CN112054924B - 一种一体化电网的资源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种一体化电网的资源分配方法，包括，步骤S1，多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息，以及多个资源需求方向资源分配中心提供网络资源需求量信息；步骤S2，所述资源分配中心获取任一所述资源需求方的网络资源目标值，并确定所述多个资源需求方的资源分配策略；步骤S3，所述资源分配中心验证任一所述资源提供方是否能提供满足所述资源分配策略的网络资源，获取验证结果，计算该资源提供方的惩罚值；步骤S4，所述资源分配中心根据所述资源分配策略、所述验证结果及所述惩罚值对任一所述资源提供方和任一所述资源需求方进行网络资源交易并计算网络资源交易结果。本发明提高网络资源分配效率、降低资源浪费。

Description

一种一体化电网的资源分配方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种一体化电网的资源分配方法。
背景技术
在传统的电力系统中，一般都包括主网和配网两部分，主网的功能是输电，即传输110KV及以上电压的电流，配网的功能是供电，即给配电站和负荷提供35KV及以下电压的电流。但是，随着智能电网和信息技术的快速发展，为了保证电网可靠性运营的前提下，提升电网公司的工作效率，主配网一体化的通信组网模式被提出。
为了满足主配网一体化的通信组网模式，需要对现有的主网和配网的传输资源进行整合，从而在指挥中心实现对主网和配网资源的统一管理和资源调度。但是，当前电力系统的光纤覆盖范围较低，而且存在较多租用第三方光纤网络资源的情况；如果要实现主配网一体化的通信组网模式目标，电力公司需要建设或租用更多的网络资源。另外，主网和配网的电力业务类型不同，对网络的QoS(Quality of Service，服务质量)需求也不同。这些现状导致单纯的新建网络资源，实现主配网一体化的通信组网模式不容易实现。因此，需要研究如何有效利用电力系统的已有网络资源和第三方网络提供商的网络资源，通过资源互补和共用，实现主配网一体化的通信组网模式。
关于如何提高电力系统的网络资源的使用效率，已有研究在提升电力通信网的资源利用率方面，已经取得了较好的成果。但是，大部分研究主要解决同一网络基础设施提供商的资源分配问题。在主配网一体化的通信组网模式下，网络资源提供商的参与者包括提供多个第三方光纤公网的网络公司和提供多个自建专网的多个电网公司，网络资源需求商包括承载多种QoS(Quality of Service，服务质量)电力业务需求的主网和配网。所以，当前研究缺少对多个网络资源需求商和多个网络资源提供商环境下电力通信网络的带宽容量、资源成本、资源价格等QoS(Quality of Service，服务质量)要素的综合考虑,不能很好的解决电力通信网在主配网一体化环境下面临的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种一体化电网的资源分配方法，提高网络资源分配效率、降低资源浪费，解决现有技术中一体化网络资源利用率低、资源分配效率低的技术问题。
本发明的一方面，提供一种一体化电网的资源分配方法，包括以下步骤：
步骤S1，多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息，以及多个资源需求方向资源分配中心提供网络资源需求量信息；
步骤S2，所述资源分配中心获取所述多个资源需求方的网络资源目标值，根据所述多个资源需求方的网络资源目标值确定所述多个资源需求方的资源分配策略；
步骤S3，所述资源分配中心分别验证每一所述资源提供方是否能提供满足所述资源分配策略的网络资源，获取多个验证结果，其中，所述验证结果包括能提供或不能提供；若某一资源提供方对应的所述验证结果为不能提供，则计算该资源提供方的惩罚值；
步骤S4，所述资源分配中心根据所述多个资源分配策略、所述多个验证结果及所述惩罚值对所述多个资源提供方和所述多个资源需求方进行网络资源交易并计算网络资源交易结果。
优选的，所述步骤S1包括：
所述多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息时，根据以下公式计算相应的消耗的投入
