则下对应的状态转移过程的示意图；
[0050] 图4示出混合制排队规则下对应的状态转移过程的示意图；
[0051] 图5示出等待排队规则下每个节点平均端到端时延的示意图；
[0052] 图6示出混合排队规则下每个节点平均端到端时延的示意图；
[0053] 图7示出不同数据产生速率下每个节点平均花费的示意图。
【具体实施方式】
[0054] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0055] 对于HEMS系统的花费可以分为两个部分，网关的安装成本以及数据包延迟和丢 失产生的成本。对于安装成本在一个时间周期内是固定的。因此，本申请主要针对由于数 据包延迟和丢失产生的成本进行分析。
[0056] 本发明公开了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， 该方法的步骤包括：步骤S1、基于HEMS系统，获取电力信息的相关数据，该电力信息的相 关数据包括例如未来电力消费需求和功耗需求数据等信息；步骤S2、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，如图2所示，为排队系统的两个基本组成部分：输入过程（即数据包到达过程）和队列 服务（即数据按一定规则排队等待服务），这里对于接收到的数据包，需要存储在网关的缓 冲区，对具有不同服务质量要求不同类型的数据包需要存储在不同的缓冲区，然后，通过网 关的WAN收发器传送到一个WAN基站，接下来再对数据在网关中的传输情况作分析；步骤 S3、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):z= SCs+aLdelay(S) +eLlc]SS(S)，其中，s是网关数目，cs表示单位时间内单个网关服务台的安装 服务成本，a为每个数据包在网关内停留单位时间的费用，0为丢失一个数据包的费用， Ldelay为网关中等待的数据包平均数，Llc]SS为丢失的数据包数；采用边际分析法对总成本进 行分析，并使其满足 并求解最小总成本Z(s〇和对应的网关数量A步 骤S4、基于最小成本，对HEMS系统中选用的网关数量进行优化配置。
[0057] 对于数据包到达的过程：一般数据包的到达服从泊松分布，假定到达数据流服从 参数为的泊松分布，且到达与服务分布是相互独立的，即：
[0058]
[0059] 其中，At代表在时间t开始时到达的数据包数目。由于六4是稳态的且独立于队列 状态和服务过程，所以E{AJ=入。
[0060] 对于队列状态的服务情况：数据包以固定速率y移出网关进入WAN基站，数据包 延迟是指数据包在网关的缓冲区的等待时间，数据包丢失是指如果排队队长超过网关缓冲 区的最大长度K，则数据包被丢弃，产生溢出丢包。这些数据是不可修复的，只能通过链路层 自动反馈重传等模式重新发送。
[0061] 根据数据包到达的过程和队列状态的服务情况，建立HEMS系统的总成本z(s):
[0062]z=scs+ a Ldelay (s)+&Lloss (s) (2)，
[0063] 其中，s是网关数目，(^表示单位时间内单个网关服务台的安装服务成本，a为每 个数据包在网关内停留单位时间的费用，0为丢失一个数据包的费用，Ldelay为网关中等待 的数据包平均数，Llc]SS为丢失的数据包数。由于s为整数，所以总成本不是连续变量的函数， 因此，采用边际分析法，根据总成本z(s〇最小的特征，并满足：
[0064]
[0065] 求解最小总成本z(si和对应的网关数量s\
[0066] 最后根据不同的排队规则对智能电网HEMS系统的网关配置进行优化。
[0067] 下面通过一组实施例对本发明做进一步说明：
[0068] 基于HEMS系统的电力信息数据，在等待制排队规则下对网关进行配置的方法步 骤如下：
[0069] 如图3所示为等待制排队规则下，对应的状态转移过程。在等待制排队的规则 下，数据包到达网关的到达时间间隔独立，且服从参数为A的负指数分布（即输入过程为 Poisson过程）；网关的转发时间也独立同分布，且服从参数为y的负指数分布；网关缓冲 区间无限，允许永远排队。
[0070] 因此，数据包到达过程满足：
[0071] 有s个网关的服务系统：
[0072] 入n=入⑷，
[0073]
[0074] 网关的负荷水平，S卩服务台在承担服务和满足需要方面能力的尺度P:
[0075]
[0076] 队列服务状态情况满足：
[0077]网关的缓冲区中有n个数据包的概率为八= ，对一切p，基于有限 状态生灭过程的极限获得：
[0078]
[0079] 其中
[0080] 在网关缓冲区内排队等待的数据包数Lq:
[0081] ns
l, *V1
[0082]平均队长Ldela#:
[0083]Ldelay=Lq+P(10)〇
[0084] 等待制排队规则下，基于数据包到达过程和队列服务状态，对系统总成本进行分 析
[0085] 由于网关缓冲区间无限，所以数据包可以一直排队等待而不存在丢失情况，所以 Llc]SS(s) = 0。将公式⑶代入公式⑵中，求得[0086]z=scs+ a Ldelay (11)，
[0087]公式（11)经简化后为：
[0088]
[0089] 依次求解s= 1，2, 3,…时Ldelay的值，并做相邻两个Ldelay的值之差，根据&落入上 OC 述不等式的区域确定获得最小总成本的网关数S'
[0090] 基于HEMS系统的电力信息数据，在混合制排队规则下对网关进行配置的方法步 骤如下：
[0091] 如图4所示，为混合制排队规则下，对应的状态转移过程。在混合制排队规则下， 网关缓冲区间最多可容纳K个数据包，s个网关充当服务台进行独立地平行工作，当K个位 置已被数据包占用时，新到的数据包就自动离开，当系统中有空位置时，新到的数据包就进 入系统排队等待服务；
[0092] 数据包到达过程满足：
[0093] 平均等待的数据包数yn:
[0094] 队列服务状态情况满足：
[0095] 基于有限状态生灭过程的极限，求得网关的缓冲区中有n个数据包的概率：
[0096] 网关缓冲区内排队等待的数据包数Lq:
[0097] 平衡时正在被服务的顾客数F. . " .. _
..... ?=+0 n~s-
[0098]时刻t时的平均等待的数据包数：
[0099] 混合制排队规则下，基于数据包到达过程和队列服务状态，对系统总成本进行分 析
[0100] 计算系统的延迟的花费：Cdelay=aLdelay，其中，a表示每个数据包在缓冲区停留 单位时间的费用；
[0101] 由于数据包在不停的抵达缓冲队列，要从两方面进行考虑：第一，刚抵达的数据包 和队列中剩余的数据包数之和超过缓冲区最大长度，溢出数据包被丢弃，则此刻缓冲区数 据包总数St为缓冲区最大队长K;第二，刚抵达的数据包和队列中剩余的数据包之和不超 过缓冲区最大队长，无溢出，此时缓冲区数据包总数St为剩余数据包数与抵达数据包数之 和。
[0102] 计算缓冲区数据包总数St:St=min{K,max{0,Stfy}+Aj;
[0103]在t时刻被丢弃的数据包数：Llciss=max{0,At-K+max{0,St「y}};
[0104] 基于系统的延迟花费、缓冲区数据包总数和在t时刻被丢弃的数据包数，确定优 化条件：
[0105]a[2Ldelay(s*)-Ldelay(s*+l)-Ldelay(s*_l)] <cs< 0[Ll0SS(s*-l)+Ll0SS(s*+l)_2Ll0SS (s*)];
[0106] 依次求解s= 1，2, 3,…时Ldf；lajPLlciss的值，根据cs落入上述不等式的区域确定 获得最小总成本的网关数s'
[0107] 基于两种不同排队规则，对系统网关进行优化配置的步骤包括
[0108] 计算一个簇中的每个节点的平均发花费；
[010