基于動態(tài)推送時間優(yōu)先級的電力通信現(xiàn)場運維信息推送方法

張輝 段寒碩 施健 張文豪

摘 ? 要：隨著電力通信網(wǎng)絡快速發(fā)展，運維人力資源不足、現(xiàn)場運維信息化程度低等問題日益突出。根據(jù)電力通信現(xiàn)場運維的實際情況，針對不同的運維任務和運維人員，推送不同的運維相關(guān)信息，在保證運維質(zhì)量的情況下，盡可能的推送較少的信息，以此保證服務器資源的有效利用。同時對于多個客戶端請求，根據(jù)每類推送內(nèi)容的重要程度，確定每個推送信息的權(quán)值，根據(jù)動態(tài)權(quán)值加權(quán)循環(huán)調(diào)度方法，為每個客戶端提供相關(guān)服務。對提出的算法進行了模擬實驗，實驗結(jié)果表明，改進的策略減少了消息發(fā)送的整體時延，提高了移動推送平臺的消息發(fā)送效率。

關(guān)鍵詞：電力通信網(wǎng);現(xiàn)場運維;信息推送;動態(tài)權(quán)值

中圖分類號：TP273.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Power Communication Field Operation and Maintenance

Information Pushing Method Based on Dynamic Push Time Priority

ZHANG Hui1？覮，JIN Shen1，DUAN Han-shuo1，QIAN Qi2，SHI Jian2，ZHANG Wen-hao3

（1.State Grid Jibei Electric Power Co.，Ltd，Beijing 100053，China;

2.Nanrui Group Company，Nanjing，Jiangsu 210003，China;

3.Institute of Network Technology Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing 100876，China）

Abstract：With the rapid development of power communication networks，the lack of human resources for operation and maintenance and the low degree of on-site operation and maintenance information are becoming more and more prominent. According to the actual situation of power communication field operation and maintenance，different operation and maintenance tasks and operation and maintenance personnel，different the operation and maintenance related information is pusheoc，in the case of guaranteeing the quality of operation and maintenance，push as little information as possible to ensure the effective use of server resources. At the same time，for multiple client requests，the weight of each push information is determined according to the degree of importance of each type of push content，and related services are provided for each client according to a dynamic weighted round-robin scheduling method. Simulation experiments are carried out on the proposed algorithm. Experimental results show that the improved strategy reduces the overall time delay of message transmission and improves the message sending efficiency of the mobile push platform.

Key Words： power communication network;on-site operation and maintenance;information push;dynamic weighted

電力通信網(wǎng)是電力企業(yè)生產(chǎn)運行中重要的支撐網(wǎng)絡，是智能電網(wǎng)建設(shè)的主要平臺，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行起著重要作用。電力企業(yè)通常要安排專業(yè)的電力通信運維人員對其進行檢修與維護工作，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。但隨著電力通信網(wǎng)快速發(fā)展，運維人力資源不足、現(xiàn)場運維信息化程度低等問題日益突出。

現(xiàn)場運維是電力通信運維的重要組成部分，其安全、質(zhì)量和效率直接關(guān)系到電力通信運維工作的成效，面臨著更為嚴格的要求[1]。國家電網(wǎng)公司要求實現(xiàn)智能化現(xiàn)場運維，滿足運維作業(yè)標準化和自動化、運維資料電子化、運維支撐手段智能化、運維管理精細化和科學化等需求[2，3，4]。目前電力通信網(wǎng)運維現(xiàn)場信息管理缺失，具體區(qū)分場景的特定運維現(xiàn)場運維信息缺乏，運維作業(yè)現(xiàn)場管理數(shù)據(jù)獲取手段和利用較少，缺乏對不同運維場景中現(xiàn)場和后端系統(tǒng)間有效信息交互的研究。同時，缺乏對現(xiàn)場信息感知隱含的運維作業(yè)的現(xiàn)狀和特性分析，無法合理分析和利用現(xiàn)場反饋信息，不能有效的對現(xiàn)場運維實施準確的遠程判定和指導，現(xiàn)場運維工作存在漏洞和隱患，不能滿足國網(wǎng)公司要求[5]。

隨著電網(wǎng)的不斷擴大，電力通信網(wǎng)架構(gòu)日趨復雜，需要更為高效、可靠的運維管理模式。現(xiàn)有的電力通信運維管理模式存在運維地址分散、運維環(huán)節(jié)脫節(jié)、現(xiàn)場運維信息缺失等問題。隨著移動通信信息技術(shù)的不斷發(fā)展、電力通信網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施應用軟件和運維工具的不斷升級，現(xiàn)階段亟需建立新的電力通信運維模式，使運維人員能夠更好地掌握電力通信設(shè)備的實時運行情況，及時有效地做好檢修和維護工作，且方便管理人員更好地分析處理和監(jiān)督指導現(xiàn)場運維工作，降低通信設(shè)備故障給電力生產(chǎn)運行帶來的影響。