其中，i为资源提供方的序列数值，0<i≤p；p为资源提供方的总数值；INSP为p为资源提供方的集合；m为第i个资源提供方提供的网络资源种类数；为第j种网络资源的带宽容量，0<j≤m；/>为第j种网络资源的单位投入；/>为第j种网络资源的固定平均投入；/>为第j种网络资源的销售承诺。
优选的，所述步骤S2包括：
所述资源提供方满足资源需求方的网络资源目标值时，根据以下公式计算所有资源提供方投入最小值：
其中，X为资源分配时,p个资源提供方的资源销售承诺信息；X*为最优资源分配情况下资源提供方的资源销售量信息。
优选的，所述步骤S2包括：
根据以下公式约束任一所述资源提供方的资源销售承诺大于0时,才会产生固定投入λj：
其中，为第j种网络资源的销售承诺。
优选的，所述步骤S2包括：
根据以下公式约束任一所述资源提供方的资源销售承诺都不大于资源的实际能力：
其中，为第j种网络资源的带宽容量，0<j≤m；m为第i个资源提供方提供的网络资源种类数；i为资源提供方的序列数值，0<i≤p；p为资源提供方的总数值。
优选的，所述步骤S2包括：
根据以下公式约束所有资源提供方的资源销售承诺等于所有资源需求方的网络资源目标值：
其中，为第l个网络需求方的网络资源目标值；k为网络需求方的序列数，0<k≤q；q为资源需求方的总数值。
优选的，所述步骤S3包括：
根据以下公式计算任一所述资源提供方的惩罚值Pi：
其中，Ri为资源提供方为资源需求方提供资源后获得的报酬；为最优资源分配情况下，第i个资源提供方的第j种网络资源的销售承诺。
优选的，所述步骤S3包括：
根据以下公式计算资源提供方为资源需求方提供资源后获得的报酬Ri：
其中，为最优的网络资源分配策略；α*为最优的网络资源分配策略的投入系数；/>为第j种网络资源没有参加网络资源分配的网络资源分配策略；α为第j种网络资源没有参加网络资源分配的投入系数；/>为第j种网络资源最优的单位投入；/>为第j种网络资源最优的固定平均投入；INSP为p个资源提供方的集合。
优选的，所述步骤S4包括：
根据以下公式对网络资源交易结果进行计算：
Ui(xi,Ri,θi)＝Ri-Ci(xi,θi)-Pi
其中，θi为资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息量；Ci(xi,θi)为资源提供方分配的θi网络xi给资源需求方的开销；Ri资源提供方分配的θi网络xi给资源需求方的报酬；Pi为资源提供方的惩罚值；为第j种网络资源的带宽容量；/>为第j种网络资源的单位投入；/>为第j种网络资源的固定平均投入。
优选的，所述步骤S4包括：
根据以下公式计算资源提供方交易给资源需求方网络资源的开销Ci(xi,θi)：
其中，λj为资源提供方的资源销售承诺大于0时产生的固定投入；为资源提供方交易给资源需求方网络资源的固定投入；/>为资源提供方交易给资源需求方网络资源的数量；/>为资源提供方交易给资源需求方网络资源的单位价格。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的一体化电网的资源分配方法，主配网一体化的通信组网模式下，可以很好的调动网络资源提供方和网络资源需求方的积极性，从而有效的提高网络资源分配的效率，降低网络资源的浪费；不论网络资源提供方上报自己真实容量和还是存在部分虚假上报自己，随着网络资源需求方资源需求数量的增加，网络资源的平均利用率都在增加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例中主配网一体化模式下网络资源分配示意图。
图2为本发明实施例中一种一体化电网的资源分配方法的主流程示意图。
图3为本发明实施例中一种一体化电网的资源分配方法的总效率值示意图。
图4为本发明实施例中一种一体化电网的资源分配方法的网络资源平均利用率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明提供一种一体化电网的资源分配方法，在主配网一体化模式下网络资源分配问题建模为网络资源提供商(资源提供方)，即NSP,network serviceprovider、网络资源需求商(资源需求方)，即NSD,network service demander、资源拍卖中心(资源分配中心)构成的三方博弈问题；包括q个网络资源需求商(资源需求方)、p个网络资源提供商(资源提供方)及1个网络资源拍卖中心(资源分配中心)。其中，网络服务提供商(资源提供方)是指提供公网的多个第三方网络资源公司和自己创建专网的电力公司，网络资源需求商(资源需求方)是指承载多种QoS电力业务需求的主网和配网。主配网一体化的通信组网模式下，基于该资源分配模型，可以很好的调动网络资源提供商(资源提供方)和网络资源需求商(资源需求方)的积极性，从而有效的提高网络资源分配的效率，降低网络资源的浪费。
