基于AGV技術(shù)的電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓碩辰， 杜暄， 田健， 胡敬強(qiáng)

(國網(wǎng)冀北電力有限公司， 營銷服務(wù)中心， 北京 100045)

0 引言

近幾年，我國電力行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，并從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向市場經(jīng)濟(jì)，電力營銷的核心也由生產(chǎn)者轉(zhuǎn)換為消費(fèi)者。為了適應(yīng)電力行業(yè)運(yùn)營發(fā)展需求，電力公司引進(jìn)了發(fā)達(dá)國家電力公司營銷服務(wù)理念，基于現(xiàn)代通信技術(shù)，構(gòu)建電力客戶服務(wù)體系[1]。現(xiàn)今，我國各個(gè)省市已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了電力客戶服務(wù)中心系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，對提升客戶服務(wù)水平起到了至關(guān)重要的作用。以消費(fèi)者為核心的電力營銷理念主要體現(xiàn)在為客戶提供良好的服務(wù)，也是電力公司增供擴(kuò)銷必備的前提條件。電力客戶服務(wù)中心系統(tǒng)的構(gòu)建，為電力客戶提供了更加便捷的服務(wù)，其不但可以得到用電營業(yè)廳服務(wù)，還可以在辦公室內(nèi)、家中等地方享受電力服務(wù)，極大地體現(xiàn)了電力企業(yè)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)[2]。

為了滿足電力客戶的多樣化需求，增加客戶服務(wù)的滿意度，電力客戶服務(wù)中心系統(tǒng)的客戶接口需要包含客戶使用的所有接入方式，例如有線接入、語音接入、無線接入(短信)等，以此來保障客戶能夠隨時(shí)隨地獲得電力客戶服務(wù)中心系統(tǒng)的服務(wù)[3]。就目前電力企業(yè)運(yùn)營情況來看，電力營銷主要以短信推送為主，從而產(chǎn)生了電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)。由于電力客戶規(guī)模的不斷加大，現(xiàn)有系統(tǒng)無法自主控制系統(tǒng)的流量與擁塞情況，致使系統(tǒng)存在吞吐量低的缺陷，故提出基于AGV技術(shù)的電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。AGV技術(shù)是一種自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化服務(wù)與生產(chǎn)領(lǐng)域，具備定位精度高、損耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、接口定義簡單等優(yōu)勢[4]。因此研究引入AGV技術(shù)設(shè)計(jì)新的電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)，希望為電力客戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1 電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)硬件單元設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件單元是實(shí)現(xiàn)電力營銷短信推送過程自主控制的基礎(chǔ)與前提，主要由控制臺、服務(wù)器、呼叫支撐平臺等構(gòu)成[5]。

設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件架構(gòu)

如圖1所示，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要由三部分構(gòu)成，分別為基礎(chǔ)平臺支撐部分、運(yùn)用部分與數(shù)據(jù)信息處理部分。其中，基礎(chǔ)平臺支撐部分主要組成為程序系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫支撐與語音系統(tǒng)；運(yùn)用部分指的是電力營銷短信的運(yùn)用，是設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件模塊的關(guān)鍵構(gòu)成部分；數(shù)據(jù)信息處理部分指的是后臺數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理與挖掘，為電力營銷短信推動(dòng)過程控制提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐[6]。

設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件較為簡單，采用SHD-30/60A型號的語音版，Web與Mas服務(wù)器，E1連接線與多種不同型號的接口[7]。

單靠硬件單元設(shè)計(jì)并不能實(shí)現(xiàn)電力營銷短信推動(dòng)過程的自主控制，故以搭建硬件架構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件模塊。

2 電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件模塊應(yīng)該包含客戶資料管理、營銷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)后臺管理、短信推送流量控制、短信推送擁塞控制與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等[8]。由于篇幅的限制與現(xiàn)有系統(tǒng)的缺陷，此研究軟件模塊針對短信推送流量控制、短信推送擁塞控制與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體軟件模塊的設(shè)計(jì)過程如下。

2.1 短信推送流量控制模塊

電力營銷短信推動(dòng)采用的是TCP傳輸協(xié)議，能夠?yàn)殡娏蛻舴?wù)中心系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。對于短信推動(dòng)流量控制來說，TCP部首格式具有至關(guān)重要的作用[9]。為了更加完善的控制短信推動(dòng)流量，展示TCP部首格式如圖2所示。

如圖2所示，每個(gè)TCP段均包含源端口號與目標(biāo)端口號，主要的功能為尋找電力營銷短信的發(fā)端與收端。源端口號與目標(biāo)端口號加上IP地址能夠確定唯一的TCP連接；序列號的功能為標(biāo)識電力營銷短信發(fā)端向收端的數(shù)據(jù)字節(jié)流，也顯示著報(bào)文段中第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

