[发明专利]基于成本分析的HEMS系统网关配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网技术，特别是涉及一种在不同排队机制下，基于成本分析的HEMS系统网关配置方法。

背景技术

如图1所示，智能电网是将电网和信息、通信技术整合起来，以提高现有电网的性能和可靠性，拥有自我控制和发生故障时能自愈的自动输配电网络。M2M通信的想法是利用低成本、可扩展及可靠的技术让M2M组件互连，实现网络化和远程控制。自动化的M2M通信可以弥补传统业务的间接成本，从而促进其广泛应用在配备了嵌入式处理器和传感器的移动平台中。智能电网中的家庭能源管理系统(HEMS)采用“可视化”设计，能够及时掌握家庭的用电情况，除了能让用户通过家里的电视或监视器简单地了解自家的用电信息之外，还能通过对于能源消耗的统一管理，根据用户的行为习惯和天气信息向用户提出高效用电的可行性建议。对于一些先进的家电可以主动的向智能电表发送信息(例如，未来电力消费需求)。智能电表是用来从家电中收集功耗需求数据的设备。在一个区域所有住房的智能电表间建立一个邻域网(NAN)来支持HEMS。一个NAN有一个集中器(即网关)使用短程通信技术(如ZigBee)来采集数据包(即HEMS流量)。

数据特性对达到M2M应用的QoS要求是非常重要的。预计M2M网络将支持大量的设备，为了提高数据吞吐量，需要为数据集中模式引入新的算法或修改信息传送模式。以前的方法主要集中在如何放置或定位接收节点上。例如家庭局域网中的M2M网络，研究了其系统架构和服务质量的提高。在电力需求变化时，HAN设备只能与控制器通信，数据显示该技术在家庭网络中无缝的支持更多的设备。载有用电信息的数据包通过网关传送到控制中心进行分析，在传送的过程中，数据包的延迟和丢失会造成信息不准确及成本的提高，网关的优化配置对于降低HEMS系统成本而言至关重要。在无线Mesh网络中有很多网关放置方法，这些方法的目的是找到一个最佳的网络吞吐量，成本最小化，满足服务质量和负载均衡。例如设置越多的网关，网络生存时间就会越长。但是网关的铺设成本较高，不能满足成本最小化。有文献提出一种基于生存时间与花费比率的最优网关设置，但算法复杂度较高。

因此，需要提供一种新的HEMS系统中的网关配置的方法，以降低整个HEMS系统的成本，优化HEMS系统网关。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在不同排队机制下，基于成本分析的HEMS系统网关配置方法，以解决现有技术中由于网关所能容纳的数据包数有限，在数据传输过程中数据包发生延迟和丢失，致使数据不准确而导致的消费者花费较高的问题，同时解决由于网关的部署成本较高，在满足服务质量的前提下如何达到系统成本最小的网关配置问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

基于成本分析的HEMS系统网关配置方法，该方法的步骤包括

基于HEMS系统，获取电力信息的相关数据；

分别基于等待制排队规则和混合制排队规则，对电力信息的数据包到达网关的过程和队列服务状态情况进行分析；

基于数包据到达网关的过程和队列服务状态情况，建立HEMS系统的总成本z(s)，并求解最小总成本z(s^*)和对应的网关数量s^*；

基于最小成本，对HEMS系统中选用的网关数量进行优化配置。

优选的，所述HEMS系统的总成本z(s)为：z＝sc_s+αL_delay(s)+βL_loss(s)，其中，s是网关数目，c_s表示单位时间内单个网关服务台的安装服务成本，α为每个数据包在网关内停留单位时间的费用，β为丢失一个数据包的费用，L_delay为网关中等待的数据包平均数，L_loss为丢失的数据包数。

优选的，采用边际分析法对总成本z(s^*)进行分析，并使其满足：

优选的，基于等待制排队规则，对电力信息的数包据到达网关的过程和队列服务状态情况进行分析的步骤包括

在等待制排队规则下，具有s个网关的HEMS系统服从Poisson分布，其中，λ_n＝λ，

网关的负荷水平ρ：

在等待制排队规则下，网关的缓冲区中有n个数据包的概率为对一切ρ，基于有限状态生灭过程的极限获得：

其中，