如图2所示，为本发明提供的一种一体化电网的资源分配方法的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息，以及多个资源需求方向资源分配中心提供网络资源需求量信息；
具体实施例中，网络的可靠性、延迟、抖动等QoS(Quality of Service，服务质量)性能指标取值范围较大，不便于根据具体的QoS(Quality of Service，服务质量)性能指标进行网络资源分配和销售。基于此，将网络资源QoS(Quality of Service，服务质量)性能指标进行分类拍卖的策略，从而简化网络资源的拍卖模型。例如，可以根据QoS(Quality ofService，服务质量)特性的优劣进行排序，依次分为铂金、金牌、银牌、铜牌四个等级的服务。网络资源服务商和网络资源需求商可以根据电力业务的可靠性、延迟、抖动等QoS要求，对网络资源进行一致性分类；可以理解的，本实施例中根据消耗的投入进行区分，具体的，所述多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息时，根据以下公式计算相应的消耗的投入/>
其中，i为资源提供方的序列数值，0<i≤p；p为资源提供方的总数值；INSP为p为资源提供方的集合；m为第i个资源提供方提供的网络资源种类数；为第j种网络资源的带宽容量，0<j≤m；/>为第j种网络资源的单位投入；/>为第j种网络资源的固定平均投入；/>为第j种网络资源的销售承诺。
再具体的，将q个网络资源需求商集合表示为
INSD＝{NSD1,NSD2,...,NSDq}。
步骤S2，所述资源分配中心获取所述多个资源需求方的网络资源目标值，根据所述多个资源需求方的网络资源目标值确定所述多个资源需求方的资源分配策略；
具体的实施例中，资源分配策略的目的就是网络利益最大化，可以理解的，多个资源提供方和多个资源需求方相互协作，在满足资源需求方购买能力的前提下，确保所有网络服务提供商投入最小化，从而实现提高网络资源的社会效益的目标；所述资源提供方满足资源需求方的网络资源目标值时，根据以下公式计算所有资源提供方投入最小值：
其中，X为资源分配时,p个资源提供方的资源销售承诺信息；X*为最优资源分配情况下资源提供方的资源销售量信息；X＝{x1,x2,...,xp}；
具体的分配策略中，还包括：根据以下公式约束任一所述资源提供方的资源销售承诺大于0时,才会产生固定投入λj：
其中，为第j种网络资源的销售承诺。
根据以下公式约束任一所述资源提供方的资源销售承诺都不大于资源的实际能力：
其中，为第j种网络资源的带宽容量，0<j≤m；m为第i个资源提供方提供的网络资源种类数；i为资源提供方的序列数值，0<i≤p；p为资源提供方的总数值。
根据以下公式约束所有资源提供方的资源销售承诺等于所有资源需求方的网络资源目标值：
其中，为第l个网络需求方的网络资源目标值；k为网络需求方的序列数，0<k≤q；q为资源需求方的总数值。
步骤S3，所述资源分配中心分别验证每一所述资源提供方是否能提供满足所述资源分配策略的网络资源，获取多个验证结果，其中，所述验证结果包括能提供或不能提供；若某一资源提供方对应的所述验证结果为不能提供，则计算该资源提供方的惩罚值；
具体实施例中，在基于拍卖的网络资源分配过程中，每个资源提供方的开销主要包括网络资源的固定投入、网络资源的单位价格和网络资源的数量，可以理解的，需要计算每个资源提供方分配网络资源给资源需求方时的开销，根据以下公式计算资源提供方交易给资源需求方网络资源的开销Ci(xi,θi)：
其中，λj为资源提供方的资源销售承诺大于0时产生的固定投入；为资源提供方交易给资源需求方网络资源的固定投入；/>为资源提供方交易给资源需求方网络资源的数量；/>为资源提供方交易给资源需求方网络资源的单位价格。
若实现网络资源效用最大化，则将报酬定义为每个资源提供方参加网络资源分配带来的社会福利，可以理解的，参加网络资源分配带来的社会福利由两个部分相减获得，具体为，没有参加网络资源分配部分减掉参加网络资源分配部分；根据以下公式计算资源提供方为资源需求方提供资源后获得的报酬Ri：