常規(guī)情況下，TCP能夠表述為一個(gè)無選擇是與否的滑動(dòng)窗口協(xié)議[10]。TCP部首長度給出了32字節(jié)的數(shù)量[11]。在TCP部首中，存在6個(gè)標(biāo)志比特，可以被同時(shí)設(shè)置為1，具體定義如表1所示。

表1 標(biāo)志比特定義表

電力營銷短信推送的流量控制由聲明窗口大小來實(shí)現(xiàn)，窗口大小設(shè)置為字節(jié)數(shù)，開始于確認(rèn)序列號字段指明的值，該值是接收端期望接收的字節(jié)。以電力營銷短信推送需求為基礎(chǔ)，設(shè)置聲明窗口字段為16字節(jié)，則窗口大小最大能夠?yàn)?5 535字節(jié)[12]。

聲明窗口能夠覆蓋并檢驗(yàn)整個(gè)電力營銷短信推送TCP報(bào)文段，包含整個(gè)TCP部首與數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)短信推動(dòng)流量控制，提升報(bào)文段的傳輸效率，需要控制短信推動(dòng)時(shí)延達(dá)到最小值[13]。

短信推動(dòng)時(shí)延計(jì)算公式為

T3=MR1+T1+CR2C≥capacityT3=MC×CR1+T1 +CR2 C

(1)

式中，T3表示的是短信推動(dòng)時(shí)延，M表示的是電力營銷短信大小，R1表示的是發(fā)送方的發(fā)送速率，T1表示的是電力營銷短信傳播時(shí)延，C表示的是接收方的最大緩存能力，R2表示的是接收方提交到應(yīng)用層的平均處理速率，capacity表示的是通信技術(shù)帶寬與時(shí)延的乘積。

在短信推動(dòng)流量控制上，通常情況下會(huì)犧牲一定的通信帶寬，降低通信信道的利用率，以此來促進(jìn)短信推動(dòng)時(shí)延達(dá)到最小值，實(shí)現(xiàn)電力營銷短信推送過程的流量控制[14]。

2.2 短信推送擁塞控制模塊

電力營銷短信推送過程中，非常容易產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象，這會(huì)極大地降低電力客戶的服務(wù)滿意度，因此需要對短信推送擁塞情況進(jìn)行控制。

短信推送擁塞旨在電力營銷短信推送網(wǎng)絡(luò)中，若推送分組數(shù)目較多，則存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)資源有效，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸性能急劇下降。短信推送擁塞發(fā)生時(shí)，不但會(huì)出現(xiàn)短信丟失、時(shí)延加大、吞吐量下降等現(xiàn)象，嚴(yán)重情況會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰[15]。短信推送擁塞控制實(shí)質(zhì)上就是控制短信推動(dòng)負(fù)載不超過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，即采取相應(yīng)措施，避免短信推送網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)擁塞狀態(tài)或者對已經(jīng)出現(xiàn)的擁塞做出相應(yīng)的反應(yīng)。

短信推送過程網(wǎng)絡(luò)吞吐量與負(fù)載的變化情況如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)吞吐量與負(fù)載變化曲線示意圖

如圖3所示，短信推送擁塞控制主要分為兩種形式，分別為擁塞避免與擁塞緩解[16]。其中，擁塞避免使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載控制在Knee附近，避免短信推送擁塞發(fā)生；擁塞緩解使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載控制在Cliff的左側(cè)區(qū)域，改善短信推送擁塞情況。

短信推送擁塞控制采用慢啟動(dòng)算法，其具體步驟如下所示。

步驟一 構(gòu)建TCP連接，發(fā)送端連續(xù)發(fā)送兩個(gè)電力營銷短信包P1與P2，其規(guī)格大小分別為L1與L2，并且L1

步驟二 若是發(fā)送端收到接收端對電力營銷短信包P1與P2的確認(rèn)信息，此時(shí)記錄RTT為RTT1與RTT2，再加之L1與L2數(shù)據(jù)來估計(jì)TCP連接的等效帶寬。等效帶寬估計(jì)公式為

(2)

式中，Beq表示的是等效帶寬估計(jì)值。

依據(jù)式(2)計(jì)算結(jié)果設(shè)置ssthresh=max(1,Beq×RTT/MSS)，轉(zhuǎn)至步驟三；反之則返回步驟一，直至TCP慢啟動(dòng)階段完全結(jié)束。

