CN110493873B - 一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法及装置，包括：根据次用户业务对时延的要求将次用户业务分为第一类业务和第二类业务,第一类业务对时延要求高,第二类业务对时延要求低；根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目；根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及动态预留信道数目进行信道分配。通过本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法对频谱进行分配,既保证了频谱资源的充分利用,也可以确保对时延要求较高的高可靠性业务的需求优先得到满足。

Description

一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法及装置

技术领域

本发明涉及智能电网信息通信领域，具体涉及一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法及装置。

背景技术

智能电网(SG)作为下一代的电力网络，它具有先进的通信技术和控制技术，因此，可将其视为是通信网与传统电网的叠加。智能电网通信网(SGCN)能够提供电网业务信息传输的服务，是智能电网至关重要的一部分。智能电网通信网按照逻辑结构主要可分为三部分：家庭接入网(HAN)、邻域接入网(NAN)和广域接入网(WAN)。其中，邻域接入网能够提供带有监测和调控功能的电力分配业务，弥补了广域接入网与家庭接入网之间通信的不便之处。但是，在传统的频谱静态分配原则下，有限的授权频段已经无法满足邻域接入网中的高速增长的业务数量以及不断提高的对业务质量(QoS)的需求。另一方面，根据联邦通信委员会(FCC)的调查，已分配给智能电网的频谱的空闲率很高。在这种情况下，动态频谱接入(DSA)方式能够高效利用空闲频谱资源，因此成为缓解智能电网邻域网业务压力的重要技术。

认知无线电(CR)是动态频谱接入的一种重要实现方式，将该技术引入邻域接入网中，使得邻域接入网网关能够以特定方式感知暂时未被主用户利用的频谱，并让次用户以机动的方式接入这些频谱进行通信，直到感知到主用户到来再退出。这种方式能够在不需要增加频谱总量的前提下，提高已分配频谱的利用率。因此，认知无线电技术技术应用在电力行业可以形成智能电网认知无线网络，其在提高邻域网系统的吞吐量上起着至关重要的作用。

但是，在邻域接入网中引入认知无线电技术，有可能会因为频谱分配的方式不当而使得动态接入频谱的次用户的通信质量下降，这在业务拥有高可靠性需求的邻域接入网内是一个值得重视的问题。邻域接入网内的一些主要业务，如按需抄表类(On-demandmeter reading)业务、负载管理类(Load management)业务、配电自动化类(Distributionautomation)业务等，都对业务的可靠性有着很高的要求。因此，为了能在满足邻域接入网业务独特的QOS需求的同时，尽可能高的提升频谱的利用效率，就需要设计面向电网业务可靠性的频谱分配方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法及装置，以解决现有技术中的由于频谱分配不当导致动态接入频谱的次用户的通信质量下降的问题。

为此，本发明提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，包括：根据次用户业务对时延的要求将次用户业务分为第一类业务和第二类业务,第一类业务对时延要求高,第二类业务对时延要求低；根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目；根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及动态预留信道数目进行信道分配。

可选的,根据主用户占用信道的概率判断动态预留信道数目的步骤，包括：根据主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算主用户占用信道的概率的估计值；根据主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目；根据可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量计算动态预留信道数目。

可选的,动态预留信道数目为进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量三者间的最小值。

可选的,根据主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算主用户占用信道的概率的估计值的步骤，包括：对主用户占用信道的概率进行先验估计：主用户占用信道的概率与预设时间间隔数内信道被主用户占用的次数服从二项分布：X|θ～b(n,θ)，其中，X为预设时间间隔数内信道被主用户占用的次数，n为预设时间间隔数，θ为主用户占用信道的概率；采用均匀分布U(0,1)作为先验分布；对主用户占用信道的概率θ使用贝叶斯估计得到X和θ的联合分布：

根据X和θ的联合分布求得θ的后验分布：

根据θ的后验分布可得：θ|x～Be(x+1,n-x+1)；对主用户占用信道的概率的估计值进行后验期望估计：根据θ|x～Be(x+1,n-x+1)得，/>

其中，/>

为主用户占用信道的概率的估计值。

可选的,根据主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目的步骤，包括：判断信道中主用户占用信道的概率的估计值是否大于预设的切换概率门限值；如果信道中主用户占用信道的概率的估计值大于预设的切换概率门限值，则将信道确定为可能要进行切换的信道。