為解決上述問題，通過電力通信移動運維方法，利用信息推送技術(shù)，為現(xiàn)場運維人員推送符合運維現(xiàn)場情況的個性化信息，保證運維人員任務完成質(zhì)量，同時，推送盡可能少的運維信息。研究電力通信網(wǎng)現(xiàn)場運維信息推送技術(shù)，有利于運維現(xiàn)場與后端系統(tǒng)的信息交互，提高運維質(zhì)量和效率。為此，研究基于動態(tài)推送時間優(yōu)先級的信息推送方法，動態(tài)的為各類信息分配服務器資源，減少整體排隊時間，實現(xiàn)通信網(wǎng)現(xiàn)場運維管理系統(tǒng)對通信資源數(shù)據(jù)有效使用，提高通信資源管理和通信網(wǎng)運維管理效率和水平。

結(jié)構(gòu)如下：第二章介紹電力通信網(wǎng)現(xiàn)場運維信息推送相關(guān)工作。第三章介紹面向電力通信網(wǎng)現(xiàn)場運維的信息推送。第四章提出基于動態(tài)推送時間優(yōu)先級的信息推送方法。第五章進行仿真實驗。第六章進行總結(jié)。

1 ? 相關(guān)工作

Push技術(shù)由美國PointCast Network公司于1996年提出，目的是提高基于計算機網(wǎng)絡的信息獲取效率[6]。信息推送是依據(jù)一定的技術(shù)標準和約定，自動從信息資源中選擇特定的信息，通過一定的方式有規(guī)律地將信息傳遞給用戶的一種技術(shù)[7]。信息推送主要分三個階段：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)加工和推送[8]，主要思想是將用戶主動搜索信息變?yōu)楸粍拥?、有目的地接受信息，大大提高了用戶獲取信息的效率。信息推送技術(shù)目前應用比較廣泛，呈現(xiàn)出了很多技術(shù)特點，如信息處理主動性、針對用戶的個性化、信息易獲性、搜索智能化、系統(tǒng)集成化、數(shù)據(jù)處理高效化[7]。

信息推送的關(guān)鍵問題就是推送內(nèi)容選擇和推送方式。推送內(nèi)容選擇需要對用戶進行分析，針對不同用戶提供個性化服務。目前許多文獻提及了信息推送服務方式，主要有郵件式和頻道式。王培風[9]認為圖書館開展信息推送服務的具體方式為： 郵件式推送服務、網(wǎng)絡化定題服務、圖書館專業(yè)信息服務頻道。信息推送服務方式分為兩大類：由智能軟件完成的全自動化信息推送服務;借助于電子郵箱并依賴人工參與的信息推送服務[10]。其他的研究大多在這兩種基礎(chǔ)上細化研究推送服務技術(shù)。

目前國內(nèi)外實現(xiàn)推送功能主要為自主搭建和引用第三方推送平臺兩種方案。自主搭建推送平臺技術(shù)主要有三種：客戶端使用http輪循獲取信息，部署成本較低，但實時性差[11];使用XMPP協(xié)議，協(xié)議比較成熟和完善、擴展性好，但協(xié)議較復雜和冗余、部署成本高[12];使用MTQQ協(xié)議，協(xié)議結(jié)構(gòu)清晰簡單、擴展性強，但不夠成熟、實現(xiàn)較復雜、部署成本也較高[13]。國內(nèi)外還存在許多第三方信息推送平臺，主要是手機應用、手機用戶及開發(fā)者提供相應的推送服務和推送接口。國外如Google推出的云消息服務GCM（Google Cloud Messaging）、APNS（Apple Push Notification Service）、Urban Airship、Pubnub。國內(nèi)較好的有個推、極光、云巴等公司。

