高可靠低时延低能耗的电力巡检系统及巡检方法与流程

文档序号:21797048发布日期:2020-08-11 20:48阅读:来源:国知局

技术特征:

1.高可靠低时延低能耗的电力巡检系统,其包括基站、每个基站至少配置一个边缘服务器、可移动的智能巡检机器人,所述智能巡检机器人具有可实现任务卸载决策及本地任务处理的计算能力,优选的,所述智能巡检机器人的数量不少于基站数量。

2.权利要求1所述系统进行电力巡检的方法,其包括:

由所述智能巡检机器人产生巡检计算任务;

由所述智能巡检机器人通过任务卸载决策模型对所述任务进行分配;

由所述智能巡检机器人和/或被分配到任务的基站对任务进行处理;

由所述智能巡检机器人产生处理结果和/或接收被分配到任务的基站的关于处理结果的反馈;

优选的,所述任务卸载决策模型为优化后的任务卸载决策模型;

优选的,被分配到任务的基站对任务进行的处理通过其配置的边缘服务器完成。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述任务卸载决策模型基于所述智能巡检机器人的本地侧模型、基站侧模型、本地侧对基站侧的模拟模型、超可靠低延迟通信约束及最小化长期总能耗中的一项或多项做出。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述本地侧模型包括本地侧数据队列模型、本地侧处理时延模型、本地侧处理能耗模型、本地侧传输能耗模型;和/或所述基站侧模型包括基站侧数据处理模型;和/或所述本地侧对基站侧的模拟模型包括本地侧对基站侧的数据队列模拟模型;

优选的,所述本地侧数据队列模型如式(1)所示:

其中,ak(t)表示所述智能巡检机器人将第t个时隙产生的巡检计算任务以大小均为的ak(t)个子任务的形式存储于其本地任务缓冲区;qk(t)表示第t个时隙,所述智能巡检机器人的本地任务缓冲区内的数据队列,uk(t)表示将离开本地任务队列的任务数据量,其包括将被本地处理或卸载到基站上的数据量zk,j,t;

进一步优选的,将被本地处理的数据的量通过式(2)获得:

其中,fk,t表示所述智能巡检机器人在第t个时隙分配的用于处理该任务的本地cpu周期频率,τ表示每个时隙的长度,λk表示处理每比特数据需要的cpu周期;j=j+1表示所述智能巡检机器人选择本地处理;

和/或进一步优选的,将被卸载到基站上的数据的量通过式(6)获得:

其中,表示所述智能巡检机器人在可选基站集合中选择了一个基站mj进行任务卸载,rk,j,t表示所述智能巡检机器人在第t个时隙的数据传输速率,其优选通过式(5)获得:

其中,bk表示所述智能巡检机器人被分配到的专用子信道的带宽;γk,j,t表示其在第t个时隙的信噪比,优选通过下式获得:

其中,ptx表示传输功率,gk,j,t表示所述智能巡检机器人和被分配到任务的基站间的信道增益,δ2表示噪声功率;

优选的,所述本地侧处理时延模型如式(3)所示:

优选的,所述本地侧处理能耗模型如式(4)所示:

其中αk表示本地cpu的有效切换电容;

优选的,所述本地侧传输能耗模型如式(7)所示:

式(7)中的zk,j,t表示将被卸载到基站上的数据量。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述基站侧数据处理模型如式(10)所示:

其中,yk,j(t)表示第t个时隙基站处理的数据量,hk,j,t表示第t个时隙基站上存储的、被所述智能巡检机器人分配的但还未处理的任务的数据量;fk,j,t表示基站根据任务的重要性分配的cpu周期频率,其优选通过式(9)得到:

其中,βk为权重参数,为指示函数,当x为真时,反之,

6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述本地侧对基站侧的数据队列模拟模型如式(11)所示:

hk,j(t+1)=min{hk,j(t)-yk,j(t)+xk,j,tzk,j,t,0},(11)

其中,hk,j(t)表示第t个时隙基站上存储的来自所述智能巡检机器人的数据队列;xk,j,t表示任务卸载指示符,当xk,j,t=1时,表示第t个时隙所述智能巡检机器人选择了一个基站进行任务卸载,其中j=j+1时,表示所述智能巡检机器人选择本地处理。

7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述超可靠低延迟通信约束如式(12)及(13)所示:

其中,为可容忍的界限违反概率;分别表示本地侧及基站侧的排队时延界限;

分别表示前t-1个时隙所述智能巡检机器人本地侧任务缓冲区及基站侧的任务缓冲区的平均数据达到速率,其优选分别通过下式得到:

优选的,所述约束还包括式(14)-(15):