可选的,根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：当正在通信的主用户业务数目和正在通信的第一类业务之和小于租赁信道数目和认知信道数目之和减去预留信道数目的差值时，允许新的第一类业务分配空闲信道，否则拒绝新的第一类业务访问网络。

可选的,根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：当正在通信的主用户业务数目、正在通信的第一类业务和正在通信的第二类业务之和小于租赁信道数目和认知信道数目之和减去预留信道数目的差值时，对于第一类业务，允许新的第一类业务分配空闲信道，否则占用正在通信的第二类业务的频谱，对于第二类业务，允许新的第二类业务分配空闲信道，否则拒绝新的第二类业务访问网络。

可选的,根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：当所述主用户业务到达时，若主用户业务到达的信道被第一类业务占用，如果预留信道数目大于0，则第一类业务切换到预留信道，否则第一类业务占用正在通信的第二类业务信道，若主用户业务到达的信道被第二类业务占用，如果预留信道数目大于0，则第二类业务切换到预留信道，否则第二类业务退出信道。

可选的,适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，还包括：根据主用户业务、第一类业务和第二类业务的状态转换情况计算平稳状态概率分布；根据平稳状态概率分布计算第一类业务的阻塞率、掉话率和第二类业务的阻塞率；根据第一类业务的阻塞率、掉话率和第二类业务的阻塞率进行优化。

可选的,根据第一类业务的阻塞率、掉话率和第二类业务的阻塞率进行优化的步骤，包括：当第一类业务的阻塞率小于或等于预设第一类业务的阻塞率阈值且第一类业务的掉话率小于或等于预设第一类业务的掉话率阈值且第二类业务的掉话率小于或等于预设第二类业务的掉话率阈值时，求租赁信道数的最小值。

本发明第二方面提供了一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,包括：业务分类模块,用于根据次用户业务对时延的要求将所述次用户业务分为第一类业务和第二类业务,所述第一类业务对时延要求高,所述第二类业务对时延要求低；动态预留信道数目判断模块,用于根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目；信道分配模块,用于根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述动态预留信道数目进行信道分配。

可选的,动态预留信道数目判断模块包括:动态预留信道数目判断子模块,用于根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值；可能要进行切换的信道数目计算子模块,用于根据所述主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目；动态预留信道数目计算子模块,用于根据可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量计算所述动态预留信道数目。

可选的,适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,还包括:平稳状态概率分布计算模块,用于根据所述主用户业务、所述第一类业务和所述第二类业务的状态转换情况计算平稳状态概率分布；阻塞率和掉话率计算模块,用于根据所述平稳状态概率分布计算所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率；优化模块,用于根据所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率进行优化。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法。

本发明第四方面提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权如上述第一方面中任一项适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,先根据业务对时延的要求对次用户业务进行分类,然后根据信道被占用情况以及动态预留信道数目对不同类别的业务进行动态频谱分配,既保证了频谱资源的充分利用,也可以确保对时延要求较高的高可靠性业务的需求优先得到满足。

2.本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,在计算动态预留信道数目时，将主用户到达的概率作为计算的条件之一，得到的动态预留信道数更为精准。

3.本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,根据信道被占用情况对次用户是否可以访问网络设置了条件，减少了阻塞率和掉话率。

4.本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,采用了高优先级业务可以抢占低优先级业务信道的方式，即主用户业务可以占用第一类业务的信道和第二类业务的信道，第一类业务可以占用第二类业务的信道，通过这样的方式保障了高优先级业务不掉话。

5.本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,在保证第一类业务的阻塞率、掉话率和第二类业务的阻塞率小于或等于预设阈值的前提下，计算租赁信道数的最小值，由于频谱资源有限，租赁信道价格更为昂贵，求得租赁信道的最小值可以节约成本。

6.本发明提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,既保证了频谱资源的充分利用,也可以确保对时延要求较高的高可靠性业务的需求优先得到满足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法的流程图(一)；