2 ? 面向電力通信現(xiàn)場運維的信息推送

2.1 ? 基于信息推送的現(xiàn)場運維流程

電力通信現(xiàn)場運維整體流程如下：運維人員登錄運維終端上的運維APP，依據(jù)定位模塊實現(xiàn)現(xiàn)場運維人員的實時定位;結(jié)合GIS數(shù)據(jù)，識別具體運維場所信息，諸如變電站通信機房、配電房等;利用登錄賬號信息，識別運維角色（巡視、檢修人員等）和操作權(quán)限（班組負責人、班組成員、外部人員等）;運維人員利用運維終端掃描運維設(shè)施（設(shè)備、線纜等）的二維碼，訪問通信運維管理系統(tǒng)，獲取該運維對象的各類信息，包括TMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)資產(chǎn)信息、業(yè)務承載信息以及下發(fā)的工單信息等;通信運維管理系統(tǒng)綜合分析位置、人員、設(shè)施、工單信息，并根據(jù)運維現(xiàn)場信息和工單信息，推送所需信息;運維人員根據(jù)推送信息完成相關(guān)的運維操作。其流程如圖1所示。

2.2 ? 信息推送服務

電力通信現(xiàn)場運維信息推送服務器向運維終端推送信息的過程，可看作一個服務器提供多種運維信息查詢和推送原子服務并根據(jù)運維作業(yè)屬性服務匹配和選擇的過程。具體而言，分為基于現(xiàn)場運維信息的推送服務模型，以及根據(jù)業(yè)務信息服務匹配和組合選擇的方法，實現(xiàn)信息推送內(nèi)容精確選擇。服務類型包括觸發(fā)式服務和主動式服務。觸發(fā)式服務通過感知的現(xiàn)場業(yè)務信息的變化，在服務器中觸發(fā)執(zhí)行，例如，收到當前工單相關(guān)告警信息后，不需要客戶端請求，自動觸發(fā)服務，將告警相關(guān)信息發(fā)送至運維人員現(xiàn)場終端。主動式服務根據(jù)客戶端與服務器間的信息交互執(zhí)行，分為兩大類：操作輔助類信息服務和反饋類信息服務。

電力通信現(xiàn)場運維中，推送的信息大致可分為3大類：告警信息、反饋信息和操作輔助類信息。告警信息是實時產(chǎn)生的，反饋信息是對現(xiàn)場運維人員操作結(jié)果的確認信息（任務是否成功，操作是否規(guī)范等），操作輔助類信息包括操作流程、注意事項、視頻指導、配置文件、設(shè)備歷史故障信息、設(shè)備廠家信息、設(shè)備年限信息等，是重點篩選對象。

由于操作輔助類信息種類繁多，可進一步細化成多個子服務：操作信息推送服務、配置信息推送服務、設(shè)備信息推送服務等。操作信息推送服務負責推送操作流程、注意事項、視頻指導等信息;配置信息推送服務負責推送配置文件;設(shè)備信息推送服務負責推送設(shè)備歷史故障信息、設(shè)備廠家信息、設(shè)備年限信息等。同一運維業(yè)務，不同運維人員現(xiàn)場操作時，需要的服務是不同的。如果是技能較強的熟練工，則不需要操作信息推送服務。如果是檢修任務，設(shè)備使用年限等信息可能就比較重要，需要重點提供設(shè)備信息推送服務。因此，針對不同運維場景和人員，保證運維質(zhì)量的前提下減少推送信息量，研究推送更符合實際的信息，是很有必要的。

3 ? 基于動態(tài)時間優(yōu)先級的信息推送方法

不同運維作業(yè)具有不同處理優(yōu)先級需求，推送平臺需要建立多優(yōu)先級信息推送隊列和合適的消息推送策略實現(xiàn)此功能。

加權(quán)循環(huán)隊列調(diào)度算法是面向所有業(yè)務隊列服務的調(diào)度算法，根據(jù)業(yè)務特性為各個消息隊列分配一個靜態(tài)權(quán)值，表示獲取調(diào)度器服務時間的比重。多個隊列調(diào)度循環(huán)進行，首先處理高優(yōu)先級隊列，當該隊列分配的權(quán)值耗盡時，轉(zhuǎn)到次低優(yōu)先級隊列，最低優(yōu)先級服務完后循環(huán)到最高優(yōu)先級隊列。當某個隊列為空時，馬上循環(huán)到下一隊列調(diào)度。加權(quán)循環(huán)隊列調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬分享的公平性，確保每個優(yōu)先級用戶都不會過分占用帶寬。

