CN111669339B - 智慧能源站站控层业务优先级划分及pdwrr队列调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧能源站站控层业务优先级划分及PDWRR队列调度方法，采用基于业务的优先级划分方法，将站控层网络传输的主要信息业务划分为七个优先级；采用结合绝对优先级(SPQ)和赤字加权轮询(DWRR)调度的PDWRR队列调度方法，在实时业务与非实时业务发生冲突时，采用SPQ调度策略优先传输实时业务，在调度实时业务时，采用DWRR调度策略，各队列的权值通过权值分配算法计算得到。本发明的业务优先级划分方法可使得交换机根据智慧能源站站控层网络中各类业务的实时性要求更加合理的为其分配网络资源；DWRR队列调度方法可大大提高智慧能源站站控层网络抵抗流量攻击的能力，同时保障关键业务的实时性需求；队列权值分配算法可提高PDWRR队列调度方法的通用性。

Description

智慧能源站站控层业务优先级划分及PDWRR队列调度方法
技术领域
本发明属于智慧能源站通信技术领域，具体涉及一种智慧能源站站控层业务优先级划分及网络交换机PDWRR队列调度方法。
背景技术
智慧能源站基于多站融合思想，由智能变电站、数据中心站、储能站、分布式光伏和电动汽车充电站五站融合而成，多个子站共享站控层网络，实现了数据共享、资源共享。相比于传统智能变电站，智慧能源站站控层网络的业务量增多、业务类型更复杂，遭受网络攻击的可能性增加。网络处于拥塞状态时，可能导致各子站关键业务无法在规定时间内到达，从而严重影响智慧能源站的安全运行。因此，保障智慧能源站内通信业务的实时性显得尤为重要。
智慧能源站的通信协议沿用智能变电站的IEC61850协议。IEC61850协议提出采用两级优先级划分和严格优先级队列调度方法保障通信报文的实时性，但是此方法在针对不同业务特点做出更有效的区分服务问题上缺乏更细致的研究。由于两级优先级划分方法没有对智慧能源站各子站实时业务流进行区分，当任何一个子站遭受流量攻击导致通信量剧增时，各子站实时业务流之间彼此影响，可能导致站内所有关键实时业务的时延增加，使得实时性无法得到保障。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种可应用于发送终端中的智慧能源站站控层业务优先级划分方法，和一种可应用于智慧能源站站控层网络交换机中的PDWRR队列调度算法。
本发明所采用的技术方案是：一种智慧能源站站控层业务优先级划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1：根据站控层通信业务及优先级定义，确定待发送报文的优先级；
所述站控层通信业务包括控制命令、保护动作信息和开关变位信息、状态信息和测量值、告警信息、非电气测量值和修改设定值、对时信号、大型数据和日志文件，对应优先级从高到低分别定义为7、6、5、4、3、2、1；
步骤A2：在IEEE802.1Q标签头的用户优先级字段中填入与优先级对应的二进制值。
本发明提供的一种智慧能源站站控层PDWRR队列调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1：当分组到达时，分组分类器根据IEEE802.1Q标签头的用户优先级字段值将分组放入对应的队列Qi中，并排队等待调度；
步骤B2：当队列Qi中进入第一个分组，或队列Qi中的队头分组刚被处理并转发完成时，调度器首先检查队列Q2～QN是否全部为空；若不为空，转至步骤B3，否则，转至步骤后B4；
步骤B3：根据权值分配算法赋予各队列权值，采用DWRR调度规则对队列Q2～QN进行优先调度；
步骤B4：若队列Q1不为空，按照分组到达的先后顺序进行转发；
步骤B5：在调度队列Q1时，同时监听队列Q2～QN中是否存在分组等待调度，若存在，转至步骤B2；若不存在，则转至步骤B4。
本发明的优点在于：
1、采用基于业务的细粒度优先级划分方法，可使得交换机根据智慧能源站站控层网络中各类业务的实时性要求更加合理的为其分配网络资源。