图2为本发明实施例中适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法的流程图(二)；

图3为本发明实施例中适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法的流程图(三)；

图4为本发明实施例中主用户业务到达速率对DSA和HGC中第一类业务的阻塞率、第一类业务的掉话率以及第二类业务的掉话率的影响；

图5为本发明实施例中主用户业务到达速率对DSA和HGC中次用户业务吞吐量的影响；

图6为本发明实施例中预设的切换概率门限值的变化对第一类业务的阻塞率和掉话率的影响；

图7为本发明实施例中租赁信道的数量的变化对DSA和HGC中第一类业务的阻塞率、第一类业务的掉话率以及第二类业务的掉话率的影响；

图8为本发明实施例中适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置的结构框图(一)；

图9为本发明实施例中适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置的结构框图(二)；

图10为本发明实施例中适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置的结构框图(三)；

图11为本发明实施例中执行适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法的计算机设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，如图1所示，包括：

步骤S10：根据次用户业务对时延的要求将次用户业务分为第一类业务和第二类业务,其中，第一类业务对时延要求高,第二类业务对时延要求低。在一具体实施例中，在次用户业务中，如配电自动化、按需读表等业务对时延要求较高，基本在一秒以内，可以分为第一类业务；如间隔读表等业务对时延要求较低，在若干小时之内即可，这类业务可以分为第二类业务。

步骤S20：根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目。在频谱资源分配的开始，网关将所拥有信道分为普通信道和预留信道两种，普通信道可用于所有业务的通信，而预留信道只能在已接入系统的业务需要进行信道切换时使用。

步骤S30：根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及动态预留信道数目进行信道分配。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,先根据业务对时延的要求对次用户业务进行分类,然后根据信道被占用情况以及动态预留信道数目对不同类别的业务进行动态频谱分配,既保证了频谱资源的充分利用,也可以确保对时延要求较高的高可靠性业务的需求优先得到满足。

在可选实施例中，如图2所示，根据主用户占用信道的概率判断动态预留信道数目的步骤，包括：

步骤S21：根据主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值；

步骤S22：根据主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目；

步骤S23：根据可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量计算所述动态预留信道数目。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,在计算动态预留信道数目时，将主用户到达的概率作为计算的条件之一，得到的动态预留信道数更为精准。

在可选实施例中，动态预留信道数目为可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量三者间的最小值。如以下公式(1)所示，

R_f＝min(R_C,R_λ,R_r) (1)

其中，R_f表示动态预留信道数目；R_C表示网关统计的可能要进行切换的信道数目；R_λ表示系统预设的预留信道阈值，预设的预留信道阈值存在最大值和最小值，最终得出的动态预留信道数目不得超出预设的预留信道阈值；R_r表示系统当前剩余频谱量，R_r＝M+N-(i+j+k)，其中，M表示租赁信道数目，N表示认知信道数目，i表示正在通信的主用户业务数目，j表示正在通信的第一类业务数目，k表示正在通信的第二类业务数目。

在可选实施例中，根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值的步骤，包括，通过建立贝叶斯模型的方式估计信道中主用户通信的概率，

对所述主用户占用信道的概率进行先验估计：

所述主用户占用信道的概率与所述预设时间间隔数内信道被所述主用户占用的次数服从二项分布：X|θ～b(n,θ)，

其中，X为所述预设时间间隔数内信道被所述主用户占用的次数，n为所述预设时间间隔数，θ为所述主用户占用信道的概率；

采用均匀分布U(0,1)作为先验分布；

对所述主用户占用信道的概率θ使用贝叶斯估计得到X和θ的联合分布：

根据所述X和θ的联合分布求得θ的后验分布：

根据所述θ的后验分布可得：θ|x～Be(x+1,n-x+1)；

对所述主用户占用信道的概率的估计值进行后验期望估计：根据所述θ|x～Be(x+1,n-x+1)得，

其中，/>

为所述主用户占用信道的概率的估计值。

在可选实施例中，所述主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目的步骤，包括：判断信道中所述主用户占用信道的概率的估计值是否大于预设的切换概率门限值，如果信道中所述主用户占用信道的概率的估计值大于所述预设的切换概率门限值，则将该信道确定为可能要进行切换的信道。在一具体实施例中，若预设的切换概率门限值较大，则通过预测决定的切换个数较少，也即预留的信道数较少，使得系统阻塞率较小，但是有可能造成掉话率的提高。

