徐小平， 鄭悠， 智艷利， 甘俊杰

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江, 寧波 315101；2.寧波工程學(xué)院, 電子與信息工程學(xué)院，浙江，寧波 315211；3.北京和利時系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176；4.中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100007)

0 引言

隨著軌道交通的不斷發(fā)展，軌道交通網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，需要構(gòu)建智能化和綜合化的軌道交通綜合通信網(wǎng)，進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計，提高軌道交通綜合通信能力，通過軌道交通綜合通信網(wǎng)控制和可靠性建模，結(jié)合通信網(wǎng)的可靠性指標(biāo)分布，進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計，建立軌道交通綜合通信網(wǎng)的信道均衡控制模型[1]，通過可靠性評估和負(fù)載均衡配置的方法，進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，相關(guān)的軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃方案研究在軌道交通設(shè)計和通信網(wǎng)組建中具有重要意義。

對軌道交通綜合通信網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計是建立在對交通通信網(wǎng)的信道均衡配置和資源優(yōu)化調(diào)度基礎(chǔ)上，分析軌道交通綜合通信網(wǎng)的智能化控制模型，結(jié)合可靠性指標(biāo)分析和綜合指標(biāo)調(diào)度的方法[2-3]，進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃，本文提出基于可靠性指標(biāo)的軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃模型。構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)傳輸模型，結(jié)合信道均衡控制方法進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)的信道輸出均衡控制，結(jié)合軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃方法，實現(xiàn)軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃。最后進(jìn)行仿真測試分析，得知有效性結(jié)論。

1 軌道交通綜合通信網(wǎng)傳輸模型與均衡控制

為了實現(xiàn)基于可靠性指標(biāo)的軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃，構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)傳輸模型，結(jié)合信道均衡控制方法[4-5]進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)的信道輸出均衡控制。

1.1 軌道交通綜合通信網(wǎng)傳輸模型

采用交叉分布式組網(wǎng)方法，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軌道交通綜合通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1所示的軌道交通綜合通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分布，在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計，得到在t時刻軌道交通綜合通信網(wǎng)的統(tǒng)計結(jié)果為

(1)

在式(1)得到的軌道交通綜合通信網(wǎng)的統(tǒng)計結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合軌道交通綜合通信網(wǎng)的空間分布密度，采用概率密度估計的方法[6]，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)信道輸出的關(guān)聯(lián)度為

(2)

其中，X(t)表示t時刻軌道交通綜合通信網(wǎng)的飽和度特征值，通過飽和度估計和殘差分析的方法，將Ni(t)·Fi(t)修正為Ni(t)·10Fi(t)，結(jié)合相關(guān)性調(diào)度，采用自適應(yīng)參數(shù)估計方法，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的隨機(jī)分布概率特征為

(3)

根據(jù)式(3)得到的軌道交通綜合通信網(wǎng)的隨機(jī)分布概率特征值，結(jié)合歸一化功率譜估計[7]，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的最優(yōu)參數(shù)估計值為

(4)

其中，wi表示軌道交通綜合通信網(wǎng)參數(shù)分布集，pij表示軌道交通綜合通信網(wǎng)的時隙占用率閾值。

根據(jù)上述分析，構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)的傳輸模型為

(5)

式中，Gk(t)表示軌道交通綜合通信網(wǎng)關(guān)聯(lián)規(guī)則分布集。

在式(5)基礎(chǔ)上，通過空間均衡配置，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的負(fù)載均衡調(diào)度輸出為G(ni)={gk|grkj=1,k=1,2,…,m}，通信網(wǎng)的傳輸回波輸出為

(6)

其中,Nh、Nm和Nl分別為軌道交通綜合通信網(wǎng)傳輸?shù)南嗨贫认禂?shù),kh、km和kl分別為軌道交通綜合通信網(wǎng)的負(fù)載均衡調(diào)度分布集[8]。

1.2 智能軌道交通通信均衡控制

為了實現(xiàn)基于可靠性指標(biāo)的軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃，在上述軌道交通綜合通信網(wǎng)傳輸模型的基礎(chǔ)上，采用Small-World模型[9-10]構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)的組網(wǎng)模型為

(7)

式中，u為軌道交通綜合通信網(wǎng)的模糊度檢測特征量。

根據(jù)軌道交通綜合通信網(wǎng)的組網(wǎng)模型，結(jié)合應(yīng)急調(diào)度和均衡控制方法，構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)的關(guān)聯(lián)狀態(tài)分布函數(shù)為

(8)

根據(jù)軌道交通綜合通信網(wǎng)的均衡分布狀態(tài)，結(jié)合統(tǒng)計分析方法，得到均衡狀態(tài)分布集為

vi=f(si)·(pj(t)+pg(t))RHk

(9)

