CN107094069B - 基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据(Electronic Data，本文称E数据)压缩接入算法，包括如下步骤：S1：监控数据包每te秒产生(te为随机变量)，并按照后文的索引方式进行编号；S2：如果其编号符合后文的算法要求，则准备接纳入buffer，否则直接忽略；S3：如果buffer没满则直接放入buffer，如果buffer已满，则先压缩buffer，腾出空间，放入新的数据包；S4：启动发送过程，准备发送新的buffer；以及，S5：如果发送成功，则buffer清空，以后数据包的编号从0开始，如果由于缺乏信道发送失败，则buffer不变，数据包当前递增的序号不变，等待新的数据包到达后重新从S1开始。

Description

基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接 入算法

技术领域

本发明具体涉及一种基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法。

背景技术

智能电网电子设备的监控可以增加其输出的可预测性，报告故障设备，延长使用寿命。一般而言，智能电网的监控数据传输应该得到保证且具备一定的实时通信要求。而由于无线频谱的稀缺和昂贵，因此智能电网采用认知无线电通信技术以使用未使用的空闲频谱来传输智能电网数据的技术，是目前的一个热点。但认知无线电由于信道的不可靠性，监控数据的通信传输得不到保障，因此如何在利用认知无线电通信的同时，提高监控数据的传输成功率，且尽量在允许数据丢失的情况下尽可能传输可反映监控变化趋势的部分数据，是非常重要的，本专利从这二者出发提出了一种基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据的压缩接入算法，该基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法可以很好地解决上述问题。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法，该基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法包括如下步骤：S1：监控数据包以随机变量te为时间间隔产生数据包，并按照后文的索引方式进行编号；S2：如果其编号符合后文的算法要求，则准备接纳入buffer，否则直接忽略；S3：如果buffer没满则直接放入buffer，如果buffer已满，则先压缩buffer，腾出空间，放入新的数据包；S4：启动发送过程，准备发送新的buffer；以及，S5：如果发送成功，则buffer清空，以后数据包的编号从0开始，如果由于缺乏信道发送失败，则buffer不变，数据包当前递增的序号不变，等待新的数据包到达后重新从S1开始。

该基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法具有的优点如下：该基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法可以很好地解决现有的工作对智能电网监测数据传输对延迟非敏感性数据缺乏考虑，缺乏缓冲分析，缺乏重发机制分析，缺乏对监控数据中可以体现电网变化趋势的特征数据的分析，摘取和传输协议研究等问题。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施例，该基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法中做出如下假设：(1)智能电网各个监控数据传输点(UE)均采用认知无线电方式无线传输数据，这些传输点都是认知无线电通信中的次用户(SU)；(2)假设监视数据存储在SU的缓冲区，并且任何时候新的监视数据到达将触发通信请求；(3)如果某次通信请求由于缺乏次信道(SC)，本次请求传输将会失败，在下一次通信时，在两次通信请求之间的时间间隙，将会有一个新到达的监测数据，它和以前未发送的数据一起，被重新压缩打包触发发送通信请求。

电网监控数据(E数据)是智能电网电子线路，应用和设备的监测结果，这对增强功率调度是有用的，还可以提高用户的QoE(服务质量体验)。

假设理想地，监控数据传输点每te秒收集监视数据。其实，两个相邻收集事件之间的时差受各种软件和硬件因素的影响。因此我们假设时间(te)是服从高斯分布的随机变量，均值为πe，方差为de。

获取的E数据将被放入缓冲区发送，由于采用认知无线电技术，如果没有空闲信道，发送请求将被拒绝，并再次尝试重新发送缓冲区中的数据。

该基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入算法的几个要点如下：

(1)监控数据包以每te秒产生，并按照后文的索引方式编号；

(2)如果其编号符合后文的算法要求，则准备接纳入buffer，否则直接忽略；

(3)接纳入buffer，可能直接放入buffer(buffer没满的情况下)，或者因为buffer已满，则先要压缩buffer，腾出一个空间，放入新的数据包；

(4)启动发送过程，准备发送新的buffer；

(5)如果(4)的发送成功，则buffer清空，以后数据包的编号从0开始，如果由于缺乏信道，(4)的发送失败，buffer不变，数据包当前递增的序号不变，等待新的数据包到达后重新从(1)开始。

设最大缓冲区大小为L，表示缓冲区可容纳最多L个E数据。一旦UE捕获了用于传输的信道，信道保持时间就是kts，其中k是缓冲器中数据包的数量，ts是一个数据包由一个认知信道服务情况下的传输时间，我们假设每个数据包的长度是一样的。

