Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Kích hoạt điều khiển từ xa cho các trạm biến áp qua mạng LTE-A
Tóm tắt
Trong những năm gần đây, các ứng dụng lưới điện thông minh (SG) đã chứng minh là một công nghệ tinh vi với khả năng, tiện nghi và hiệu quả vô cùng lớn không chỉ cho các lĩnh vực phát điện mà còn cho nhiều mục đích công nghiệp khác. Thuật ngữ SG được sử dụng để mô tả một tập hợp các hệ thống tùy chỉnh nhằm theo dõi nhu cầu của người dùng một cách nhanh chóng và tự động, khôi phục điện, cô lập các sự cố và duy trì ổn định cho việc truyền tải, phát điện và cung cấp điện hiệu quả hơn. Tuy nhiên, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) là điều cần thiết để duy trì công nghệ mạng được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau và giao tiếp của SG cho việc phân phối hiệu quả, điều này có thể bị cản trở nghiêm trọng khi số lượng cảm biến của ứng dụng gia tăng. Rõ ràng, việc nhận và truyền tải thông tin này yêu cầu một cơ sở hạ tầng truyền thông hai chiều, tốc độ cao, đáng tin cậy và an toàn. Trong bài báo này, chúng tôi đã đề xuất một phương pháp lập lịch nhằm đảm bảo việc sử dụng hiệu quả các tài nguyên mạng hiện có để đáp ứng một cách đầy đủ các yêu cầu của cảm biến. Phương pháp được đề xuất dựa trên phương pháp trọng số thích ứng theo cấp bậc, giúp vượt qua những vấn đề của phương pháp lập lịch đã nghiên cứu và nhằm hỗ trợ các ứng dụng cảm biến SG dựa trên các yêu cầu QoS. Chúng tôi đã sử dụng bốn ứng dụng SG hỗ trợ cho việc điều khiển điện từ xa, bao gồm phản hồi nhu cầu, cơ sở hạ tầng đo đạc tiên tiến, giám sát video và nhận thức tình huống vùng rộng cho việc thực hiện kiểm soát trạm biến áp từ xa. Hơn nữa, kỹ thuật lý thuyết trò chơi hợp tác đã được đưa vào một giải pháp cho việc ước lượng và phân bổ băng thông tối ưu giữa các cảm biến khác nhau. Các kết quả đã được đánh giá dựa trên thông lượng, chỉ số công bằng và hiệu suất phổ và các kết quả đã được so sánh với các phương pháp lập lịch nổi tiếng như công bằng theo cấp số nhân/ tỉ lệ (EXP/PF), chỉ số chất lượng kênh tốt nhất (Best-CQI) và quy tắc cấp số nhân (EXP-Rule). Các kết quả cho thấy phương pháp được đề xuất cung cấp hiệu suất tốt hơn về chỉ số công bằng với mức cải thiện lần lượt là 25, 66 và 68% so với EXP/PF, EXP/RULE và Best-CQI.
Từ khóa
#lưới điện thông minh #chất lượng dịch vụ #điều khiển từ xa #băng thông #lý thuyết trò chơi #phân bổ tài nguyênTài liệu tham khảo
Yates, R. D. (1995). A framework for uplink power control in cellular radio systems. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 13, 1341–1347.
Hu, J., Leung, V. C., Yang, K., Zhang, Y., Gao, J., & Yang, S. (2016). Smart grid inspired future technologies. New York: Springer.
Tuballa, M. L., & Abundo, M. L. (2016). A review of the development of Smart Grid technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59, 710–725.
Garau, M., Anedda, M., Desogus, C., Ghiani, E., Murroni, M., & Celli, G. (2017). A 5G cellular technology for distributed monitoring and control in smart grid. In 2017 IEEE international symposium on broadband multimedia systems and broadcasting (BMSB) (pp. 1–6).
Pandey, R. K., & Misra, M. (2016). Cyber security threats—Smart grid infrastructure. In Power systems conference (NPSC), 2016 national (pp. 1–6).
Garau, M., Celli, G., Ghiani, E., Pilo, F., & Corti, S. (2017). Evaluation of smart grid communication technologies with a co-simulation platform. IEEE Wireless Communications, 24, 42–49.
Qamar, F., Abbas, T., Hindia, M. N., Dimyati, K. B., Noordin, K. A. B., & Ahmed, I. (2017). Characterization of MIMO propagation channel at 15 GHz for the 5G spectrum. In 2017 IEEE 13th Malaysia international conference on communications (MICC) (pp. 265–270).
Hajjawi, A., Ismail, M., Abdullah, N. F., & Ramli, N. (2015). A novel scheduling algorithm based class-service using game theory for LTE network. In 2015 IEEE 12th Malaysia international conference on communications (MICC) (pp. 351–355).
