背景技术
随着能源互联网建设的推进,分布式能源接入控制、配电自动化、电动汽车充放电有序控制、“多表合一”信息采集等智能化业务种类越来越多,设备数量不断增加,终端泛在接入导致本地通信网承载能力难以满足多样化业务场景需求。智能终端采集设备或装置的运行状态,实现收集用户用电信息,完成状态监测、负荷管理、能效控制,充电桩管理和分布式电源接入管理等功能,并能在用户侧进行分布式计算,减少本地通信网承载压力。部署大量智能终端、感知设备等构成边缘感知网络,智能终端形成信息空间虚拟网络和物理空间实体网络紧密耦合的协同互动的二元异构复合的电力物联网。边缘网络通过对象感知或控制以及通信技术,实现信息采集、电力操作控制和分析决策支撑以及智能电网智能化、互动化和信息化,为智能配用电提供重要的应用和功能支撑。
边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧,将网络、计算、存储、应用核心能力进行融合,就近提供边缘智能服务。在智能电网中应用边缘计算,实现终端侧硬件资源与软件应用的深度解耦,在无需硬件变更的情况下满足智能电网不断变化的应用需求,实现感知数据的本地化处理。
简单、高效的组网路由算法对于边缘计算通信终端间互联互通、保证消息实时可靠传输至关重要。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向实时边缘计算的路由控制方法,能够提高网络资源利用率和通信的实时性。
为实现上述目的,本发明提供了一种面向实时边缘计算的路由控制方法,该路由控制方法用于电力通信网络中的边缘计算节点的组网过程,所述路由控制方法包括:电力线通信网络中的第一边缘计算节点向第二边缘计算节点进行广播,从产生的所有路由中选出最小时延的路由,将该路由选作所述第一边缘计算节点到所述第二边缘计算节点的确定路由写入路由表中;所述第一边缘计算节点向剩余待确定路由的任一边缘计算节点进行广播,计算所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的每条路由中的所有通信链路的权重之和,将所述权重之和最大的路由选作所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的待定路由,重复该过程,直至选出所述第一边缘计算节点与剩余所有边缘计算节点之间的待定路由,其中,每条通信链路的权重是根据当前选出的所述确定路由以及所有待定路由中包含的该条通信链路的总数以及所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的最短路径路由的跳数与所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的使用该条通信链路的最短路径路由的跳数之比而确定的;计算所述第一边缘计算节点到每个目的边缘计算节点的各自待定路由的时延,将未超出时延容忍值的待定路由确定为所述第一边缘计算节点到该目的边缘计算节点的确定路由并放入路由表中,并且记录超出所述时延容忍值的待定路由的目的边缘计算节点,增加时延因子作为每条通信链路的权重的确定因素,重新计算所述第一边缘计算节点到该目的边缘计算节点的每条路由中的所有通信链路的权重之和,将所述权重之和最大的路由选作所述第一边缘计算节点到该目的边缘计算节点的待定路由,继续判断该待定路由的时延是否超出所述时延容忍值,若未超出,则将该待定路由确定为所述第一边缘计算节点到该目的边缘计算节点的确定路由并放入路由表中,否则,重新选择待定路由,其中,在确定每条通信链路的权重时增加所述时延因子的比重,如果选择的待定路由的时延仍然超过所述时延容忍值,则重新选择待定路由,并且在确定每条通信链路的权重时继续增加所述时延因子的比重,以此类推,直至重新选择的待定路由的时延不超过时延容忍值。
在本发明的一实施方式中,所述路由控制方法还包括:所有目的边缘计算节点到所述第一边缘计算节点的路由采用所述第一边缘计算节点到所述目的边缘计算节点的反向路由。
在本发明的一实施方式中,所述每条通信链路的权重的计算方法是
其中,δ
i,j为该条通信链路的权重;θ为当前选出的所述确定路由以及所有待定路由中包含的该条通信链路的总数;
为所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的最短路径路由的跳数;φ
i,j为所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的使用该条通信链路的最短路径路由的跳数;
为所述时延因子;σ为该条通信链路的总带宽;ε为该条通信链路的剩余带宽;m为重新选择所述第一边缘计算节点到当前目的边缘计算节点的待定路由的次数。