其中表示的长期时间条件均值,表示所述智能巡检机器人在本地任务缓冲区的溢出值;表示的长期时间条件二阶矩,的二次方;分别表示溢出值的条件互补累积分布函数的广义帕累托分布近似中尺度参数和形状参数的阈值;

优选的,所述约束还包括式(16)-(17):

其中,表示的长期时间条件均值,表示所述智能巡检机器人对应在基站侧的任务缓冲区的溢出值;表示的长期时间条件二阶矩,的二次方;分别表示溢出值的条件互补累积分布函数的广义帕累托分布近似中尺度参数和形状参数的阈值。

8.根据权利要求7中任一项所述的方法,其特征在于:最小化长期总能耗采用如式(18)所示的优化模型:

p1:

且满足如下约束:

c1:

c2:关于本地队列qk(t)的约束(12),(14)及(15)

c3:关于基站侧队列hk,j(t)的约束(13),(16)及(17),

其中,c1表示在一个时隙内,每个智能巡检机器人只能选择一个基站进行任务卸载,或进行本地处理;

表示系统内智能巡检机器人的集合;表示整个优化时间,即时隙的集合;

表示可用选项集合,通过下式获得:

优选的,所述优化模型采用如式(25)所示的模型:

p2:

且满足:c1:

其中,θk,j,t表示总能量消耗和所述超可靠低延迟通信约束赤字的加权和的倒数,优选通过式(26)获得:

其中,分别表示对应于能量消耗、本地侧数据队列和基站侧数据队列的约束赤字的权重,用于统一数量级;

其中,来自引入的本地侧虚拟队列,分别表示本地侧数据队列qk(t)的长度界值违反可容忍概率的偏差、其溢出值的长期时间平均条件均值的偏差、和其溢出值的长期时间平均条件二阶矩的偏差;

其中,来自引入的基站侧虚拟队列,分别表示基站侧数据队列hk,j(t)的长度界值违反可容忍概率的偏差、其溢出值的长期时间平均条件均值的偏差、和其溢出值的长期时间平均条件二阶矩的偏差;

进一步优选的,分别通过模型(19)-(21)获得:

和/或进一步优选的,分别通过模型(22)-(24)获得:

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:通过如下的过程一获得最优决策:

s30:输入

s31:初始化:

包括设置qk(0)及hk,j(0)为队列积压的初始值,设置

xk,j,t=0,j=1,2,…,j+1,

s32:决策:

包括:

获得可用基站的集合

根据gsi计算θk,j,t的准确值,其中

通过解决所述问题p2获得最优选项

根据最优选项,更新式(1)、(11)和(19)-(24)中的参数qk(t+1),hk,j(t+1),

s33:迭代步骤s32至t>t,获得最优决策;

其中,t表示整个优化时间内时隙的数量。

10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:通过如下的过程二获得最优决策:

s40:输入

ρ∈[0,1];

s41:初始化:

包括设置qk(0)及hk,j(0)为队列积压的初始值,设置

xk,j,t=0,θk,j,t=0,ωk,j,t=1,j=1,2,…,j+1,

s42:决策:

包括:

获得可用基站的集合则重置ωk,j,t=1

根据选择概率模型,对每个可选项的被选中概率进行估算,得到概率分布;

根据所述概率分布,做出基础决策

s43:决策学习:

包括:

观察yk,j(t)表现,并更新式(1)和(11)中qk(t+1)和hk,j(t+1)的值,通过式(26)计算回报值;

根据回报值,更新估值回报和ωk,j,t+1;

更新式(19)-(24)中的参数

s44:迭代步骤s42-s43至t>t,获得最优决策;

其中,ρ和ωk,j,t分别表示通过吉布斯分布中均匀分布部分得到的概率值,以及通过与经验性能相关的分布部分得到的经验值;表示所述智能巡检机器人做出的选择;

优选的,所述选择概率模型如式(27)所示:

优选的,所述估值回报的值通过式(28)获得:

优选的,所述ωk,j,t+1通过式(29)获得


技术总结
本发明公开了一种高可靠低时延低能耗的电力巡检系统及巡检方法,其中所述巡检系统包括基站、边缘服务器及智能巡检机器人,所述智能巡检机器人通过任务卸载决策模型对其产生的任务进行分配。所述任务卸载决策模型基于其本地侧模型、基站侧模型、本地侧对基站侧的模拟模型、超可靠低延迟通信约束及最小化长期总能耗中的一项或多项做出。本发明可显著提升电力巡检的效率和巡检质量,降低时延,提高网络服务的可靠性,提高网络的能量利用效率。

技术研发人员:周振宇;贾泽晗;王曌;赵雄文;汪中原;张磊
受保护的技术使用者:华北电力大学
技术研发日:2020.05.12
技术公布日:2020.08.11
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