CN106304178A - 一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统，包括：获取各个无线网络的指标参数值；利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络；可见，在本实施例中，通过根据每个无线网络的指标参数值及每个指标对应的权重，生成综合异构网络接入、网络性能、用户需求等多种因素的评价值，使分析结果更加客观及准确，从而根据评价值切换满足用户需求的无线网络，保障电力配用电通信网异构无线网络接入场景下的QoS。

Description

一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统

技术领域

本发明涉及异构无线网络技术领域，更具体地说，涉及一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统。

背景技术

随着配用电业务的发展，配用电通信网覆盖范围逐级扩大，无线通信具有无需布线、组网灵活的特点，是配用电通信网重要通信方式之一，可有效承载配电自动化、用电信息采集、移动巡检等配用电业务。目前电力无线通网络采用了多种技术制式，如2G/3G/4G无线公网、LTE 4G无线专网(1800MHz或230MHz频段)、Super-WiFi或ZigBee等自组织网络。

目前针对无线网络QoS保障的方法可以分为两类。第一类方法根据用户的实施QoS性能进行适应性控制，这一类方法是基于无线网络的基本原理提出的，主要模拟多用户会话的QoS映射并进行动态控制。第二类方法根据不同网络之间具体业务类型的进行QoS保障，这一类方法从实际应用出发，通过划分相对适中的粒度进行业务划分，保障业务的特点一致性。虽然研究人员提出了很多无线网络QoS保障方法，但是这些方法都面临者一些缺陷，比如第一类方法重点面向单一网络QoS保障，对于以异构网络为主的电力配用电通信网无能为力，第二类方法的保障算法方法较为复杂，会增加网络负担，造成可行性降低，并且不能考虑网络实施状况进行QoS保障。

因此，如何保障电力配用电通信网异构无线网络接入场景下的QoS，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统，以实现保障电力配用电通信网异构无线网络接入场景下的QoS。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法，包括：

获取各个无线网络的指标参数值；

利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；

将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；

将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络。

其中，所述获取各个无线网络的指标参数值，包括：

获取各个无线网络的指标参数值，所述指标参数值包括：通信半径，拓扑控制率，网络负载均衡度，网络平均距离，能量供给，速率中的至少一者。

其中，将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值，包括：

根据用户的需求设置每个指标的权重；

将每个指标的权重和量化信息输入合成模型，确定每个无线网络的评价值；其中，所述合成模型包括：算术平均法，几何平均法，平方平均法，调和平均法中的任意一者。

其中，获取各个无线网络的指标参数值之前，还包括：

若检测到用户QoS下降，则判断用户当前接入的无线网络是否满足用户需求；若满足，则继续使用当前的无线网络；若不满足，则执行所述获取各个无线网络的指标参数值的步骤。

其中，获取各个无线网络的指标参数值之前，还包括：

接收用户发送的切换网络的请求。

一种基于电力异构无线网络的QoS保障系统，包括：

获取模块，用于获取各个无线网络的指标参数值；

处理模块，用于利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；

评价值确定模块，用于将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；

无线网络切换模块，用于将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络。

其中，所述获取模块获取的各个无线网络的指标参数值包括：通信半径，拓扑控制率，网络负载均衡度，网络平均距离，能量供给，速率中的至少一者。

其中，所述评价值确定模块，包括：

权重确定单元，用于根据用户的需求设置每个指标的权重；

评价值确定单元，用于将每个指标的权重和量化信息输入合成模型，确定每个无线网络的评价值；其中，所述合成模型包括：算术平均法，几何平均法，平方平均法，调和平均法中的任意一者。

其中，还包括：

判断模块，用于检测到用户QoS下降时，判断用户当前接入的无线网络是否满足用户需求；若满足，则继续使用当前的无线网络；若不满足，则触发所述获取模块。

其中，还包括：

接收模块，用于接收用户发送的切换网络的请求。

通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统，包括：获取各个无线网络的指标参数值；利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络；可见，在本实施例中，通过根据每个无线网络的指标参数值及每个指标对应的权重，生成综合异构网络接入、网络性能、用户需求等多种因素的评价值，使分析结果更加客观及准确，从而根据评价值切换满足用户需求的无线网络，保障电力配用电通信网异构无线网络接入场景下的QoS。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法流程示意图；