Webster, R., Munasinghe, K., & Jamalipour, A. (2016). Optimized resource allocation in LTE networks incorporating delay-sensitive Smart Grid traffic. In 2016 IEEE international conference on smart grid communications (SmartGridComm) (pp. 423–428).
Trabelsi, S., Belghith, A., Zarai, F., & Obaidat, M. S. (2015). Performance evaluation of a decoupled-level with QoS-aware downlink scheduling algorithm for LTE networks. In 2015 IEEE international conference on data science and data intensive systems (DSDIS). (pp. 696–704).
Iosif, O., & Banica, I. (2011). On the analysis of packet scheduling in downlink 3GPP LTE system. CTRQ, 2011, 106.
Qamar, F., Siddiqui, M. H. S., Dimyati, K., Noordin, K. A. B., & Majed, M. B. (2017). Channel characterization of 28 and 38 GHz MM-wave frequency band spectrum for the future 5G network. In 2017 IEEE 15th student conference on research and development (SCOReD) (pp. 291–296).
Mushtaq, A.-S., Haider, A.-Z., Orest, L., & Mykhailo, K. (2015). Improving QoS in MAX C/I scheduling using resource allocation type 1 of LTE. In 2015 13th international conference on experience of designing and application of CAD systems in microelectronics (CADSM) (pp. 12–14).
Miki, N., & Takemoto, T. (2015). Investigation on resource selection scheme based on proportional fair criteria. In 2015 international conference on information and communication technology convergence (ICTC) (pp. 220–223).
Hajjawi, A., & Ismail, M. (2015). A scheduling algorithm based self-learning technique for smart grid communications over 4G networks. Journal of Communications, 10, 876–881.
Iturralde, M., Yahiya, T. A., Wei, A., & Beylot, A.-L. (2011). Performance study of multimedia services using virtual token mechanism for resource allocation in LTE networks. In 2011 IEEE vehicular technology conference (VTC Fall) (pp. 1–5).
Nasralla, M. M., & Martini, M. G. (2013). A downlink scheduling approach for balancing QoS in LTE wireless networks. In 2013 IEEE 24th international symposium on personal indoor and mobile radio communications (PIMRC) (pp. 1571–1575).
Samia, D., & Ridha, B. (2015). A new scheduling algorithm for real-time communication in LTE networks. In 2015 IEEE 29th international conference on advanced information networking and applications workshops (WAINA) (pp. 267–271).
Li, Y.-P., Hu, B.-J., Zhu, H., Wei, Z.-H., & Gao, W. (2016). A delay priority scheduling algorithm for downlink real-time traffic in LTE networks. In Information technology, networking, electronic and automation control conference, IEEE, 2016 (pp. 706–709).
Mohsenian-Rad, A.-H., Wong, V. W., Jatskevich, J., Schober, R., & Leon-Garcia, A. (2010). Autonomous demand-side management based on game-theoretic energy consumption scheduling for the future smart grid. IEEE Transactions on Smart Grid, 1, 320–331.
Gungor, V. C., Sahin, D., Kocak, T., Ergut, S., Buccella, C., Cecati, C., et al. (2011). Smart grid technologies: Communication technologies and standards. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 7, 529–539.
Jorguseski, L., Zhang, H., Chrysalos, M., Golinski, M., & Toh, Y. (2017). LTE delay assessment for real-time management of future smart grids. In Smart grid inspired future technologies: First international conference, SmartGIFT 2016, Liverpool, UK, May 19–20, 2016, revised selected papers (pp. 204–213).
Gungor, V. C., Lu, B., & Hancke, G. P. (2010). Opportunities and challenges of wireless sensor networks in smart grid. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 57, 3557–3564.
Markkula, J., & Haapola, J. (2017). Ad hoc LTE method for resilient smart grid communications. Wireless Personal Communications, 98(4), 3355–3375.
Ajiboye, S. O., Birch, P., Chatwin, C., & Young, R. (2015). Hierarchical video surveillance architecture: A chassis for video big data analytics and exploration. In IS&T/SPIE Electronic Imaging, 2015. (pp. 94070k-1–9040k-10).
Chiu, A., Ipakchi, A., Chuang, A., Qiu, B., Brooks, D., & Koch, E., et al. (2009). Framework for integrated demand response (DR) and distributed energy resources (DER) models. NAESB and UCAIug.
Mohagheghi, S., Stoupis, J., Wang, Z., Li, Z., & Kazemzadeh, H. (2010). Demand response architecture: Integration into the distribution management system. In 2010 first IEEE international conference on smart grid communications (SmartGridComm) (pp. 501–506).