2、采用结合SPQ和DWRR调度的PDWRR队列调度方法，可大大提高智慧能源站站控层网络抵抗流量攻击的能力，同时保障关键业务的实时性需求。
3、采用可动态调整的队列权值分配算法，可大大提高PDWRR队列调度方法的通用性，用户可根据实际情况或仿真实验结果进行适当地调整。
附图说明
下面将结合附图及实施方式对本发明做进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例提供的一种站控层业务优先级划分方法流程图。
图2为本发明实施例提供的一种PDWRR队列调度方法整体图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1，本发明提供的一种智慧能源站站控层业务优先级划分方法，包括以下步骤：
步骤A1：根据站控层通信业务及优先级定义，确定待发送报文的优先级；
站控层通信业务包括控制命令、保护动作信息和开关变位信息、状态信息和测量值、告警信息、非电气测量值和修改设定值、对时信号、大型数据和日志文件，对应优先级从高到低分别定义为7、6、5、4、3、2、1；
步骤A2：在IEEE802.1Q标签头的用户优先级字段中填入与优先级对应的二进制值。
请见图2，本发明提供的一种智慧能源站站控层PDWRR队列调度方法，包括以下步骤：
步骤B1：当分组到达时，分组分类器根据IEEE802.1Q标签头的用户优先级字段值将分组放入对应的队列Qi中，并排队等待调度；
步骤B1的具体实现包括以下子步骤：
步骤B1.1：分组到达时，分组分类器查看分组头部的用户优先级标签，将优先级标签中的二进制值转化为十进制，记为t；
步骤B1.2：如果t>N，令t＝N；如果t<1，令t＝1；本实施例中，N取值7；
步骤B1.3：将此分组放入缓冲队列Qt，并排队等待调度。
步骤B2：当队列Qi中进入第一个分组，或队列Qi中的队头分组刚被处理并转发完成时，调度器首先检查队列Q2～QN是否全部为空；若不为空，转至步骤B3，否则，转至步骤后B4；
步骤B3：根据权值分配算法赋予各队列权值，采用DWRR调度规则对队列Q2～QN进行优先调度；
步骤B3的具体实现包括以下子步骤：
步骤B3.1：采用权值分配算法计算各队列权值Wi；
设参与DWRR调度的队列按照优先级从低到高地次序记为Q′1,Q′2,…,Q′M；各个队列业务流量大小的近似比值为α1:α2:…:αM，其中1≤αi≤M；各个队列时延要求高低的近似比值为β1:β2:…:βM，其中1≤βi≤M；本实施例中，M取值6；
则队列Q′i的权值Wi为：
Figure BDA0002507354520000031
其中，λ1、λ2和Δqi”为调节因子，根据用户实际需求或仿真实验结果进行调整，建议0≤λ1,λ2≤0.5，Δqi的值为整数；本实施例中，令λ1＝λ2＝0.2，Δq6＝1，Δqi＝0(i＝1,2,…,5)。
步骤B3.2：初始化服务量子和计数器；
给每个队列Q′i分配对应的服务量子Xi＝ρWi，ρ为正整数；并令计数器DCi＝0；本实施例中ρ＝100；
步骤B3.3：服务当前队列Q′i；
查看Q′i是否为空，若为空，令DCi＝0，并直接跳过服务下一个队列Q′i+1；若非空，转至步骤B3.4；
步骤B3.4：调度当前非空队列；
令DCi＝DCi+Xi，若DCi小于队列头部等待发送分组的长度，调度器服务下一个队列Q′i+1，DCi的值累加到下次轮询；若DCi大于等于当前队列头部等待发送分组的长度，则DCi＝DCi-Queuei_head_packetsize，反复发送分组直到队列为空或DCi≤Queuei_head_packetsize，再服务下一个队列Q′i+1，DCi中的剩余值累积至下次轮询；DCi的值不能小于0；其中Queuei_head_packetsize表示队列Q′i头部等待发送分组的长度；
步骤B3.5：重复以上步骤B3.3和步骤B3.4，直到队列Q′1～Q′M全为空；
步骤B4：若队列Q1不为空，按照分组到达的先后顺序进行转发；
