CN112217879A - 一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,配电物联网包括中央服务器D、终端设备A、区域工作站C、边缘网关B、传感器E,中央服务器D、区域工作站C、边缘网关B和传感器E中含有信任管理与保障机制模块,用来保障数据通信的安全;区域工作站C内含任务卸载与迁移策略模块、资源调度与优化机制模块,当边缘网关的资源负载超过预设阈值时,可通过区域工作站C或通过移动终端A连接控制区域工作站C来调整计算资源的运算资源权重分配关系比例,然后根据运算资源权重分配关系比例,来调用任务卸载与迁移策略模块、资源调度与优化机制模块来实现对计算资源的调整,增强云边协同任务分配的灵活性,减少执行延迟和设备能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,属于电气工程科学领域。
背景技术
通过计算机对电网进行综合管控,是如今电力系统不可或缺的一个管理控制环节,尤其对大量数据的处理环节,有着不可替代的优势。
传统的计算机辅助电网管控,是一种金字塔式样的逐级管理上一级的高权限服务器管理下一级的计算机终端。此外随着云技术的发展与成熟,于是将云计算的方式引入电网中来,底层的数据通过各类型的网络传输至最顶层、集中设置的服务器,集中运算、降低能耗、统一管理。
但是由于电网的快速发展,导致电网的范围、深度都爆炸性地增长,如果单一采用上述方式进行信号输送、处理方式,在网络故障、设备故障等情况下,将导致受故障影响的区域的计算机系统、电网管理系统瘫痪,这时候再人工处理,往往无法及时快速的解决问题。
边缘计算是一种分布式处理和存储的体系结构,它更接近数据的源头。与云计算相比,边缘计算更靠近终端,存在诸多优良特性。但是如果大量布置边缘计算设备,一则设备更新成本很高,二则底层数据并不是始终具有大流量、高峰值的数据,会造成设备的浪费。
因此,如何将边缘计算和云计算的混合使用,是构建电力系统物联网解决方案的技术方向。
发明内容
本发明于提出了一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法。配电物联网包括中央服务器D、终端设备A、各个区域工作站C、各个边缘网关B、各个传感器E;各传感器E分别与其相对应的边缘网关B相连接,各边缘网关B分别与其相对应的区域工作站C相连接,各区域工作站C与中央服务器D相连接,终端设备A通过互联网分别与各区域工作站C和各边缘网关B相连接;
通过如下步骤实现基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法:
步骤一.各传感器E的数据传输至与其相连接的边缘网关B,进而传输至与该边缘网关B相连接的区域工作站C ,然后进入步骤二;
步骤二.各区域工作站C分别根据来自其所对接边缘网关B的数据,评估其所对接的各边缘网关B和中央服务器D的资源负载情况数据,然后进入步骤三;
步骤三.分别针对各区域工作站C,根据区域工作站C所获取的资源负载情况数据,评估与该区域工作站C相连接的各边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例,并将含有运算资源权重分配关系比例的指令发送至与该区域工作站C相连接的各边缘网关B、中央服务器D执行。
作为本发明的一种优选方案:在中央服务器D、各个区域工作站C、各个边缘网关B和各个传感器E上分别设置信任管理与保障机制模块,步骤一和步骤二中数据的传输和步骤三中指令的发送,由信任管理与保障机制模块来保障,信任管理与保障机制模块负责对接受、传递的数据及指令进行加解密。
作为本发明的一种优选方案:各区域工作站C的结构彼此相同,各区域工作站C分别均包括资源调度与优化模块和任务卸载与迁移策略模块,在步骤三中,各区域工作站C根据运算资源权重分配关系比例,调用资源调度与优化模块完成计算资源在各边缘网关B与中央服务器D之间的调度,并且通过任务卸载与迁移策略模块完成计算任务在各边缘网关B与中央服务器D之间的调度。
作为本发明的一种优选方案:在步骤三中,各区域工作站C所连接的各边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例的初始值为预设至区域工作站C中的运算资源权重分配关系比例。
作为本发明的一种优选方案:在步骤三中,各区域工作站C所连接的边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例由终端设备A按照预设的执行时限来临时修改,并在执行时限到达之后,回到预设运算资源权重分配关系比例。
作为本发明的一种优选方案:预设的执行时限有2小时、4小时、8小时、16小时、24小时五种可供选择。
作为本发明的一种优选方案:各区域工作站C中的资源调度与优化机制模块,负责读取与该区域工作站C相连接的各边缘网关B与中央服务器D的资源负载情况数据,当其中存在资源负载超过设定阈值的边缘网关B时,根据中央服务器D与各边缘网关B的运算资源权重分配关系比例,完成系统资源的调度与优化。