Reid, M., Levy, R., & Silverstein, A. (2010). Coordination of energy efficiency and demand response. Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, Charles Goldman.
Motegi, N., Piette, M. A., Watson, D. S., Kiliccote, S. & Xu, P. (2007). Introduction to commercial building control strategies and techniques for demand response. Lawrence Berkeley National Laboratory LBNL-59975.
Elma, O., & Selamoğullari, U. S. (2017). An overview of demand response applications under smart grid concept. In 2017 4th international conference on electrical and electronic engineering (ICEEE) (pp. 104–107).
Siano, P. (2014). Demand response and smart grids: A survey. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 461–478.
Alcaraz, C., & Lopez, J. (2014). WASAM: A dynamic wide-area situational awareness model for critical domains in Smart Grids. Future Generation Computer Systems, 30, 146–154.
Mohassel, R. R., Fung, A., Mohammadi, F., & Raahemifar, K. (2014). A survey on advanced metering infrastructure. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 63, 473–484.
Abbas, T., Qamar, F., Ahmed, I., Dimyati, K., & Majed, M. B. (2017). Propagation channel characterization for 28 and 73 GHz millimeter-wave 5G frequency band. In 2017 IEEE 15th student conference on research and development (SCOReD) (pp. 297–302).
Erol-Kantarci, M., & Mouftah, H. T. (2015). Energy-efficient information and communication infrastructures in the smart grid: A survey on interactions and open issues. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 17, 179–197.
Yigit, M., Gungor, V. C., Tuna, G., Rangoussi, M., & Fadel, E. (2014). Power line communication technologies for smart grid applications: A review of advances and challenges. Computer Networks, 70, 366–383.
He, W., & Da Xu, L. (2014). Integration of distributed enterprise applications: A survey. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 10, 35–42.
Kuzlu, M., Pipattanasomporn, M., & Rahman, S. (2014). Communication network requirements for major smart grid applications in HAN, NAN and WAN. Computer Networks, 67, 74–88.
Chakir, M., Kamwa, I., & Le Huy, H. (2014). Extended C37. 118.1 PMU algorithms for joint tracking of fundamental and harmonic phasors in stressed power systems and microgrids. IEEE Transactions on Power Delivery, 29, 1465–1480.
Hindia, M. N., Reza, A. W., Noordin, K. A., & Chayon, M. H. R. (2015). A novel LTE scheduling algorithm for green technology in smart grid. PLoS ONE, 10, e0121901.
Usman, A., & Shami, S. H. (2013). Evolution of communication technologies for smart grid applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 19, 191–199.
Hu, H., Kaleshi, D., Doufexi, A., & Li, L. (2015). Performance analysis of IEEE 802.11 af standard based neighbourhood area network for smart grid applications. In 2015 IEEE 81st vehicular technology conference (VTC Spring) (pp. 1–5).
Aldhaibani, J. A., Yahya, A., Ahmad, R., Omar, N., & Ali, Z. G. (2013). Effect of relay location on two-way DF and AF relay for multi-user system in LTE-A cellular networks. In Business engineering and industrial applications colloquium (BEIAC), 2013 IEEE (pp. 380–385).
Scheme, B. T. (2009). LTE: The evolution of mobile broadband. IEEE Communications Magazine, 45, 44–51.
Qamar, F., Dimyati, K. B., Hindia, M. N., Noordin, K. A. B., & Al-Samman, A. M. (2017). A comprehensive review on coordinated multi-point operation for LTE-A. Computer Networks, 123, 19–37.
Lee, S.-B., Pefkianakis, I., Meyerson, A., Xu, S., & Lu, S. (2009). Proportional fair frequency-domain packet scheduling for 3GPP LTE uplink. In INFOCOM 2009, IEEE (pp. 2611–2615).
Hajjawi, A., Ismail, M., & Yuwono, T. (2015). Implementation of three scheduling algorithms in the smart grid communications over 4G networks. In 2015 international conference on space science and communication (IconSpace) (pp. 28–32).
Kalalas, C., Thrybom, L., & Alonso-Zarate, J. (2016). Cellular communications for smart grid neighborhood area networks: A survey. IEEE Access, 4, 1469–1493.
Feng, F., Peng, F., Yan, B., Lin, S., & Zhang, J. (2017) QoS-based LTE downlink scheduling algorithm for smart grid communication. In 2017 IEEE 9th international conference on communication software and networks (ICCSN) (pp. 548–552).
Capozzi, F., Piro, G., Grieco, L. A., Boggia, G., & Camarda, P. (2013). Downlink packet scheduling in LTE cellular networks: Key design issues and a survey. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 15, 678–700.