在可选实施例中，根据正在通信的主用户业务、正在通信的所述第一类业务、正在通信的所述第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：

当所述正在通信的主用户业务数目和所述正在通信的所述第一类业务之和小于租赁信道数目和认知信道数目之和减去所述预留信道数目的差值时，允许新的第一类业务分配空闲信道，否则拒绝新的第一类业务访问网络，因为预留信道是为需要进行信道切换的业务准备的，所以当主用户业务和第一类业务所占信道与预留信道数目之和大于租赁信道与认知信道数目总和是，拒绝新的次用户业务访问网络。

在可选实施例中，根据正在通信的主用户业务、正在通信的所述第一类业务、正在通信的所述第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：

当所述正在通信的主用户业务数目、所述正在通信的所述第一类业务和所述正在通信的所述第二类业务之和小于租赁信道数目和认知信道数目之和减去所述预留信道数目的差值时，对于所述第一类业务，允许新的第一类业务分配空闲信道，否则占用所述正在通信的第二类业务的频谱，对于所述第二类业务，允许新的第二类业务分配空闲信道，否则拒绝所述新的第二类业务访问网络。对于相同的条件，对第一类业务和第二类业务的操作方式是不同的，因为第一类业务的优先级高于第二类业务，即使所有信道都被占用，第一类业务也可以占用第二类业务的信道，但是如果所有信道都被占用，第二类业务会掉话。

在可选实施例中，根据正在通信的主用户业务、正在通信的所述第一类业务、正在通信的所述第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：

当所述主用户业务到达时，若所述主用户业务到达的信道被所述第一类业务占用，如果所述预留信道数目大于0，则所述第一类业务切换到预留信道，否则所述第一类业务占用所述正在通信的第二类业务信道，若所述主用户业务到达的信道被所述第二类业务占用，如果所述预留信道数目大于0，则所述第二类业务切换到预留信道，否则所述第二类业务退出信道。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,采用了高优先级业务可以抢占低优先级业务信道的方式，即主用户业务可以占用第一类业务的信道和第二类业务的信道，第一类业务可以占用第二类业务的信道，通过这样的方式保障了高优先级业务不掉话。

在可选实施例中，如图3所示，适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法还包括：

步骤S40：根据所述主用户业务、所述第一类业务和所述第二类业务的状态转换情况计算平稳状态概率分布。在一具体实施例中，先建立马尔科夫链，再根据其计算平稳状态概率。本实施例对各类业务到来及离开时可能产生的结果和各结果产生的条件进行了分析，采用

表示从状态(i,j,k)转换到(I’,j’,k’)的情况，若状态(i,j,k)可以转换到转换到(I’,j’,k’)，则/>

否则/>

在本实施例中，状态变换情况分为主用户业务到达、第一类业务到达、第二类业务到达、主用户业务离开、第一类业务离开、第二类业务离开六部分，这六种状态的组合可能出现九种结果，状态平衡方程可通过以下公式表示：

其中，μ_p、μ_s1和μ_s2分别表示主用户业务、第一类业务和第二类业务的平均服务时间的参数；λ_p、λ_s1和λ_s2分别表示主用户业务、第一类业务和第二类业务平均每秒到达个数的参数；

表示从状态(i,j,k)转换到(i-1,j,k)的情况，其他类似；i-1表示主用户业务离开，i+1表示主用户业务到达，其他类似；σ₁～σ₁₁分别表示与其对应的各状态的条件要求，如/>

