隊列方法下電力調度系統中通信網絡環節動態模型的構建

王智

（牡丹江大學，黑龍江 牡丹江157011）

目前，數字通信網絡此重傳機制無法保證全部數據包都能夠傳輸到目的地，系統之間信息的交換缺乏確定性、完整性及因果性。所以如何解決由于網絡導致采樣數據丟失的問題為主要研究內容。在研究過程中，大部分假設丟包及時延的發生都滿足隨機分布的需求，但是此種假設并不滿足實際的通信過程的需求，并且無法充分展現通信網絡連接控制系統的功能，所以在實際應用過程中受到了多重限制[1]。為了能夠對理論研究結果進行仿真驗證，要創建包含被控對象和通信網絡廣義對象數學模型。基于數學通信本質，模擬通信網網絡中的數據傳輸動態模型，并且對其分析與設計。根據相應的隊列理論，創建通信網絡環節動態模型。

1 系統結構

使用RS 接口雖然能夠有效實現外圍儀表設備通信，但是在通信結點比較多的時候，就會受到接口數量等的限制，那么為了能夠有效實現太陽能電池批量的檢測，就實現了電力調度系統的設計，詳見圖1，通過圖1 可以看出來，電力調度檢測系統中的主控計算機和以太網/串口適配器利用RJ 接口與交換機進行連接，從而能夠成為星形拓撲結構。結點和結點使用客戶服務器模式，利用TCP 面向連接可靠傳輸實現通信。其中的數據收集使用分布式系統結構，每個巡檢儀微處理器都能夠有效檢測單組的電池，收集數據利用串口到以太網串口適配器中傳輸，適配器通過轉換之后TCP 數據就會對以太網交付。系統結構能夠提供分布式處理環境，使用何種通信算法及模型，對數據收集實時性具有密切的聯系。

圖1 電力調度系統的設計

2 通信網絡環節動態模型的設計

為了能夠對理論結果實現仿真驗證，其重要內容就是實現包括調度系統與通信網絡的廣義對象數字模型的創建，根據數據通信的本質實現全面的分析，實現通信網絡數據傳輸動態模型的模擬，基于此實現針對性的分析與設計。根據流體流理論，使數據通信作為流體實現模型創建，給出使用AQM策略網絡的微分方程。利用對壘理論創建網絡動態模型，其研究的主要目的就是能夠為了創建電力調度系統，并且為數據傳輸動態模型的創建提供基礎。那么，本節就以電力系統和通信網絡各種干擾作為干擾數據流，使用隊列方法創建并且分析電力調度系統通信網絡環節的網絡動態模型[2]。本文主要對隊列輸出速度、數據到達率、丟包率、輸出鏈路寬度和隊列長度的聯系進行全面研究，數據傳輸是通過包的方式實現的，也就是假如全新數據到達之后緩沖區就不能夠將全部數據都容納，而且數據包還會出現丟失的問題。在此種情況中，不僅要將隊列長度隨機變化進行展現，還要使其能夠對網絡傳輸實際需求進行有效滿足。如果信道干擾流和過程數據以先進先出策略處于網絡設備緩沖隊列中進行發送等待，如果隊列已經滿員，那么數據就會丟失，此隊列模型的原理詳見圖2。

圖2 隊列模型的原理

其中的y（t）指的是t 時間的電力調度數據，Sy（t）指的是t時間定理調度數據流到達的速率，Sd（t）指的是t 時間干擾流到達的速率。假設Bw屬于輸出鏈路帶寬，并且在t 時間中的輸出速率能夠實現鏈路寬帶約束。其輸出隊列的長度改變就是一種離散隨機動態的過程，利用t 時間的期望值描述隊列近似，利用隊列平衡關系表示，隊列的長度要有效實現以下公式的需求：

如果數據包能夠進行單包傳送，數據包長度要比隊列緩存長，就回導致整包丟失。本文在研究過程中利用Droptail 數據丟包策略，如果隊列長度滿足最大值，是最新的數據包全部丟失[8]，那么t 時間的丟包速率就通過以下公式進行表示：

利用實時數據收集系統精準定位，采樣的間隔具備良好的一致性。通過圖1 可以看出來，主控計算機是利用以太網串口適配器使數據收集指令到電池巡檢儀中發送，其以指令從電池收集帶電流、溫度、電壓等數據，以外網串口適配器再將巡檢儀收集數據到主控計算機中返回。通過以上模型可以了解到，基于緩沖隊列不滿的背景下，收集線程能夠得到最大程度開發，并且能夠有效保證數據收集周期的一致性。信號量具備方便且有效的進程同步處理機制，但是因為大量同步操作分散到所有需要訪問的臨界資源進程中，不僅為系統管理炯偉麻煩，而且還會由于使用不當導致出現無法檢測的錯誤。管理實現了數據結構及能夠為并發進程進行執行操作的定義，此種操作能夠對管程數據及進程進行同步。基于此特點，對類似管程功能類進行定義，從而能夠有效實現三種線程對于兩級隊列互斥及同步。

一般，模擬方法包括特卡羅法和跟蹤驅動法，跟蹤驅動法屬于利用輸入相關統計量，通過模型驗算對結果進行觀察，其屬于確定性模型。特卡羅法指的是先實現統計分布，之后利用分布產生隨機數，從而將模型進行輸入得到結果。圖3 為通信網絡環節動態模型的仿真流程：

圖3 通信網絡環節動態模型的仿真流程

3 通信網絡環節動態模型的仿真

以創建的數據傳輸模型為基礎實現數據仿真，假如輸出鏈路帶寬為100kbps，輸出隊列緩沖區的長度為200kb，網絡干擾波流形是一種方波，能夠實現斜波形式定周期采樣數據利用網絡傳輸進行仿真，圖4 為網絡干擾的影響。

圖4 網絡干擾的影響

利用模擬仿真表示，在本文所研究模型中的數據傳輸隊列長度不斷變化，利用網絡傳輸數據的時間間隔是時變性，并且其中的數據具有丟失的情況。為了對輸出鏈路帶寬進行全面的分析，緩沖區長度對于數據傳輸影響較大，寬帶從0-300kbs 的過程中，數據傳輸系統延時及丟包率降低，以此表示本文所設計的模型能夠對網絡最大流量和緩沖區長度對于數據傳輸具有一定的影響：如果網絡隊列長度最大，那么就回降低延時或者丟包的幾率。如果網絡隊列長度最小，那么就會使延時及丟包的幾率提高。

因為本文研究的模型新數據和原本數據要比緩沖區域的長，所以就導致出現在整包丟失的情況，此種也為緩沖區騰出了大量的空間容納全新的完整數據，以此使系統傳輸能力得到了有效的提高。簡單來說，也就是使延遲時間及丟包概率有所降低。和之前研究的數據模型進行對比，兩種模型丟包及延時的發生情況概率比較差。通過分析表示，全新模式的丟包及延時概率比原本的模型要小。

4 結論

為了能夠使IP 網絡對于低速率交互TCP 流傳輸性能得到提高，本文使用隊列方法，實現電力調度系統中通信網絡環節動態模型創建，最后對模型實現了仿真對比，對本文所研究的動態模型合理性進行了有效驗證，表示本文所設計的模型能夠有效降低延時概率及丟包率。