Udeshi, D., & Qamar, F. (2014). Quality analysis of epon network for uplink and downlink design. Asian Journal of Engineering, Sciences and Technology, 4, 10–17.
Rebekka, B., & Malarkodi, B. (2014). Performance evaluation of resource allocation schemes in LTE downlink. In 2014 International conference on electronics and communication systems (ICECS) (pp. 1–4).
Basukala, R., Ramli, H. M., & Sandrasegaran, K. (2009) Performance analysis of EXP, PF and M-LWDF in downlink 3GPP LTE system. In First Asian Himalayas international conference on internet, 2009. AH-ICI 2009 (pp. 1–5).
Hindia, M. N., Reza, A. W., & Noordin, K. A. (2015). A novel scheduling algorithm based on game theory and multicriteria decision making in LTE network. International Journal of Distributed Sensor Networks, 11, 604752.
Wang, J., Xia, C., Wang, Y., Ding, S., & Sun, J. (2012). Spatial prisoner’s dilemma games with increasing size of the interaction neighborhood on regular lattices. Chinese Science Bulletin, 57, 724–728.
Ma, Z.-Q., Xia, C.-Y., Sun, S.-W., Wang, L., Wang, H.-B., & Wang, J. (2011). Heterogeneous link weight promotes the cooperation in spatial prisoner’s dilemma. International Journal of Modern Physics C, 22, 1257–1268.
Iturralde, M., Wei, A., Ali-Yahiya, T., & Beylot, A.-L. (2013). Resource allocation for real time services in LTE networks: Resource allocation using cooperative game theory and virtual token mechanism. Wireless Personal Communications, 72, 1415–1435.
Hajjawi, A., Ismail, M., & Abdullah, N. F. (2016). A scheduling scheme for smart grid and mobile users over LTE networks. In International conference on advances in electrical, electronic and systems engineering (ICAEES) (pp. 421-426).
O’Neill, B. (1982). A problem of rights arbitration from the Talmud. Mathematical Social Sciences, 2, 345–371.
Procaccia, A. D., Shah, N., & Tucker, M. L. (2014). On the structure of synergies in cooperative games. In AAAI (pp. 763–769).
Andrews, J. G., Gupta, A. K., & Dhillon, H. S. (2016) A primer on cellular network analysis using stochastic geometry. arXiv preprint arXiv:1604.03183.
Taylor, H. M., & Karlin, S. (2014). An introduction to stochastic modeling. New York: Academic Press.
Dargie, W., & Schill, A. (2011). Stability and performance analysis of randomly deployed wireless networks. Journal of Computer and System Sciences, 77, 852–860.
ElSawy, H., Hossain, E., & Haenggi, M. (2013). Stochastic geometry for modeling, analysis, and design of multi-tier and cognitive cellular wireless networks: A survey. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 15, 996–1019.
Dobkin, D., & Silver, D. (1990). Applied computational geometry: Towards robust solutions of basic problems. Journal of Computer and System Sciences, 40, 70–87.
Lucarini, V. (2009). Symmetry-break in Voronoi tessellations. Symmetry, 1, 21–54.
Guo, X., & Song, P. (2010). Simulink based LTE system simulator, M. Sci. thesis, Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden.
Kauser, N., Saw, J., & Gelbman, P. (2011). System and method for cell planning in a wireless communication network. Google Patents.
Shi, W., Zhu, Z., Zhang, M., & Ansari, N. (2013). On the effect of bandwidth fragmentation on blocking probability in elastic optical networks. IEEE Transactions on Communications, 61, 2970–2978.
ETSI, T. (2000). 125 211 V3. 1.1 universal mobile telecommunications system (UMTS). Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD) (3GPP TS 25.211 version 6.1. 0 Release 6) (pp. 0000–0001).
Singh, Y. (2012). Comparison of okumura, hata and cost-231 models on the basis of path loss and signal strength. International Journal of Computer Applications, 59, 37–41.
Nguyen, S. C., Sandrasegaran, K., & Madani, F. M. J. (2011). Modeling and simulation of packet scheduling in the downlink LTE-advanced. In 2011 17th Asia-Pacific conference on communications (APCC) (pp. 53–57).
Sandrasegaran, K., Patachaianand, R., & Madani, F. M. (2010). Joint delay-aware opportunistic scheduling algorithm with reduced feedback to exploit multiuser diversity. In 2010 International conference on computer applications and industrial electronics (ICCAIE) (pp. 432–437).
Chung, W. G., Lim, E., Yook, J. G., & Park, H. K. (2007). Calculation of spectral efficiency for estimating spectrum requirements of IMT-advanced in Korean mobile communication environments. ETRI Journal, 29, 153–161.