图2为本发明实施例公开的异构无线网络覆盖示意图；

图3为本发明实施例公开的动态映射流程图；

图4为本发明实施例公开的一种基于电力异构无线网络的QoS保障系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统，以实现保障电力配用电通信网异构无线网络接入场景下的QoS。

参见图1，本发明实施例提供的一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法，包括：

S101、获取各个无线网络的指标参数值；

具体的，异构无线网络覆盖场景如图2所示。不同制式的无线网络覆盖电能表、集中器、配电终端等信息采集节点，这些异构无线网络相互覆盖，目前，如何统一不同网络的QoS保障方式，覆盖区间内的节点如何选择接入网络，成为网络规划与建设的主要难点之一。目前配用电通信网采用的无线技术制式主要包括：2G/3G/4G无线公网、LTE 4G无线专网、Super-WiFi或ZigBee等自组织网络。其中，无线公网租赁电信运营商的网络，网络建设发达，覆盖范围广，但是需要流量费用，且时延不可控；LTE 4G无线专网为电力部门利用1800MHz或230MHz频段自建的4G无线通信网络，传输速率高、时延低，但是部署规模有限；Super-WiFi或ZigBee等自组织网络组网灵活、成本低，但是可靠性相当不足。

同时，配用电业务类型多、需求差异性大，如控制保护各类业务需要传输的流量少，但是时延要求高；视频监控类业务需要传输的数据量高，时延中等；计量用电信息采集类业务需要传输的流量中等，但是时延要求低等。本发明根据差异化的业务需求制定网络QoS分级及映射方法，确保异构无线网络QOS保障的有效实现。

具体的，获取各个无线网络的指标参数值之前，还包括：

若检测到用户QoS下降，则判断用户当前接入的无线网络是否满足用户需求；若满足，则继续使用当前的无线网络；若不满足，则执行所述获取各个无线网络的指标参数值的步骤；

或者，接收用户发送的切换网络的请求。

具体的，在本实施例中检测到用户的QoS下降时，可以自动执行S101，通过不同无线网络的评价值，确定用户需要切换的无线网络；本实施例中的评价值越高，说明该该网络的接入情况越良好，QoS越高；或者，在本实施例中，当接收到用户主动发送的申请切换网络的请求时，执行S101，从而根据不同无线网络的评价值，确定用户需要切换的无线网络。

其中，所述获取各个无线网络的指标参数值，包括：

获取各个无线网络的指标参数值，所述指标参数值包括：通信半径，拓扑控制率，网络负载均衡度，网络平均距离，能量供给，速率中的至少一者。

具体的，在本实施例中，为使异构无线网络环境下的QoS保障统一分析处理，在本实施例中设置了6个指标作为异构无线网络的QoS参数，即“通信半径”，“拓扑控制率”，“网络负载均衡度”，“网络平均距离”，“能量供给”和“速率”。下面对所选参数作详细说明：

1)通信半径：指无线网络节点的通信覆盖范围。无线网络在部署的过程中会充分考虑通信半径的要素，以满足网络的连通性及可靠性需求。在分析QoS保障的过程中不可避免的要考虑到通信半径对所使用保障方法的限制因素；