如果SU的缓冲区已满，有新的监控数据到达且该数据允许被加入缓冲区，则缓冲区中的原始数据将被压缩以产生一些空间来存储新到达的E数据。这样可以同时保存历史旧数据和新到达数据，并减少数据注入网络的速率以防拥塞发生。

让E数据的每个分组从0开始增量索引，全文的索引，就是编号的意思，如果buffer发送成功则buffer被清空，则新传入的E数据将从序号0开始计算索引，对任意到达的E数据，如其序号为i，则标识为D_i，根据i的值和当前Buffer里面的数据序列，该D_i可能没有必要接纳不需要放入buffer，或者虽然可以放入buffer但buffer已经满了，此时就需要先把buffer压缩，再把D_i放入buffer。

令

是同一个buffer中两个相邻被接收数据包序号的差，那么在buffer中所有数据的序号中，必存在Δ₁两个整数Δ₂，以使得下式成立：

其中

Δ₁＝2^k，Δ₂＝2Δ₁；

对任意到达的E数据，标识为D_i(其序号为i)，根据整数性质，此时我们必定可以找到两个整数Δ_i1和Δ_i2，满足下公式：

(L-1)Δ_i1+1＜i≤(L-1)Δ_i2+1.

在此情况下当且仅当以下条件满足

Δ_i1|(i-1)

新到达数据D_i才会被接纳(编号符合算法要求，则准备接纳入buffer，否则直接忽略)，如果buffer已经满了，这意味着缓冲区buffer处于Δ_i1-to-Δ_i2压缩，可以表示为Δ_i1→Δ_i2。

其他所有D_i，如其序号Δ_i1/||(i-1)，则被拒绝。

利用非授权次信道(SC)发送缓冲区数据的算法如下：

对新产生的序号为i的数据DUi，其数据接收算法如下：

只有Dui被接受且buffer已经满的时候，才启动压缩缓冲区算法。

在缓冲区满的情况下，接收数据并压缩缓冲区的算法如下：

在缓冲区满的情况下，接收数据并压缩缓冲区的算法可以保证压缩后的buffer里面的各个数据包可以很好地体现监控数据随时间变化的趋势，因为智能电网数据趋势与时间严格相关，各个监控数据在时间上有比较强的趋势相关性，不像传统的电信通信业务那种无记忆的信道和无记忆的业务模型。

在缓冲区满的情况下，接收数据并压缩缓冲区的算法的说明：将缓冲区buffer中所有的数据包序号取出再排序，并将序号存入矩阵A，成为A的元素，在矩阵A中寻找满足条件的矩阵下标m(m是一个整数)，m需要满足的条件如下：

a_i-a_i-1＝Δ₁(i＝2,3,...,m)and a_i-a_i-1＝Δ₂(i＝m+1,m+2,...,n)

令

按如下算法构建矢量C：

剔除C中的重复元素下标，形成矢量B，将矢量B中的各个元素值作为下标，逐一从C中对应位置获取元素值，这些元素值又作为buffer中取元素的下标依据，这样，完成了buffer的数据压缩，Buffer压缩后，会形成一个新的空白单位，以存放新到达的可以被接受的数据Di。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (1)

1.一种基于二进制指数退避的认知无线电智能电网监控数据压缩接入方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：监控数据包以随机变量te为相邻两个数据包的产生时间间隔，并按照步骤S5的索引方式进行编号；

S2：如果其编号符合算法要求，则准备接纳入buffer，否则直接忽略；

S3：如果buffer没满则直接放入buffer，如果buffer已满，则先压缩buffer，腾出空间，放入新的数据包；

S4：启动发送过程，准备发送新的buffer；以及

S5：如果发送成功，则buffer清空，以后数据包的编号从0开始，如果由于缺乏信道发送失败，则buffer不变，数据包当前递增的序号不变，等待新的数据包到达后重新从S1开始；

所述步骤S2的具体步骤包括：

令

是同一个buffer中两个相邻被接收数据包序号的差，那么在buffer中所有数据的序号中，必存在Δ₁和Δ₂两个整数，以使得下式成立：

其中

Δ₁＝2^k，Δ₂＝2Δ₁；

对任意到达的E数据，设编号为i，标识为D_i，根据整数性质，此时我们必定可以找到两个整数Δ_i1和Δ_i2，满足下公式：

(L-1)Δ_i1+1＜i≤(L-1)Δ_i2+1.

其中L为buffer的长度，在此情况下当且仅当以下条件满足：

Δ_i1|(i-1)

新到达数据D_i才会被接纳，编号符合算法要求，则准备接纳入buffer，否则直接忽略，如果buffer已经满了，这意味着缓冲区buffer处于Δ_i1-to-Δ_i2压缩，可以表示为Δ_i1→Δ_i2；

其他所有D_i，如其序号

则被拒绝。