作为本发明的一种优选方案:各区域工作站C中的任务卸载与迁移策略模块,负责对该区域工作站C所连接的各边缘网关B中运行的应用进行评估,区分出计算密集型应用和延迟敏感型应用,当其中存在资源负载超过设定阈值的边缘网关B时,根据中央服务器D与各边缘网关B的运算资源权重分配关系比例,将该边缘网关B中的计算密集型应用迁移到对应中央服务器D运行。
作为本发明的一种优选方案:根据边缘网关B的硬件配置,确定其分别对应标准边缘网关或富裕边缘网关的硬件标记;由各区域工作站C读取与之连接的各边缘网关B的硬件标记,各区域工作站C根据各边缘网关B的标记,调整运算资源的在各边缘网关B的分配比例。
本发明所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明将云计算与边缘计算在电力系统领域进行了组合,既避免了单一使用云计算把所有工作均集中在服务器而导致的反应迟缓、遇到网络有点问题就严重降低效能的问题,又让新配置的计算能力富足的中底层设备人工或自主做出智能判断和行动决策,同时也只需要把一部分经过筛选的信息上传到服务器,大大缓解了网络通讯的压力,即使在和服务器暂时失去联系的情况下,也能自主做出部分决策。
附图说明
图1为一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法的配电物联网示意图。
具体实施方式
在配电物联网应用领域,监测的信息包括设备状态信息、环境信息、与安防相关的视频信息等。根据配电网本地边缘设备的运算性能、信息传输实时性要求、计算任务量等因素,按照本发明的方法,对计算资源等进行云边协同任务分配。例如以下应用场景的云边协同任务分配:
1)异物入侵、火灾报警等实时性信息,这些信息的任务卸载与迁移策略一般采用倾向于采用本地边缘网关处理,同时资源调度也会向边缘设备倾斜;
2)联动控制信息处理,如根据环境信息启动空调、风机等联动控制命令,采用本地边缘网关处理;
3)设备状态信息处理,设备状态的评估,需要处理设备状态信息的历史数据等海量数据处理和数据挖掘,这些数据处理,运算量大,实时性不强。这种情况就可以将大部分计算任务部署在中央服务器。
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。本发明提出了一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,如图1所示,配电物联网包括中央服务器D、移动手机A、各个区域工作站C、各个边缘网关B、各个传感器E;各传感器E分别与其相对应的边缘网关B相连接,各边缘网关B分别与其相对应的区域工作站C相连接,各区域工作站C与中央服务器D相连接,移动手机A接入无线网,可以与各区域工作站C和各边缘网关B通信;
通过如下步骤实现基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法:
步骤一.各传感器E的工作状态数据和网络状态数据经过预处理、压缩以及加密后传输至与其相连接的边缘网关B,进而传输至与该边缘网关B相连接的区域工作站C,数据的各级传输过程通过各个部件里的信任管理与保障机制模块来保障,信任管理与保障机制模块负责对接受、传递的数据及指令进行加解密;
步骤二.各区域工作站C根据来自其所对接边缘网关B的数据,生成资源负载情况数据报表,然后根据报表来评估其所对接的各边缘网关B和中央服务器D的资源负载情况,然后进入步骤三;
步骤三.分别针对各区域工作站C,根据区域工作站C所获取的资源负载情况数据,评估与该区域工作站C相连接的各边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例,运算资源权重分配关系比例的分配通过如下2种方式来实现:
第一种方式,运算资源权重分配关系比例的初始值为预设至区域工作站C中的运算资源权重分配关系比例,此运算资源权重分配关系比例由区域工作站C直接预设,或者由中央服务器D传递到区域工作站C。
第二种方式,运算资源权重分配关系比例还可以通过移动手机A来设置,移动手机A通过app接入区域工作站C的运营工作平台,可以根据预设的执行时限来临时调整运算资源权重分配关系比例,达到预设的执行时限之后,运算资源权重分配关系比例回到初始值,其中预设的执行时限有2小时、4小时、8小时、16小时、24小时五种可供选择。
收到运算资源权重分配关系比例调整的信息之后,区域工作站C的资源调度与优化模块和任务卸载与迁移策略模块开始根据运算资源权重分配关系比例进行计算资源的调整和任务的调度,其中资源调度与优化机制模块,负责读取与该区域工作站C相连接的各边缘网关B与中央服务器D的资源负载情况数据,当其中存在资源负载超过设定阈值的边缘网关B时,根据中央服务器D与各边缘网关B的运算资源权重分配关系比例,完成系统资源的调度与优化;任务卸载与迁移策略模块,负责对该区域工作站C所连接的各边缘网关B中运行的应用进行评估,区分出计算密集型应用和延迟敏感型应用,比如上述设备状态信息处理的应用即属于计算密集型应用,而异物入侵、火灾报警等实时性信息和联动控制信息处理相关的应用即属于延迟敏感型应用,当其中存在资源负载超过设定阈值的边缘网关B时,根据中央服务器D与各边缘网关B的运算资源权重分配关系比例,将该边缘网关B中的计算密集型应用迁移到对应中央服务器D运行。
