行迫切度系數(shù)時的算法性能仿真結果

由圖5(a)可知，當v值增大時，業(yè)務通信時效性對業(yè)務調度的影響增大，能夠在一定程度上提升業(yè)務數(shù)據(jù)包在截止期前完成的概率，降低丟包率。當v值增大到一定程度時，正在被處理業(yè)務數(shù)據(jù)包的業(yè)務執(zhí)行迫切度不變，緩存隊列中等待業(yè)務數(shù)據(jù)包的執(zhí)行迫切性隨著截止期的臨近而不斷增大，業(yè)務搶占發(fā)生的頻率提高，業(yè)務搶占次數(shù)不斷上升，如5(c)圖所示。業(yè)務搶占頻繁發(fā)生，導致邊緣物聯(lián)網(wǎng)關處理業(yè)務的效益下降，如圖5(b)所示，并且丟包率也開始上升?？偠灾?，增大v值能夠促進業(yè)務搶占，在一定程度上增加業(yè)務調度的靈活性，但當v值繼續(xù)增大到一定值時，通信時效性對業(yè)務調度的影響過大，忽略了業(yè)務通信價值的影響，業(yè)務搶占頻繁發(fā)生，反而對邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的性能造成不利影響。

實驗3：設定p=2、v=2，配置不同搶占閾值β，仿真分析β對本文所提算法性能的影響，仿真結果見表3。

表3 不同搶占閾值下邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信性能

由表3可知，提高搶占閾值能夠明顯減少業(yè)務搶占次數(shù)，降低業(yè)務處理的平均延時，但會造成業(yè)務丟包率的上升，且當處于β=1和β=∞這2種極端情況時，邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信收益都不理想，相較于β=1.5時通信效益更低。因此需要綜合考慮業(yè)務通信需求和通信網(wǎng)絡狀況，選取合適的搶占閾值，從而滿足業(yè)務通信需求和提升邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信效益。

3.2.2 應用性能分析

當邊緣物聯(lián)網(wǎng)關采用基于動態(tài)優(yōu)先級的業(yè)務調度策略時，p值和v值均取2，業(yè)務搶占閾值β取1.5。各類業(yè)務數(shù)據(jù)包的平均處理時延和多優(yōu)先級排隊模型理論分析結果如圖6所示。

由圖6可以看出，隨著業(yè)務到達率增加，配電網(wǎng)自動化、分布式能源控制和負荷需求響應等運行控制類業(yè)務的平均處理時延分別在0.08～0.20 s、0.14～0.43 s和0.21～0.62 s緩慢上升，而信息采集類業(yè)務在0.49～1.30 s內快速增大，表明本文所提策略能夠有效滿足運行控制類業(yè)務的通信需求[28]。對比仿真值與理論分析結果可知，仿真值雖然有細微波動，但其曲線與理論分析結果變化趨勢吻合，從而驗證了多優(yōu)先級業(yè)務排隊模型的正確性。由于基于動態(tài)優(yōu)先級的業(yè)務調度策略考慮到了業(yè)務通信價值和通信時效性，在保障運行控制類業(yè)務的通信需求的同時，可改善業(yè)務通信的公平性，相較于理論分析結果在一定程度上降低了信息采集類業(yè)務的平均排隊時間。

圖6 業(yè)務平均處理時延

邊緣物聯(lián)網(wǎng)關緩存隊列中的業(yè)務數(shù)據(jù)包在超過絕對截止期時會有一定的概率發(fā)生丟包，對比分析FIFO法、DVD法、EDF法和本文策略下邊緣物聯(lián)網(wǎng)關處理轉發(fā)業(yè)務的平均丟包率，對比結果如圖7所示。

圖7 業(yè)務平均丟包率

在業(yè)務到達率小于5.6 Mbit/s時，EDF方法丟包率最低，因為其總是能夠在絕對截止期前處理最緊迫業(yè)務數(shù)據(jù)包。而在業(yè)務到達率進一步增加時，本文策略開始具有明顯優(yōu)勢，能夠合理安排長時間等待業(yè)務搶占服務資源，降低業(yè)務超過絕對截止期從而發(fā)生丟包的概率。FIFO方法、EDF方法和DVD方法不能對前端業(yè)務進行搶占，大量業(yè)務數(shù)據(jù)包到達時導致后端業(yè)務數(shù)據(jù)包長時間等待超過絕對截止期，邊緣物聯(lián)網(wǎng)關處理轉發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)包的可靠性遇到瓶頸。

業(yè)務數(shù)據(jù)包被成功處理轉發(fā)則實現(xiàn)其通信價值，給邊緣物聯(lián)網(wǎng)關創(chuàng)造效益；處理業(yè)務數(shù)據(jù)包超過絕對截止期限則通信價值喪失，且無效占用邊緣物聯(lián)網(wǎng)關資源，造成效益損失[29]。本文仿真分析了不同業(yè)務調度策略下的邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信效益，結果如圖8所示。

圖8 邊緣物聯(lián)網(wǎng)關通信效益

由圖8可知，當業(yè)務到達率較小(≤5 Mbit/s)時，本文策略相較于EDF方法的通信價值收益差，這是因為當通信負載較低時，只要能合理安排截止期早的業(yè)務數(shù)據(jù)包進行處理，EDF方法就能保證絕大部分業(yè)務能及時完成，邊緣物聯(lián)網(wǎng)關通信效益最高。當業(yè)務到達率較高(≥5 Mbit/s)時，DVD方法優(yōu)先選擇處理高通信價值的業(yè)務，可能造成截止期早的業(yè)務錯過截止期而丟失通信價值，導致邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信收益受損。在海量配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)接入時，由于通信資源限制，需要保護部分關鍵業(yè)務的通信需求，而本文策略綜合考慮業(yè)務通信價值和通信時效性，合理安排業(yè)務數(shù)據(jù)包的搶占處理，緩解業(yè)務通信價值損失的程度，此時邊緣物聯(lián)網(wǎng)關的通信收益高于EDF方法和DVD方法。

4 結束語

本文提出一種基于動態(tài)優(yōu)先級的配用電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務調度策略，綜合考慮業(yè)務通信價值和業(yè)務通信時效性，建立業(yè)務動態(tài)優(yōu)先級因子作為業(yè)務數(shù)據(jù)包優(yōu)先級調度的指導依據(jù)，并加入業(yè)務搶占機制和設置搶占閾值，滿足不同業(yè)務的通信需求。OPNET仿真分析驗證了本文所提業(yè)務調度策略的有效性，在保障運行控制類業(yè)務的通信需求的同時，可降低信息采集類業(yè)務的排隊延時，并且在海量業(yè)務數(shù)據(jù)突發(fā)接入時，相較于傳統(tǒng)的業(yè)務調度算法具有更好的可靠性和效益。