与现有技术相比,根据本发明的面向实时边缘计算的路由控制方法,在进行路由组网中,边缘计算节点以链路带宽利用率最大化为核心,节点通信尽量共享路由,通信链路的链路共享率是选择通信链路的关键指标之一,同时为避免路由过长,将最短路径路由跳数与使用所选通信链路时的最短路径路由跳数之比作为指标,提高了网络资源利用率以及通信的效率;另外以通信时延为约束条件,两节点间双向通信使用同一条路由;在建立的路由不满足时延约束条件时,引入通信链路剩余带宽与总带宽比,作为选择通信链路的补充指标,进一步可以提高通信的效率,满足实时性要求。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。
为了能够提高边缘计算网络中的网络资源利用率和通信实时性,本发明提供了一种面向实时边缘计算的路由控制方法,在进行路由组网中,边缘计算节点以链路带宽利用率最大化为核心,节点通信尽量共享路由,通信链路的链路共享率是选择通信链路的关键指标之一,同时为避免路由过长,将最短路径路由跳数与使用所选通信链路时的最短路径路由跳数之比作为指标,提高了网络资源利用率以及通信的效率;另外以通信时延为约束条件,两节点间双向通信使用同一条路由;在建立的路由不满足时延约束条件时,引入通信链路剩余带宽与总带宽比,作为选择通信链路的补充指标,进一步可以提高通信的效率,满足实时性要求。
图1是根据本发明一实施方式的面向实时边缘计算的路由控制方法的流程图。
该该路由控制方法用于电力通信网络中的边缘计算节点的组网过程,其包括步骤S1~步骤S4。
在步骤S1中,根据最小时延选出边缘计算节点A到边缘计算节点B的确定路由。电力线通信网络中的边缘计算节点A向边缘计算节点B进行广播,从产生的所有路由中选出最小时延的路由,将该路由选作边缘计算节点A到边缘计算节点B的确定路由写入路由表中。
在步骤S2中,根据每条通信链路的权重之和选出边缘计算节点A到剩余边缘计算节点之间的所有的待定路由。具体而言,边缘计算节点A向剩余待确定路由的任一边缘计算节点(如边缘计算节点C)进行广播,计算边缘计算节点A到边缘计算节点C的每条路由中的所有通信链路的权重之和,将权重之和最大的路由选作边缘计算节点A到当前目的边缘计算节点C的待定路由,重复该过程,直至选出边缘计算节点A与剩余所有边缘计算节点之间的待定路由。其中,每条通信链路l
ij的权重δ
i,j是根据当前选出的确定路由以及所有待定路由中包含的该条通信链路l
ij的总数θ以及边缘计算节点A到当前目的边缘计算节点的最短路径路由的跳数
与边缘计算节点A到当前目的边缘计算节点的使用该条通信链路l
ij的最短路径路由的跳数φ
i,j之比而确定的。具体地,在本实施方式中,
则节点A到节点C的路由可表示为:
其中,R
AC为节点A和节点C间的所有路由,l为选出的确定路由,其包含由通信节点i与j组成的通信链路。
在步骤S3中,将时延作为约束条件,从所有的待定路由中,将满足时延约束的待定路由列入确定路由放入路由表中,将不满足时延约束的待定路由舍弃,将通信链路的权重中增加时延因子重新选择路由。具体而言,计算边缘计算节点A到每个目的边缘计算节点的各自待定路由的时延di,将未超出时延容忍值τ的待定路由确定为边缘计算节点A到该目的边缘计算节点的确定路由并放入路由表中,并且记录超出时延容忍值τ的待定路由的目的边缘计算节点,增加时延因子作为每条通信链路lij的权重的确定因素,重新计算边缘计算节点A到该目的边缘计算节点的每条路由中的所有通信链路的权重之和,将权重之和最大的路由选作边缘计算节点A到该目的边缘计算节点的待定路由,继续判断该待定路由的时延是否超出时延容忍值τ,若未超出,则将该待定路由确定为边缘计算节点A到该目的边缘计算节点的确定路由并放入路由表中,否则,重新选择待定路由,其中,在确定每条通信链路lij的权重时增加时延因子的比重,如果重新选择的待定路由的时延仍然超过时延容忍值τ,则继续在确定每条通信链路lij的权重时增加时延因子的比重,以此类推,直至重新选择的待定路由的时延不超过时延容忍值τ。
具体地,本实施方式中,
为时延因子;σ为该条通信链路l
ij的总带宽;ε为该条通信链路l
ij的剩余带宽。本实施方式中的权重的计算可归纳为
其中,δ为权重;θ为当前选出的确定路由以及所有待定路由中包含的该条通信链路l
ij的总数;
为边缘计算节点A到当前目的边缘计算节点的最短路径路由的跳数;φ为边缘计算节点A到当前目的边缘计算节点的使用该条通信链路l
ij的最短路径路由的跳数;
为时延因子;σ为该条通信链路l
ij的总带宽;ε为该条通信链路l
ij的剩余带宽;m为重新选择边缘计算节点A到当前目的边缘计算节点的待定路由的次数。
在步骤S4中所有目的边缘计算节点到边缘计算节点A的路由采用边缘计算节点A到目的边缘计算节点的反向路由进行组网。
综上所述,本实施方式的面向实时边缘计算的路由控制方法将通信链路的链路共享率及最短路径路由跳数与使用所选通信链路时的最短路径路由跳数之比作为指标选择通信链路,增加通信节点带宽利用率;在所选路由不满足时延约束条件的情况下,将通信链路剩余带宽与总带宽比作为指标重新选择路由,且此指标根据节点间重新选择路由次数成幂次递增,提高了通信实时性。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。