消息推送環(huán)境下，服務器需保持多條運維終端連接，一條信息會被重復推送到多個客戶端，權(quán)值不適合以發(fā)送消息的字節(jié)數(shù)為單位?？紤]到推送消息長度較短，記錄字節(jié)數(shù)會增加算法復雜度，改為記錄發(fā)送次數(shù)。調(diào)度器可能會在當前隊列發(fā)送次數(shù)將要超過權(quán)值時跳轉(zhuǎn)到下一隊列，需要記錄每條消息的未發(fā)送用戶，將增大系統(tǒng)開銷。為了節(jié)省開銷，本文設(shè)定一條消息不中斷地發(fā)送到所有客戶端，使調(diào)度器在各消息隊列中的時間分配不再嚴格遵循設(shè)置權(quán)值。為彌補造成的權(quán)值偏差，采用一種動態(tài)權(quán)值加權(quán)循環(huán)隊列，每個隊列所占權(quán)值比重根據(jù)實際需要確定并根據(jù)初始權(quán)值和消息發(fā)送次數(shù)動態(tài)改變權(quán)值。當某一隊列的消息發(fā)送次數(shù)超過設(shè)定權(quán)值時，其余隊列權(quán)值會相應地增加，使調(diào)度器服務時間分配受影響較小。步驟如下：

（1）分配初始權(quán)值Qi（i為隊列序號）和超額比值Ri，初始為1。優(yōu)先級越高，Qi越大。

（2）調(diào)度器按優(yōu)先級從高到低循環(huán)訪問，Nsent為記錄當前隊列發(fā)送消息次數(shù)的計數(shù)器。

（3）調(diào)度器訪問到消息隊列j時，若該隊列有消息發(fā)送，則取出發(fā)送，直到該信息發(fā)送到對應的所有用戶，每被發(fā)送到一個客戶端，Nsent加1。

（4）該消息發(fā)送完后，若NsentQj，設(shè)Rj=Nsent /Qj，其余所有隊列權(quán)值Qi = Qi × Rj，跳轉(zhuǎn)到下一隊列;若隊列無消息發(fā)送，跳轉(zhuǎn)到下一隊列。

（5）跳轉(zhuǎn)到下一優(yōu)先級隊列k后，Nsent重置為0，所有隊列權(quán)值Qi = Qi /Rk，Rk重置為1，如此循環(huán)。

（6）當所有消息隊列都沒有待發(fā)消息時，停止調(diào)度，直到隊列中存在待發(fā)消息為止。

推送平臺不再需要時刻記錄消息發(fā)送情況，減少系統(tǒng)開銷。消息發(fā)送不再因為權(quán)值限制而中斷，更符合推送平臺的實際情況。

本文使用層次分析法設(shè)置步驟（1）中的優(yōu)先級隊列初始權(quán)值。如表1所示，采用1-9標度法，求出每層因素相對于評價目標的權(quán)重。首先比較判斷各層指標重要性，構(gòu)造標度判斷矩陣;其次進行一致性檢驗，通過則最大特征值對應特征向量即為權(quán)向量;不通過則需重新構(gòu)造標度判斷矩陣。步驟如下：

（1）建立評價系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。最高層只有一個元素，是分析問題的預定目標或者理想結(jié)果。中間層包括為實現(xiàn)目標涉及的中間環(huán)節(jié)，可由若干個層次組成，包括所需要考慮的準則、子準則。最低層表示為實現(xiàn)目標可供選擇的各種措施、決策方案等。

（2）構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。由專家對同一層次指標進行兩兩比較，給出相對重要性的判斷值，全部指標兩兩判定形成比較判斷矩陣。假設(shè)某層有n個評價因素 u1，u2，…，un，設(shè)cij為ui相對于uj的重要程度值，若

? 若ui與uj相比屬于各級之間，則用中間標度2，4，6，8。采用上述方法，得到判斷矩陣：

算組合權(quán)重，即求評價指標體系中各層次指標對總目標的權(quán)重系數(shù)。

計算C的最大特征值λmax，定義一致性指標CI。CI=0，有完全一致性;CI接近于0，有滿意的一致性;C越大，不一致越嚴重。

進一步定義一致性比率CR，其中RI取值參照表如表2所示。

計算對應的特征向量（p1，p2，…，pn），對其元素歸一化處理，得到權(quán)重集{a1，a2，…，am}。

結(jié)合層次分析法與電力通信現(xiàn)場運維的實際情況，初始權(quán)重計算流程如圖2所示。

首先建立推送信息模型，包括所有可能的信息類別：輔助類信息、設(shè)備信息、操作反饋類信息和告警類信息（可細分等級）。不同的運維任務，各類信息的重要程度不盡相同。對于檢修業(yè)務，設(shè)備年限信息，廠家信息可能較為重要;對于工作經(jīng)驗不是很豐富，或者對于業(yè)務流程不是特別熟悉的運維人員，操作流程、設(shè)備配置信息、注意事項等相關(guān)信息比較重要;當然在通常情況下告警類信息都具有較高的重要性，不過有些告警信息級別較低，此時可以適當降低其重要性。

