基于可靠性指标的轨道交通综合通信网规划模型

徐小平， 郑悠， 智艳利， 甘俊杰

(1.宁波市轨道交通集团有限公司，浙江, 宁波 315101；2.宁波工程学院, 电子与信息工程学院，浙江，宁波 315211；3.北京和利时系统工程有限公司，北京 100176；4.中国电子技术标准化研究院，北京 100007)

0 引言

随着轨道交通的不断发展，轨道交通网络不断扩大，需要构建智能化和综合化的轨道交通综合通信网，进行轨道交通综合通信网规划设计，提高轨道交通综合通信能力，通过轨道交通综合通信网控制和可靠性建模，结合通信网的可靠性指标分布，进行通信网络的规划设计，建立轨道交通综合通信网的信道均衡控制模型[1]，通过可靠性评估和负载均衡配置的方法，进行轨道交通综合通信网优化设计，相关的轨道交通综合通信网规划方案研究在轨道交通设计和通信网组建中具有重要意义。

对轨道交通综合通信网的规划设计是建立在对交通通信网的信道均衡配置和资源优化调度基础上，分析轨道交通综合通信网的智能化控制模型，结合可靠性指标分析和综合指标调度的方法[2-3]，进行轨道交通综合通信网规划，本文提出基于可靠性指标的轨道交通综合通信网规划模型。构建轨道交通综合通信网传输模型，结合信道均衡控制方法进行轨道交通综合通信网的信道输出均衡控制，结合轨道交通综合通信网规划方法，实现轨道交通综合通信网规划。最后进行仿真测试分析，得知有效性结论。

1 轨道交通综合通信网传输模型与均衡控制

为了实现基于可靠性指标的轨道交通综合通信网规划，构建轨道交通综合通信网传输模型，结合信道均衡控制方法[4-5]进行轨道交通综合通信网的信道输出均衡控制。

1.1 轨道交通综合通信网传输模型

采用交叉分布式组网方法，得到轨道交通综合通信网的组网结构如图1所示。

图1 轨道交通综合通信网的组网结构

根据图1所示的轨道交通综合通信网的组网结构分布，在规划网络结构时进行轨道交通综合通信网组网设计，得到在t时刻轨道交通综合通信网的统计结果为

(1)

在式(1)得到的轨道交通综合通信网的统计结果的基础上，结合轨道交通综合通信网的空间分布密度，采用概率密度估计的方法[6]，得到轨道交通综合通信网信道输出的关联度为

(2)

其中，X(t)表示t时刻轨道交通综合通信网的饱和度特征值，通过饱和度估计和残差分析的方法，将Ni(t)·Fi(t)修正为Ni(t)·10Fi(t)，结合相关性调度，采用自适应参数估计方法，得到轨道交通综合通信网的随机分布概率特征为

(3)

根据式(3)得到的轨道交通综合通信网的随机分布概率特征值，结合归一化功率谱估计[7]，得到轨道交通综合通信网的最优参数估计值为

(4)

其中，wi表示轨道交通综合通信网参数分布集，pij表示轨道交通综合通信网的时隙占用率阈值。

根据上述分析，构建轨道交通综合通信网的传输模型为

(5)

式中，Gk(t)表示轨道交通综合通信网关联规则分布集。

在式(5)基础上，通过空间均衡配置，得到轨道交通综合通信网的负载均衡调度输出为G(ni)={gk|grkj=1,k=1,2,…,m}，通信网的传输回波输出为

(6)

其中,Nh、Nm和Nl分别为轨道交通综合通信网传输的相似度系数,kh、km和kl分别为轨道交通综合通信网的负载均衡调度分布集[8]。

1.2 智能轨道交通通信均衡控制

为了实现基于可靠性指标的轨道交通综合通信网规划，在上述轨道交通综合通信网传输模型的基础上，采用Small-World模型[9-10]构建轨道交通综合通信网的组网模型为

(7)

式中，u为轨道交通综合通信网的模糊度检测特征量。

根据轨道交通综合通信网的组网模型，结合应急调度和均衡控制方法，构建轨道交通综合通信网的关联状态分布函数为

(8)

根据轨道交通综合通信网的均衡分布状态，结合统计分析方法，得到均衡状态分布集为

vi=f(si)·(pj(t)+pg(t))RHk

(9)

其中，关联指数RHk取值越大，表示轨道交通综合通信网的输出负载越大。

在式(8)的基础上，结合状态均衡控制和空间波束形成方法，得到轨道交通综合通信网的最优调度函数为

(10)

式中，ω为轨道交通综合通信网的惯性权重。通过得到轨道交通综合通信网的最优调度函数实现智能轨道交通通信均衡控制。

2 轨道交通综合通信网规划模型优化

2.1 可靠性指标参数融合

根据轨道交通综合通信网的最优调度函数，采用均衡控制方法，构建轨道交通综合通信网的可靠性指标分布的博弈均衡模型为

(11)

根据轨道交通综合通信网的可靠性指标分布的博弈均衡模型，进行可靠性指标分析，得到可靠性指标分布为

(12)

根据可靠性指标分布情况，得到轨道交通综合通信网的可靠性指标参数分布矩阵表示为

(13)

式中，∂vN(xn)表示轨道交通综合通信网的智能化分配负载，在轨道交通综合通信网中，得到效率函数E(i,j)为

(14)

采用动态负载均衡控制方法[11]，得到轨道交通综合通信网的规划调度的最佳时延分布函数为

(15)

采用可靠性指标分布的方法，进行分簇调度，得到通信网规划的效益型指标：

(16)

轨道交通综合通信网的成本型指标：

(17)

轨道交通综合通信网的固定型指标：

(18)

根据上述对轨道交通综合通信网的可靠性指标融合结果，进行通信网的规划调度。

2.2 通信网规划均衡配置

通过通信负载均衡设计进行交通通信网络的区域化网格分割和输出智能化调节，交通通信网络的区域化网格重组模型为

(19)

(20)

根据网络的整体状态信息，进行轨道交通综合通信网的网格模块化分区，结合信道均衡配置方法，实现轨道交通综合通信网的智能规划设计[12]。

3 仿真测试分析

为了验证本文方法在实现轨道交通综合通信网优化规划中的应用性能，进行试验测试，通信网的传输负载为1200 kV，节点数为10 000，信道传输的均衡度水平为0.57，概率分布密度为0.21，根据上述仿真参量设定，得到轨道交通综合通信网的传输数据采样如图2所示。

根据图2的传输数据进行轨道交通综合通信网的均衡控制和优化规划设计，得到均衡输出如图3所示。

图2 轨道交通综合通信网的传输数据

图3 通信网均衡输出

分析图3得知，本文方法能有效实现轨道交通综合通信网的规划设计，测试输出误码率，得到结果如图4所示。

图4 误差率测试

分析图4得知，本文方法进行轨道交通综合通信网规划，信息传输的误差率较低，说明均衡控制能力较强，提高了轨道交通综合通信网的输出连通性和可靠性。

4 总结

本文建立了轨道交通综合通信网的信道均衡控制模型。通过可靠性评估和负载均衡配置的方法，进行轨道交通综合通信网优化设计，提出基于可靠性指标的轨道交通综合通信网规划模型。在规划网络结构进行轨道交通综合通信网组网设计，结合应急调度和均衡控制方法，构建轨道交通综合通信网的关联状态分布函数，根据轨道交通综合通信网的均衡分布状态，结合统计分析方法，进行通信网的均衡配置和规划。分析得知，本文方法能有效降低通信网的输出误码率，提高轨道交通综合通信网的可靠性。