状态转移矩阵R可用速率表示为：

r(i，j，k)→(i+1，j，k)＝λ_p，j+k+Rf＜M+N-i

r(i，j，k)→(i+1，j，k-1)＝λ_p，j+k+Rf＝M+N-i，k＞0

r(i，j，k)→(i+1，j-1，k)＝λ_p，j+k+Rf＞M+N-i，k＝0

r(i，j，k)→(i，j+1，k)＝λ_s1，j+k+R_f＜M+N-i

r(i，j，k)→(i，j+1，k-1)＝λ_s1，j+k+R_f＝M+N-i，k＞0

r(i，j，k)→(i，j，k+1)＝λ_s2，j+k+R_f＜M+N-i

r(i，j，k)→(i-1，j，k)＝iμ_p

r(i，j，k)→(i，j-1，k)＝jμ_s1

r(i，j，k)→(i，j，k-1)＝kμ_s2

设平稳分布为π，则有πR＝π。解此方程组，可得π(i，j，k)的概率分布。

步骤S50：根据所述平稳状态概率分布计算所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率。

在一具体实施例中，第一类业务的阻塞率

可表示为：

第一类业务的掉话率

可表示为：

第二类业务的阻塞率

可表示为：

步骤S60：根据所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率进行优化。

在可选实施例中，根据所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率进行优化的步骤，包括：

当第一类业务的阻塞率小于或等于预设第一类业务的阻塞率阈值且所述第一类业务的掉话率小于或等于预设第一类业务的掉话率阈值且所述第二类业务的掉话率小于或等于预设第二类业务的掉话率阈值时，计算所述租赁信道数的最小值。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法,在保证第一类业务的阻塞率、掉话率和第二类业务的阻塞率小于或等于预设阈值的前提下，计算租赁信道数的最小值，由于频谱资源有限，租赁信道价格更为昂贵，求得租赁信道的最小值可以节约成本。

在一具体实施例中，通过仿真将本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法(dynamic spectrum allocation，DSA)与现有技术中比较策略混合保护信道的方法(hybrid guard channel，HGC)的有效性进行对比。仿真参数如下表所示：

表1：仿真参数

主用户业务到达速率对DSA和HGC中第一类业务的阻塞率、第一类业务的掉话率以及第二类业务的掉话率的影响如图4所示,从图4中可以看出,当主用户业务到达速率较低时,两种方法中

和/>

的绝对值都很小。但随着PU数量的增加，DSA的/>

和/>

相对较低。

主用户业务到达速率对DSA和HGC中次用户业务吞吐量的影响如图5所示,当主用户业务的到达率增加时，两种策略中的次用户业务吞吐量都降低。原因在于随着主用户业务的数量增加，可用于次用户业务通信的空闲频谱的量减少。DSA采用服务分类方法，确保第一类业务的吞吐量不会降低太多。然而，第二类业务的吞吐量会受到很大影响，因为当系统繁忙时更多第二类业务被阻塞。由于DSA及时调整预留频谱数目的值，与HGC相比次用户业务的总吞吐量相对较高。

预设的切换概率门限值的变化对第一类业务的阻塞率和掉话率的影响如图6所示,随着预设的切换概率门限值的增加，由预设的切换概率门限值确定的可能进行切换的信道数目相应减少，动态预留信道的数量也小，导致掉话率增加。同样，如果预设切换概率阈值太小，系统将需要预留大量信道，因此阻塞率会相应增加。因此，需要根据网关的实际需求来设置预设预设的切换概率门限值。

租赁信道的数量的变化对DSA和HGC中第一类业务的阻塞率、第一类业务的掉话率以及第二类业务的掉话率的影响如图7所示,当有足够的租赁信道时，由于系统中有很多空闲信道，两种级别的次用户业务的下降速率和阻塞率会较低。然而，随着租赁频谱的减少,次用户的阻塞率和掉话率将迅速增加，同时可以计算最小数量的租赁信道。图中可以看出，当系统需要保证第一类业务的可靠性时(

和/>

值高，/>

值低)，DSA策略可以有效地减少租赁信道的数量。

通过上述比较可以得出,本发明实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法既保证了频谱资源的充分利用,也可以确保对时延要求较高的高可靠性业务的需求优先得到满足,且在保证第一类业务的可靠性的同时,可以有效减少租赁信道的数量,节约成本。

实施例2

本发明实施例提供了一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,如图8所示，包括：

业务分类模块10,用于根据次用户业务对时延的要求将所述次用户业务分为第一类业务和第二类业务,所述第一类业务对时延要求高,所述第二类业务对时延要求低,详细描述见上述实施例1中对步骤S10的描述。

动态预留信道数目判断模块20,用于根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目,详细描述见上述实施例1中对步骤S20的描述。