其中，關(guān)聯(lián)指數(shù)RHk取值越大，表示軌道交通綜合通信網(wǎng)的輸出負(fù)載越大。

在式(8)的基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)均衡控制和空間波束形成方法，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度函數(shù)為

(10)

式中，ω為軌道交通綜合通信網(wǎng)的慣性權(quán)重。通過得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度函數(shù)實現(xiàn)智能軌道交通通信均衡控制。

2 軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃模型優(yōu)化

2.1 可靠性指標(biāo)參數(shù)融合

根據(jù)軌道交通綜合通信網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度函數(shù)，采用均衡控制方法，構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)的可靠性指標(biāo)分布的博弈均衡模型為

(11)

根據(jù)軌道交通綜合通信網(wǎng)的可靠性指標(biāo)分布的博弈均衡模型，進(jìn)行可靠性指標(biāo)分析，得到可靠性指標(biāo)分布為

(12)

根據(jù)可靠性指標(biāo)分布情況，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的可靠性指標(biāo)參數(shù)分布矩陣表示為

(13)

式中，?vN(xn)表示軌道交通綜合通信網(wǎng)的智能化分配負(fù)載，在軌道交通綜合通信網(wǎng)中，得到效率函數(shù)E(i,j)為

(14)

采用動態(tài)負(fù)載均衡控制方法[11]，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的規(guī)劃調(diào)度的最佳時延分布函數(shù)為

(15)

采用可靠性指標(biāo)分布的方法，進(jìn)行分簇調(diào)度，得到通信網(wǎng)規(guī)劃的效益型指標(biāo)：

(16)

軌道交通綜合通信網(wǎng)的成本型指標(biāo)：

(17)

軌道交通綜合通信網(wǎng)的固定型指標(biāo)：

(18)

根據(jù)上述對軌道交通綜合通信網(wǎng)的可靠性指標(biāo)融合結(jié)果，進(jìn)行通信網(wǎng)的規(guī)劃調(diào)度。

2.2 通信網(wǎng)規(guī)劃均衡配置

通過通信負(fù)載均衡設(shè)計進(jìn)行交通通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域化網(wǎng)格分割和輸出智能化調(diào)節(jié)，交通通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域化網(wǎng)格重組模型為

(19)

(20)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)信息，進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)的網(wǎng)格模塊化分區(qū)，結(jié)合信道均衡配置方法，實現(xiàn)軌道交通綜合通信網(wǎng)的智能規(guī)劃設(shè)計[12]。

3 仿真測試分析

為了驗證本文方法在實現(xiàn)軌道交通綜合通信網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃中的應(yīng)用性能，進(jìn)行試驗測試，通信網(wǎng)的傳輸負(fù)載為1200 kV，節(jié)點數(shù)為10 000，信道傳輸?shù)木舛人綖?.57，概率分布密度為0.21，根據(jù)上述仿真參量設(shè)定，得到軌道交通綜合通信網(wǎng)的傳輸數(shù)據(jù)采樣如圖2所示。

根據(jù)圖2的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)的均衡控制和優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計，得到均衡輸出如圖3所示。

圖2 軌道交通綜合通信網(wǎng)的傳輸數(shù)據(jù)

圖3 通信網(wǎng)均衡輸出

分析圖3得知，本文方法能有效實現(xiàn)軌道交通綜合通信網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計，測試輸出誤碼率，得到結(jié)果如圖4所示。

圖4 誤差率測試

分析圖4得知，本文方法進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃，信息傳輸?shù)恼`差率較低，說明均衡控制能力較強(qiáng)，提高了軌道交通綜合通信網(wǎng)的輸出連通性和可靠性。

4 總結(jié)

本文建立了軌道交通綜合通信網(wǎng)的信道均衡控制模型。通過可靠性評估和負(fù)載均衡配置的方法，進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，提出基于可靠性指標(biāo)的軌道交通綜合通信網(wǎng)規(guī)劃模型。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行軌道交通綜合通信網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計，結(jié)合應(yīng)急調(diào)度和均衡控制方法，構(gòu)建軌道交通綜合通信網(wǎng)的關(guān)聯(lián)狀態(tài)分布函數(shù)，根據(jù)軌道交通綜合通信網(wǎng)的均衡分布狀態(tài)，結(jié)合統(tǒng)計分析方法，進(jìn)行通信網(wǎng)的均衡配置和規(guī)劃。分析得知，本文方法能有效降低通信網(wǎng)的輸出誤碼率，提高軌道交通綜合通信網(wǎng)的可靠性。