根據(jù)經(jīng)驗為每類信息賦予初始化權(quán)重（由于告警類信息較為重要，設(shè)置初始的優(yōu)先級較高，緊急任務相關(guān)的信息也具有較高的優(yōu)先級，操作流程、設(shè)備廠家信息等的重要程度相對較低，設(shè)置的優(yōu)先級較低），并構(gòu)造成對比較矩陣初始化各類信息之間的相對關(guān)系。例如，經(jīng)驗豐富的運維人員，告警信息相對于操作輔助類信息重要度較高;執(zhí)行業(yè)務開通的經(jīng)驗相對較少的運維人員，配置信息、注意事項等操作輔助類信息相對于設(shè)備年限等設(shè)備相關(guān)信息重要度較高。

對比較矩陣進行一致性檢測，判斷矩陣是否合理。初始權(quán)重是根據(jù)經(jīng)驗制定的，并不完全符合實際情況（對于不同運維人員和業(yè)務，相同類型的信息重要程度可能不同，僅依靠經(jīng)驗可能不是特別準確），因此需要對比較矩陣進行一致性檢測，不符合要求則需要調(diào)整部分類型信息的重要程度。計算權(quán)向量（最大特征值對應特征向量標準化后得到），權(quán)向量代表了各類信息的重要程度，根據(jù)權(quán)向量計算每個消息實例優(yōu)先級。權(quán)重并不是一成不變的，當業(yè)務緊急程度發(fā)生變化時，該業(yè)務相關(guān)信息的權(quán)重也會發(fā)生變化，以此應對各種突發(fā)情況。

4 ? 仿真實驗

通過仿真實驗驗證所提方法的有效性。建立高、中、低3個優(yōu)先級隊列，設(shè)定權(quán)值比例為5：3：2、權(quán)值分別設(shè)為540、324、216，滿足較高優(yōu)先級隊列占用調(diào)度器更多服務時間的原則，并且使權(quán)值的大小差距足夠明顯。再者，經(jīng)常存在當部分客戶端的隊列權(quán)值耗盡時，其隊列當前消息并不一定完全發(fā)送完，還存在部分消息有待發(fā)送的情況。實驗模擬了100至1000個客戶端與服務器的連接，分別測試得到了發(fā)送100組100條隨機優(yōu)先級消息在加權(quán)循環(huán)隊列調(diào)度和動態(tài)權(quán)值循環(huán)隊列調(diào)度兩種策略下的時延，結(jié)果如圖3，圖4，圖5和圖6所示。當客戶端分別為100，500和1000時，時延如表3、表4和表5所示。

從圖3至圖6可以看出，使用動態(tài)權(quán)值循環(huán)隊列調(diào)度策略后，3個優(yōu)先級隊列消息的發(fā)送時延與原有算法相比都有所減少?？梢?，動態(tài)權(quán)值循環(huán)隊列調(diào)度在處理大量消息時相比加權(quán)循環(huán)隊列調(diào)度有效減少了消息發(fā)送時間，提高了推送平臺消息推送性能。而且在實際推送過程中，推送的連接終端數(shù)量遠遠小于理論仿真的數(shù)量，隊列時延會更小，能夠滿足推送消息的及時性要求。同時，隨之客戶端數(shù)量的增加，隊列的排隊時間相應增加，符合實際情況。

5 ? 結(jié) ? 論

根據(jù)電力通信現(xiàn)場運維的實際情況，提出了基于動態(tài)推送時間優(yōu)先級的電力通信現(xiàn)場運維信息推送方法。針對不同運維任務和運維人員，推送不同的運維相關(guān)信息，在保證運維質(zhì)量的情況下，盡可能的推送較少的信息，以保證服務器資源的有效利用。同時對于多個客戶端請求，根據(jù)每類推送內(nèi)容的重要程度，確定每個推送信息的權(quán)值，根據(jù)動態(tài)權(quán)值加權(quán)循環(huán)調(diào)度方法，為每個客戶端提供相關(guān)服務。該策略在原有加權(quán)循環(huán)調(diào)度算法基礎(chǔ)上，采用了動態(tài)權(quán)值策略，使得推送系統(tǒng)不再需要對消息的發(fā)送情況作額外的記錄，有效降低了系統(tǒng)開銷。對提出的算法進行了模擬實驗，實驗結(jié)果表明，改進的策略減少了消息發(fā)送的整體時延，提高了移動推送平臺的消息發(fā)送效率。

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