与此同时,根据边缘网关B的硬件配置,确定其分别对应标准边缘网关或富裕边缘网关的硬件标记;由各区域工作站C读取与之连接的各边缘网关B的硬件标记,各区域工作站C根据各边缘网关B的标记,调整运算资源的在各边缘网关B的分配比例。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:配电物联网包括中央服务器D、终端设备A、各个区域工作站C、各个边缘网关B、各个传感器E;各传感器E分别与其相对应的边缘网关B相连接,各边缘网关B分别与其相对应的区域工作站C相连接,各区域工作站C与中央服务器D相连接,终端设备A通过互联网分别与各区域工作站C和各边缘网关B相连接;
通过如下步骤实现基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法:
步骤一.各传感器E的数据传输至与其相连接的边缘网关B,进而传输至与该边缘网关B相连接的区域工作站C ,然后进入步骤二;
步骤二.各区域工作站C分别根据来自其所对接边缘网关B的数据,评估其所对接各边缘网关B和中央服务器D的资源负载情况数据,然后进入步骤三;
步骤三.分别针对各区域工作站C,根据区域工作站C所获取的资源负载情况数据,评估与该区域工作站C相连接的各边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例,并将含有运算资源权重分配关系比例的指令发送至与该区域工作站C相连接的各边缘网关B、中央服务器D执行。
2.根据权利要求1所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于,所述中央服务器D、各个区域工作站C、各个边缘网关B和各个传感器E上分别设置有信任管理与保障机制模块,步骤一和步骤二中数据的传输和步骤三中指令的发送,由信任管理与保障机制模块来保障,信任管理与保障机制模块负责对接受、传递的数据及指令进行加解密。
3.根据权利要求1所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:各区域工作站C的结构彼此相同,各区域工作站C分别均包括资源调度与优化模块和任务卸载与迁移策略模块,在步骤三中,各区域工作站C根据运算资源权重分配关系比例,调用资源调度与优化模块完成计算资源在各边缘网关B与中央服务器D之间的调度,并且通过任务卸载与迁移策略模块完成计算任务在各边缘网关B与中央服务器D之间的调度。
4.根据权利要求1所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:步骤三中,各区域工作站C所连接的各边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例的初始值为预设至区域工作站C中的运算资源权重分配关系比例。
5.根据权利要求1所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:步骤三中,各区域工作站C所连接的边缘网关B与中央服务器D之间的运算资源权重分配关系比例由终端设备A按照预设的执行时限来临时修改,并在执行时限到达之后,回到预设运算资源权重分配关系比例。
6.根据权利要求5所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于,预设的执行时限有2小时、4小时、8小时、16小时、24小时五种可供选择。
7.根据权利要求3所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:所述各区域工作站C中的资源调度与优化机制模块,负责读取与该区域工作站C相连接的各边缘网关B与中央服务器D的资源负载情况数据,当其中存在资源负载超过设定阈值的边缘网关B时,根据中央服务器D与各边缘网关B的运算资源权重分配关系比例,完成系统资源的调度与优化。
8.根据权利要求3所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:所述各区域工作站C中的任务卸载与迁移策略模块,负责对该区域工作站C所连接的各边缘网关B中运行的应用进行评估,区分出计算密集型应用和延迟敏感型应用,当其中存在资源负载超过设定阈值的边缘网关B时,根据中央服务器D与各边缘网关B的运算资源权重分配关系比例,将该边缘网关B中的计算密集型应用迁移到对应中央服务器D运行。
9.根据权利要求1所述的一种基于配电物联网的边缘计算技术和云边协同方法,其特征在于:根据边缘网关B的硬件配置,确定其分别对应标准边缘网关或富裕边缘网关的硬件标记;由各区域工作站C读取与之连接的各边缘网关B的硬件标记,各区域工作站C根据各边缘网关B的标记,调整运算资源的在各边缘网关B的分配比例。
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