2)拓扑控制率：指控制节点传输范围及节点间通信链路的能力。通过拓扑控制，可以提高数据的准确性和传输效率，并为目标定位、数据融合等方面奠定基石；

3)网络负载均衡度：评价网络负载水平，当一个网络的负载较大时，可能会增加用户接入失败的概率，因此在分析QoS保障时考虑网络负载因素；

4)网络平均距离：网络中继跳数，跳数因素很大程度上影响着数据传输的速率与成功率，因此在分析异构无线网络QoS保障问题时需要将网络平均距离考虑进去；

5)能量供给：节点能量的供给能力，是数据大量、快速以及可靠传输的保障；

6)速率：网络的传输速率。通过协作接入时的的速率分配与速率控制保证高速传输时网络与用户的协同共赢。

具体的，本实施例中的异构无线网络接入场景下的QoS保障方法主要基于多种参数的量化，变成对网络水平测量的一个“量化值”，即效用函数值，然后再按一定的合成模型加权求得各个网络的评价值，据此对QoS进行分级，最后依照动态QoS映射算法实现异构无线网络的QoS保障。我们把QoS保障算法转化为针对异构无线网络的评价过程，通过得到的评价结果选择合适的无线网络进行接入，构建出了接入网选择的多因素评价决策体系模型。

决策体系模型描述如下：

N＝{N₁,N₂,N₃,...,N_m}……(1)

N表示异构无线网络，共m个。该算法的目标就是从m个网络中，选择一个符合要求的网络。

S102、利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；

具体的，由于上述指标参数值的数值差异较大，本发明采用效用函数法对每一个参数进行量化，最后按一定的合成模型加权求得异构无线网络的评价值，在本实施例中，以指标参数值为通信半径、拓扑控制率、网络负载均衡度、网络平均距离、能量供给和速率进行举例说明，具体如下：

1)“通信半径”是正向参数，即数值越大，该网络的传播范围越广，可选择余地越大。为了更加准确地表达QoS分级方法，在本实施例中将需要的参数细化为异构网络重复覆盖区域的通信半径。假设节点密度的定义为：

$\mathrm{\ρ}=\frac{N}{A}\mathrm{......}\left(2\right)$

其中N为节点总数，A为网络覆盖范围面积。另设传感器节点的通信半径为r，距离小于或等于r的节点为邻节点，邻节点的数目为：

n_neighbour＝ρ×r²……(3)

则重复区域i的通信半径为：

$r_i=\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{n_{neighbour}-2\frac{\underset{j}{\overset{i-1}{\Σ}}{n}_j}{n_i}}}\mathrm{......}\left(4\right)$

其中，n_j表示分区j中的节点数量。

最后确定参与评价的参数数值：

$Y_1=\frac{r_i}{r}\mathrm{......}\left(5\right)$

2)“拓扑控制率”其值接近于1，无法彰显评价对象之间的差距，对于这种情况，在本实施例中采用非线性对数效用函数，得到可以量化的效用函数值，其表达式为：

$Y_2=\frac{ln{x}_i-ln{x}_{i1}}{ln{x}_{i2}-ln{x}_{i1}}\×a+b\mathrm{......}\left(6\right)$

其中，x_i为指标实际值，x_i1，x_i2分别为指标的上、下限值，a，b为常数，一般取a＝0.4，b＝0.6。

3)“网络负载均衡度”在本实施例的定义中属于逆指标，即标值越大代表网络负载越不均衡，业务安排越不合理。效用函数表达式为：

Y₃＝1-X……(7)

其中，X为网络负载均衡度的参数数值。

4)“网络平均距离”表示节点之间的最小路径长度，其效用函数表达式为：

$Y_4=\frac{2*\underset{i=1}{\overset{NUM}{\Σ}}\underset{i=j}{\overset{NUM}{\Σ}}G(i,j)}{NUM(NUM-1)}\mathrm{......}\left(8\right)$

其中，G表示网络中节点的平均距离，NUM表示节点个数。

5)“能量供给”的值同样接近于1，无法彰显评价对象之间的差距，对于这种情况，在本实施例中采用非线性对数效用函数，得到可以量化的效用函数值，其表达式为：

$Y_5=\frac{ln{z}_i-ln{z}_{i1}}{ln{z}_{i2}-\ln z_{i1}}\×a+b\mathrm{......}\left(7\right)$