步驟三 依據(jù)指數(shù)方式來增大TCP擁塞窗口的規(guī)格大小[17]。若TCP擁塞窗口到達(dá)ssthresh/2后，TCP擁塞窗口增大方式為

cwnd=-ssthresh2 ·cosπ*xssthresh_t +ssthresh2+1

(3)

當(dāng)TCP擁塞窗口到達(dá)ssthresh后，窗口增大方式轉(zhuǎn)化為線性方式。

步驟四 若是發(fā)生超時(shí)重傳，再次回到慢啟動(dòng)階段，設(shè)置cwnd=1，重復(fù)步驟一到步驟三，直至電力營銷短信全部發(fā)送完畢為止。需要注意的是，此時(shí)ssthresh不再需要估計(jì)，計(jì)算公式為ssthresh=max(2,min(cwnd/2,awin))。

步驟五 通過AGV技術(shù)消解電力營銷短信推送擁塞情況。假設(shè)兩個(gè)短信包發(fā)生擁塞情況，其擁塞控制策略選擇規(guī)則如表2所示。

表2 擁塞控制策略選擇規(guī)則表

表2中的數(shù)據(jù)由電力營銷短息推送過程的博弈收益計(jì)算而得。

通過執(zhí)行上述慢啟動(dòng)算法步驟，即可完成電力營銷短信推送過程的擁塞控制。

2.3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊

數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的支撐模塊，主要功能為存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)庫表形式存在[18]。由于篇幅的限制，此研究只對電力營銷客戶表進(jìn)行顯示，具體如表3所示。

通過上述硬件單元與軟件模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)的運(yùn)行，為電力客戶服務(wù)中心系統(tǒng)完善提供幫助，也為電力企業(yè)提升客戶服務(wù)質(zhì)量、客戶滿意度等提供支撐。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的性能差異，采用MATLAB軟件平臺設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)過程如下所示。

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建

實(shí)驗(yàn)環(huán)境是保障仿真實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)與前提。仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r如圖4所示。

圖4 仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

如圖4所示，仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆芍鳈C(jī)與路由器共同構(gòu)成，其數(shù)量分別為6臺和4臺。其中，主機(jī)H1a、H1b、H1c與路由器Ra及其主機(jī)H2a、H2b、H2c與路由器Rb利用帶寬為10 M，時(shí)延為10 ms的鏈路連接，而路由器R1與R2利用帶寬為1.5 M，時(shí)延為50 ms的鏈路連接。另外，路由器Ra與Rb隊(duì)列機(jī)制為RED，路由器R1與R2隊(duì)列機(jī)制為FQ。

3.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)也是實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵參數(shù)之一，此研究實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置情況如表4所示。

表4 仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

依據(jù)表4參數(shù)制定實(shí)驗(yàn)仿真如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)仿真圖

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

依據(jù)上述搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，分別在單連接與多連接背景下進(jìn)行電力營銷短信推送過程自主控制實(shí)驗(yàn)，通過吞吐量來顯示系統(tǒng)的性能，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析過程如下。

3.3.1 單連接背景

在單連接背景下，通過實(shí)驗(yàn)獲得系統(tǒng)吞吐量數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 系統(tǒng)吞吐量數(shù)據(jù)表

3.3.2 多連接背景

在多連接背景下，通過實(shí)驗(yàn)獲得系統(tǒng)吞吐量數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 系統(tǒng)吞吐量數(shù)據(jù)表

由表5與表6可得，由單連接背景轉(zhuǎn)換多連接背景，系統(tǒng)吞吐量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。另外，對比系統(tǒng)吞吐量隨時(shí)間呈現(xiàn)不規(guī)律變化，而設(shè)計(jì)系統(tǒng)吞吐量隨時(shí)間呈現(xiàn)逐漸上升并穩(wěn)定的趨勢變化。

通過單連接背景與多連接背景下吞吐量數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，相較于對比系統(tǒng)平均數(shù)值來看，設(shè)計(jì)系統(tǒng)平均吞吐量分別提升了59.82 Kbps與33.84 Kbps，表明設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠承受更多的電力營銷短信負(fù)載，充分證實(shí)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性與可行性。

4 總結(jié)

此研究引入AGV技術(shù)設(shè)計(jì)了新的電力營銷短信推送過程自主控制系統(tǒng)，采用AGV技術(shù)消解電力營銷短信推送擁塞情況，極大的提升了系統(tǒng)吞吐量，能夠承受更多的電力營銷短信負(fù)載，為我國電力企業(yè)發(fā)展提供了幫助，能夠?yàn)殡娏蛻籼峁└觾?yōu)質(zhì)的服務(wù)，也為短信推送過程自主控制研究提供了一定的參考。