信道分配模块30,用于根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述动态预留信道数目进行信道分配。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,既保证了频谱资源的充分利用,也可以确保对时延要求较高的高可靠性业务的需求优先得到满足。

在可选实施例中,如图9所示,动态预留信道数目判断模块20包括:

动态预留信道数目判断子模块21,用于根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值；

可能要进行切换的信道数目计算子模块22,用于根据所述主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目；

动态预留信道数目计算子模块23,用于根据可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量计算所述动态预留信道数目。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,将主用户到达的概率作为计算动态预留信道数目的条件之一，得到的动态预留信道数更为精准。

在可选实施例中,如图10所示,适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置还包括:

平稳状态概率分布计算模块40,用于根据所述主用户业务、所述第一类业务和所述第二类业务的状态转换情况计算平稳状态概率分布,详细描述见上述实施例1中对步骤S40的描述。

阻塞率和掉话率计算模块50,用于根据所述平稳状态概率分布计算所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率,详细描述见上述实施例1中对步骤S50的描述。

优化模块60,用于根据所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率进行优化,详细描述见上述实施例1中对步骤S60的描述。

本实施例提供的适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,根据第一类业务的阻塞率、掉话率和第二类业务的阻塞率计算租赁信道数的最小值，由于频谱资源有限，租赁信道价格更为昂贵，求得租赁信道的最小值可以节约成本。

实施例3

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

实施例4

本发明实施例提供了一种计算机设备，如图11所示，该设备包括一个或多个处理器81以及存储器82，图8中以一个处理器81为例。

执行适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法的设备还可以包括：输入装置83和输出装置84。

处理器81、存储器82、输入装置83和输出装置84可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

处理器81可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器81还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器82作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法对应的程序指令/模块。处理器81通过运行存储在存储器82中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法。

存储器82可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法所创建的数据等。此外，存储器82可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器82可选包括相对于处理器81远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置83可接收输入的数字或字符信息，以及产生与适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置84可包括显示屏等显示设备。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器82中，当被所述一个或者多个处理器81执行时，执行如图1所示的方法。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果以及未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1至图3所示的实施例中的相关描述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，包括：

根据次用户业务对时延的要求将所述次用户业务分为第一类业务和第二类业务,所述第一类业务对时延要求高,所述第二类业务对时延要求低；

根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目，网关所拥有的信道包括普通信道和预留信道，普通信道用于所有业务的通信，而预留信道在已接入系统的业务需要进行信道切换时使用；

根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述动态预留信道数目进行信道分配；

所述根据主用户占用信道的概率判断动态预留信道数目的步骤，包括：

根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值；

根据所述主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目；

根据可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量计算所述动态预留信道数目；

所述根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值的步骤，包括：

对所述主用户占用信道的概率进行先验估计：

所述主用户占用信道的概率与所述预设时间间隔数内信道被所述主用户占用的次数服从二项分布：X|θ～b(n,θ)，

其中，X为所述预设时间间隔数内信道被所述主用户占用的次数，n为所述预设时间间隔数，θ为所述主用户占用信道的概率；

采用均匀分布U(0,1)作为先验分布；

对所述主用户占用信道的概率θ使用贝叶斯估计得到X和θ的联合分布：

根据所述X和θ的联合分布求得θ的后验分布：

根据所述θ的后验分布可得：θ|x～Be(x+1,n-x+1)；

对所述主用户占用信道的概率的估计值进行后验期望估计：根据所述

得，/>

其中，/>

为所述主用户占用信道的概率的估计值。

2.根据权利要求1所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，

所述动态预留信道数目为所述进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量三者间的最小值。

3.根据权利要求1所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，根据所述主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目的步骤，包括：

判断信道中所述主用户占用信道的概率的估计值是否大于所述预设的切换概率门限值；

如果信道中所述主用户占用信道的概率的估计值大于所述预设的切换概率门限值，则将所述信道确定为可能要进行切换的信道。

4.根据权利要求1所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，所述根据正在通信的主用户业务、正在通信的所述第一类业务、正在通信的所述第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：