其中，z_i为指标实际值，z_i1，z_i2分别为指标的上、下限值，a，b为常数，一般取a＝0.4，b＝0.6。

6)“速率”在本发明的定义中属于适度型指标，指标的最佳取值为[0.6,0.7]，对该指标采用“转向式逆变换”。参数的效用函数表达式为：

$Y_6=\left\{\begin{array}{cc}1-\left|\frac{x}{500}-0.6\right|& x<300\\ 1& else\\ 1-\left|\frac{x}{500}-0.7\right|& x>350\end{array}\right.\mathrm{......}\left(8\right)$

可见，在本实施例中利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息为Y₁、Y₂、Y₃、Y₄、Y₅和Y₆。

S103、将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；

其中，将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值，包括：

根据用户的需求设置每个指标的权重；

将每个指标的权重和量化信息输入合成模型，确定每个无线网络的评价值；其中，所述合成模型包括：算术平均法，几何平均法，平方平均法，调和平均法中的任意一者。

具体的，在本实施例中得到量化信息为Y₁、Y₂、Y₃、Y₄、Y₅和Y₆后，下一步需要获得各个参数的权重，这一步根据用户需求进行分配，但有一些基本的原则：

1)每个指标的权重应该小于或等于1；

2)所有制标的权重相加应为1。

具体的，在本实施例中的效用函数合成模型可以为：算术平均法、几何平均法、平方平均法、调和平均法。在本实施例中选用算术平均法作为评估合成方法：

$F=\underset{j=1}{\overset{6}{\&Sigma;}}{Y}_j{\mathrm{\&omega;}}_j\mathrm{......}\left(9\right)$

其中，W表示参数的权重值，F值越高，说明该网络的接入情况越良好，QoS越高。

最后，根据得到的结果给出异构网络接入条件分级表，详见如表1：

表1

分数	网络状态
		0.8-1	优秀
0.7-0.8	良好
		0.6-0.7	及格
0.6及以下	不及格

S104、将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络。

具体的，本实施例中接入网络QoS映射算法流程参见图3，具体步骤如下所示：

QoS管理系统检测到用户QoS质量明显下降，或者用户主动申请切换网络，检测当前异构网络接入情况，并与用户需求的比较，若不能满足要求则需要切换网络，如果满足用户的QoS需求则继续使用该网络；切换网络时，首先QoS管理系统收集量化信息，将量化信息代入上文提到的QoS统一保障方法的公式中计算，将用户切入评价值得分最高的网络。

为了验证本发明提出的方法的有效性，构建了一个模拟的试验网络环境，包括4G无线公网、4G无线专网、Super-WiFi，三者之间均有重复覆盖部分。试验参数见下表2：

表2

根据用户的偏好，设置参数的权重向量。某用户希望选择速度较快的网络，且不考虑能量供给，因此将速率参数权重设的较高，设此权重向量为W＝[0.15,0.1,0.2,0.05,0,0.5]，即“通信半径”，“拓扑控制率”，“网络负载均衡度”，“网络平均距离”，“能量供给”和“速率”的权重分别为0.15，0.1，0.2，,0.05，0和0.5。此时，用户根据自己业务的需求，没有考虑能量供给的因素。

根据公式(9)算数加权求和得到四个无线网络的QoS评价值值，分别为0.688,0.963和0.638。从数据中可以看出当前4G无线专网的网络状况明显优于其他接入网络。

可见，本实施例中统一了异构无线网络QoS评价指标，提出了一种配用电应用环境下异构无线网络QoS分级方法，在此基础上，提出了一种电力配用电通信网场景下异构无线网络动态QoS映射算法，与传统无线网络QoS保障方法相比，本实施例所述的方法具有以下优点:

1.根据用户需求与网络性能结合的方式，用数值区分不同网络的QoS，实现异构网络的QoS分级；

2.分析QoS时，综合考虑了异构网络接入、网络性能、用户需求等因素，分析结果更加客观、更加准确。

下面对本发明实施例提供的QoS保障系统进行介绍，下文描述的QoS保障系统与上文描述的QoS保障方法可以相互参照。

参见图4，本发明实施例提供的一种基于电力异构无线网络的QoS保障系统，包括：

获取模块100，用于获取各个无线网络的指标参数值；

处理模块200，用于利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；

评价值确定模块300，用于将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；

无线网络切换模块400，用于将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络。

基于上述技术方案，所述获取模块100获取的各个无线网络的指标参数值包括：通信半径，拓扑控制率，网络负载均衡度，网络平均距离，能量供给，速率中的至少一者。

基于上述技术方案，所述评价值确定模块300，包括：

权重确定单元，用于根据用户的需求设置每个指标的权重；

评价值确定单元，用于将每个指标的权重和量化信息输入合成模型，确定每个无线网络的评价值；其中，所述合成模型包括：算术平均法，几何平均法，平方平均法，调和平均法中的任意一者。

基于上述技术方案，本方案还包括：

判断模块，用于检测到用户QoS下降时，判断用户当前接入的无线网络是否满足用户需求；若满足，则继续使用当前的无线网络；若不满足，则触发所述获取模块。

基于上述技术方案，本方案还包括：

接收模块，用于接收用户发送的切换网络的请求。

本发明实施例提供的一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法及系统，包括：获取各个无线网络的指标参数值；利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络；可见，在本实施例中，通过根据每个无线网络的指标参数值及每个指标对应的权重，生成综合异构网络接入、网络性能、用户需求等多种因素的评价值，使分析结果更加客观及准确，从而根据评价值切换满足用户需求的无线网络，保障电力配用电通信网异构无线网络接入场景下的QoS。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于电力异构无线网络的QoS保障方法，其特征在于，包括：

获取各个无线网络的指标参数值；

利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；

将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；

将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络。

2.根据权利要求1所述的QoS保障方法，其特征在于，所述获取各个无线网络的指标参数值，包括：

获取各个无线网络的指标参数值，所述指标参数值包括：通信半径，拓扑控制率，网络负载均衡度，网络平均距离，能量供给，速率中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的QoS保障方法，其特征在于，将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值，包括：

根据用户的需求设置每个指标的权重；

将每个指标的权重和量化信息输入合成模型，确定每个无线网络的评价值；其中，所述合成模型包括：算术平均法，几何平均法，平方平均法，调和平均法中的任意一者。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的QoS保障方法，其特征在于，获取各个无线网络的指标参数值之前，还包括：

若检测到用户QoS下降，则判断用户当前接入的无线网络是否满足用户需求；若满足，则继续使用当前的无线网络；若不满足，则执行所述获取各个无线网络的指标参数值的步骤。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的QoS保障方法，其特征在于，获取各个无线网络的指标参数值之前，还包括：

接收用户发送的切换网络的请求。

6.一种基于电力异构无线网络的QoS保障系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取各个无线网络的指标参数值；

处理模块，用于利用效用函数法对每个无线网络的指标参数值进行量化处理，生成量化信息；

评价值确定模块，用于将每个无线网络的量化信息输入合成模型，并根据每个指标的权重，输出每个无线网络的评价值；

无线网络切换模块，用于将用户当前接入的无线网络切换为与最高评价值对应的无线网络。

7.根据权利要求6所述的QoS保障系统，其特征在于，

所述获取模块获取的各个无线网络的指标参数值包括：通信半径，拓扑控制率，网络负载均衡度，网络平均距离，能量供给，速率中的至少一者。

8.根据权利要求7所述的QoS保障系统，其特征在于，所述评价值确定模块，包括：

权重确定单元，用于根据用户的需求设置每个指标的权重；

评价值确定单元，用于将每个指标的权重和量化信息输入合成模型，确定每个无线网络的评价值；其中，所述合成模型包括：算术平均法，几何平均法，平方平均法，调和平均法中的任意一者。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的QoS保障系统，其特征在于，还包括：

判断模块，用于检测到用户QoS下降时，判断用户当前接入的无线网络是否满足用户需求；若满足，则继续使用当前的无线网络；若不满足，则触发所述获取模块。

10.根据权利要求6-8中任意一项所述的QoS保障系统，其特征在于，还包括：

接收模块，用于接收用户发送的切换网络的请求。