步骤B5：在调度队列Q1时，同时监听队列Q2～QN中是否存在分组等待调度，若存在，转至步骤B2；若不存在，则转至步骤B4。
本发明采用基于业务的优先级划分方法，将站控层网络传输的主要信息业务划分为七个优先级；采用结合绝对优先级(SPQ)和赤字加权轮询(DWRR)调度的PDWRR队列调度方法，在实时业务与非实时业务发生冲突时，采用SPQ调度策略优先传输实时业务，在调度实时业务时，采用DWRR调度策略，各队列的权值通过权值分配算法计算得到。本发明的业务优先级划分方法可使得交换机根据智慧能源站站控层网络中各类业务的实时性要求更加合理的为其分配网络资源；PDWRR队列调度方法可大大提高智慧能源站站控层网络抵抗流量攻击的能力，同时保障关键业务的实时性需求；队列权值分配算法可提高PDWRR队列调度方法的通用性。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种智慧能源站站控层PDWRR队列调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：当分组到达时，分组分类器根据IEEE802.1Q标签头的用户优先级字段值将分组放入对应的队列Qi中，并排队等待调度；
步骤2：当队列Qi中进入第一个分组，或队列Qi中的队头分组刚被处理并转发完成时，调度器首先检查队列Q2～QN是否全部为空；若不为空，转至步骤3，否则，转至步骤后4；
步骤3：根据权值分配算法赋予各队列权值，采用DWRR调度规则对队列Q2～QN进行优先调度；
步骤4：若队列Q1不为空，按照分组到达的先后顺序进行转发；
步骤5：在调度队列Q1时，同时监听队列Q2～QN中是否存在分组等待调度，若存在，转至步骤2；若不存在，则转至步骤4。
2.根据权利要求1所述的智慧能源站站控层PDWRR队列调度方法，其特征在于，步骤1的具体实现包括以下子步骤：
步骤1.1：分组到达时，分组分类器查看分组头部的用户优先级标签，将优先级标签中的二进制值转化为十进制，记为t；
步骤1.2：如果t＞N，令t＝N；如果t＜1，令t＝1；
步骤1.3：将此分组放入缓冲队列Qt，并排队等待调度。
3.根据权利要求2所述的智慧能源站站控层PDWRR队列调度方法，其特征在于，步骤3的具体实现包括以下子步骤：
步骤3.1：采用权值分配算法计算各队列权值Wi；
设参与DWRR调度的队列按照优先级从低到高的次序记为Q′1，Q′2，...，Q′M；各个队列业务流量大小的近似比值为α1：α2：...：αM，其中1≤αi≤M；各个队列时延要求高低的近似比值为βi：β2：...：βM，其中1≤βi≤M；其中M＝N-1；
则队列Q′i的权值Wi为：
Figure FDA0003406120340000011
其中，λ1、λ2和Δqi为调节因子，根据用户实际需求或仿真实验结果进行调整，Δqi的值为整数；
步骤3.2：初始化服务量子和计数器；
给每个队列Q′i分配对应的服务量子Xi＝ρWi，ρ为正整数；并令计数器DCi＝0；
步骤3.3：服务当前队列Q′i；
查看Q′i是否为空，若为空，令DCi＝0，并直接跳过服务下一个队列Q′i+1；若非空，转至步骤3.4；
步骤3.4：调度当前非空队列；
令DCi＝DCi+Xi，若DCi小于队列头部等待发送分组的长度，调度器服务下一个队列Q′i+1，DCi的值累加到下次轮询；若DCi大于等于当前队列头部等待发送分组的长度，则DCi＝DCi-Queuei_head_packetsize，反复发送分组直到队列为空或DCi≤Queuei_head_packetsize，再服务下一个队列Q′i+1，DCi中的剩余值累积至下次轮询；DCi的值不能小于0；其中Queuei_head_packetsize表示队列Qi′头部等待发送分组的长度；
步骤3.5：重复以上步骤3.3和步骤3.4，直到队列Q′1～Q′M全为空。
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