当所述正在通信的主用户业务数目和所述正在通信的所述第一类业务之和小于租赁信道数目和认知信道数目之和减去所述预留信道数目的差值时，允许新的第一类业务分配空闲信道，否则拒绝所述新的第一类业务访问网络。

5.根据权利要求1所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，所述根据正在通信的主用户业务、正在通信的所述第一类业务、正在通信的所述第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：

当所述正在通信的主用户业务数目、所述正在通信的所述第一类业务和所述正在通信的所述第二类业务之和小于租赁信道数目和认知信道数目之和减去所述预留信道数目的差值时，

对于所述第一类业务，允许新的第一类业务分配空闲信道，否则占用所述正在通信的第二类业务的频谱，

对于所述第二类业务，允许新的第二类业务分配空闲信道，否则拒绝所述新的第二类业务访问网络。

6.根据权利要求1所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，所述根据正在通信的主用户业务、正在通信的所述第一类业务、正在通信的所述第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述预留信道数目进行信道分配的步骤，包括：

当所述主用户业务到达时，

若所述主用户业务到达的信道被所述第一类业务占用，如果所述预留信道数目大于0，则所述第一类业务切换到预留信道，否则所述第一类业务占用所述正在通信的第二类业务信道，

若所述主用户业务到达的信道被所述第二类业务占用，如果所述预留信道数目大于0，则所述第二类业务切换到预留信道，否则所述第二类业务退出信道。

7.根据权利要求1所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，还包括：

根据所述主用户业务、所述第一类业务和所述第二类业务的状态转换情况计算平稳状态概率分布；

根据所述平稳状态概率分布计算所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率；

根据所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率进行优化。

8.根据权利要求5所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法，其特征在于，所述根据所述第一类业务的阻塞率、掉话率和所述第二类业务的阻塞率进行优化的步骤，包括：

当所述第一类业务的阻塞率小于或等于预设第一类业务的阻塞率阈值且所述第一类业务的掉话率小于或等于预设第一类业务的掉话率阈值且所述第二类业务的掉话率小于或等于预设第二类业务的掉话率阈值时，计算所述租赁信道数的最小值。

9.一种适应电力业务的无线专网频谱分配优化装置,其特征在于，包括：

业务分类模块,用于根据次用户业务对时延的要求将所述次用户业务分为第一类业务和第二类业务,所述第一类业务对时延要求高,所述第二类业务对时延要求低；

动态预留信道数目判断模块,用于根据主用户占用信道的概率的估计值判断动态预留信道数目，网关所拥有的信道包括普通信道和预留信道，普通信道用于所有业务的通信，而预留信道在已接入系统的业务需要进行信道切换时使用；

信道分配模块,用于根据正在通信的主用户业务、正在通信的第一类业务、正在通信的第二类业务、租赁信道数目、认知信道数目以及所述动态预留信道数目进行信道分配；

所述根据主用户占用信道的概率判断动态预留信道数目的步骤，包括：

根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值；

根据所述主用户占用信道的概率的估计值和预设的切换概率门限值计算可能要进行切换的信道数目；

根据可能要进行切换的信道数目、预设的预留信道阈值以及当前剩余频谱量计算所述动态预留信道数目；

所述根据所述主用户在预设时间间隔数内占用信道次数计算所述主用户占用信道的概率的估计值的步骤，包括：

对所述主用户占用信道的概率进行先验估计：

所述主用户占用信道的概率与所述预设时间间隔数内信道被所述主用户占用的次数服从二项分布：X|θ～b(n,θ)，

其中，X为所述预设时间间隔数内信道被所述主用户占用的次数，n为所述预设时间间隔数，θ为所述主用户占用信道的概率；

采用均匀分布U(0,1)作为先验分布；

对所述主用户占用信道的概率θ使用贝叶斯估计得到X和θ的联合分布：

根据所述X和θ的联合分布求得θ的后验分布：

根据所述θ的后验分布可得：θ|x～Be(x+1,n-x+1)；

对所述主用户占用信道的概率的估计值进行后验期望估计：根据所述θ|x～Be(x+1,n-x+1)得，

其中，/>

为所述主用户占用信道的概率的估计值。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法。

11.一种计算机设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1至8中任一项所述的适应电力业务的无线专网频谱分配优化方法。

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