其中，为最优的网络资源分配策略；α*为最优的网络资源分配策略的投入系数；/>为第j种网络资源没有参加网络资源分配的网络资源分配策略；α为第j种网络资源没有参加网络资源分配的投入系数；/>为第j种网络资源最优的单位投入；/>为第j种网络资源最优的固定平均投入；INSP为p个资源提供方的集合。
对于每一资源提供方的营业净收入是销售网络资源获得的收益减去各种投入。但是，如果资源提供方为了获得更大的效益，可能会谎报自己的资源总量信息；如果某个资源提供方谎报了总的资源供给量信息，必将导致网络资源拍卖中心的分配策略受到影响；在资源分配之后，如果某个资源提供方因为谎报资源而多获得了资源需求方的资源需求量，容易导致资源提供方不能满足资源需求方的需求，而影响资源需求方的业务正常运营，给网络资源分配中心带来投诉。所以，为了避免此类问题的发生，需要给谎报自己资源供给量信息的资源提供方进行惩罚，根据以下公式计算任一所述资源提供方的惩罚值Pi：
其中，Ri为资源提供方为资源需求方提供资源后获得的报酬；为最优资源分配情况下，第i个资源提供方的第j种网络资源的销售承诺。
步骤S4，所述资源分配中心根据所述多个资源分配策略、所述多个验证结果及所述惩罚值对所述多个资源提供方和所述多个资源需求方进行网络资源交易并计算网络资源交易结果；
具体实施例中，根据以下公式对网络资源交易结果进行计算：
Ui(xi,Ri,θi)＝Ri-Ci(xi,θi)-Pi
其中，θi为资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息量；Ci(xi,θi)为资源提供方分配的θi网络xi给资源需求方的开销；Ri资源提供方分配的θi网络xi给资源需求方的报酬；Pi为资源提供方的惩罚值；为第j种网络资源的带宽容量；/>为第j种网络资源的单位投入；/>为第j种网络资源的固定平均投入；Pi表示NSPi为了多销售网络而作假遭到的惩罚，NSPi上报给网络资源拍卖中心的网络提供量采用/>表示.NSPi分配它的θi网络xi∈x给NSD的开销采用Ci(xi,θi)表示.NSPi销售它的θi网络xi∈x给NSD后获得的报酬采用Ri表示。
本发明的另一个实施例，包括10个NSPs和10个NSDs在网络资源分配中心进行拍卖，拍卖的资源包括a类型网络、b类型网络两种。NSD的网络资源需求量以300为起始值，并以20为步长进行逐步增加。NSP建设a类型网络、b类型网络的最大销售承诺分别为并在10和30之间均匀分布。NSP建设a类型网络、b类型网络的单位投入成本分别为/>并在1和5之间均匀分布。NSP建设a类型网络、b类型网络的固定投入分别为/> 并在10和30之间均匀分布。
从NSP的资源平均利用率、NSP的总效用值两个维度进行评价。其中，NSP的资源平均利用率定义为已分配的资源总量除以资源总量，通过下列公式进行计算：
NSP的总效用值定义为所有NSP的效用值之和，通过下列公式进行计算：
采用NSP谎报资源量来模拟传统的资源分配算法，即在10个NSP中随机选取1到3个NSP，给资源分配交易中心谎报自己的资源容量，从而期望获得较多的利润。多上报的网络资源随机在1到10之间取值。
如图3所示，所有NSP上报自己真实容量和部分NSP谎报自己容量两种情况下总的效用值比较。可知，随着NSD资源需求数量的增加，两种情况下NSP的总效用值都在增加，但是所有NSP上报自己真实容量情况下的总效用值较大。如图4所示，所有NSP上报自己真实容量和部分NSP虚假上报自己容量两种情况下网络资源的平均利用率比较。可知，随着NSD资源需求数量的增加，两种情况下网络资源的平均利用率都在增加，并且所有NSP上报自己真实容量情况下的网络资源的平均利用率相对较大。所以，本发明提出的资源分配算法在网络资源的平均利用率、总效用值方面，都取得了较好的效果。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的一体化电网的资源分配方法，主配网一体化的通信组网模式下，可以很好的调动网络资源提供方和网络资源需求方的积极性，从而有效的提高网络资源分配的效率，降低网络资源的浪费；不论网络资源提供方上报自己真实容量和还是存在部分虚假上报自己，随着网络资源需求方资源需求数量的增加，网络资源的平均利用率都在增加。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种一体化电网的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息，以及多个资源需求方向资源分配中心提供网络资源需求量信息；
步骤S2，所述资源分配中心获取所述多个资源需求方的网络资源目标值，根据所述多个资源需求方的网络资源目标值确定所述多个资源需求方的资源分配策略；
步骤S3，所述资源分配中心分别验证每一所述资源提供方是否能提供满足所述资源分配策略的网络资源，获取多个验证结果，其中，所述验证结果包括能提供或不能提供；若某一资源提供方对应的所述验证结果为不能提供，则计算该资源提供方的惩罚值；
步骤S4，所述资源分配中心根据所述多个资源分配策略、所述多个验证结果及所述惩罚值对所述多个资源提供方和所述多个资源需求方进行网络资源交易并计算网络资源交易结果；
其中，所述步骤S4包括：
根据以下公式对网络资源交易结果进行计算：
Ui(xi,Ri,θi)＝Ri-Ci(xi,θi)-Pi
其中，θi为资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息量；Ci(xi,θi)为资源提供方分配θi时，网络xi给资源需求方的开销；Ri为资源提供方分配θi时，网络xi给资源需求方的报酬；Pi为资源提供方的惩罚值；为第j种网络资源的带宽容量；/>为第j种网络资源的单位投入；/>为第j种网络资源的固定平均投入；i为资源提供方的序列数值，0<i≤p；p为资源提供方的总数值；
根据以下公式计算资源提供方交易给资源需求方网络资源的开销Ci(xi,θi)：
其中，λj为资源提供方的资源销售承诺大于0时产生的固定投入；为资源提供方交易给资源需求方网络资源的固定投入；/>为资源提供方交易给资源需求方网络资源的数量；/>为资源提供方交易给资源需求方网络资源的单位价格。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
所述多个资源提供方向资源分配中心提供网络资源提供量信息时，根据以下公式计算相应的消耗的投入
其中，m为第i个资源提供方提供的网络资源种类数；为第j种网络资源的带宽容量，0<j≤m；/>为第j种网络资源的单位投入；/>为第j种网络资源的固定平均投入；为第j种网络资源的销售承诺。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
所述资源提供方满足资源需求方的网络资源目标值时，根据以下公式计算所有资源提供方投入最小值：
其中，X为资源分配时，p个资源提供方的资源销售承诺信息；X*为最优资源分配情况下资源提供方的资源销售量信息。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
根据以下公式约束任一所述资源提供方的资源销售承诺大于0时,才会产生固定投入λj：
其中，为第j种网络资源的销售承诺。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
根据以下公式约束任一所述资源提供方的资源销售承诺都不大于资源的实际能力：
其中，为第j种网络资源的带宽容量，0<j≤m；m为第i个资源提供方提供的网络资源种类数；i为资源提供方的序列数值，0<i≤p；p为资源提供方的总数值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
根据以下公式约束所有资源提供方的资源销售承诺等于所有资源需求方的网络资源目标值：
其中，为第l个网络需求方的网络资源目标值；k为网络需求方的序列数，0<k≤q；q为资源需求方的总数值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
根据以下公式计算任一所述资源提供方的惩罚值Pi：
其中，Ri为资源提供方为资源需求方提供资源后获得的报酬；为最优资源分配情况下，第i个资源提供方的第j种网络资源的销售承诺；/>为第i个资源提供方的第j种网络资源的销售承诺的平均资源分配情况。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
根据以下公式计算资源提供方为资源需求方提供资源后获得的报酬Ri：
其中，为最优的网络资源分配策略；α*为最优的网络资源分配策略的投入系数；/>为第i个资源提供方的第j种网络资源没有参加网络资源分配的网络资源分配策略；α为第i个资源提供方的第j种网络资源没有参加网络资源分配的投入系数；/>为第j种网络资源最优的单位投入；/>为第j种网络资源最优的固定平均投入；INSP为p个资源提供方的集合。
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