CN112835710B - 一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统及任务处理方法 - Google Patents

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CN112835710B CN202110041437.XA CN202110041437A CN112835710B CN 112835710 B CN112835710 B CN 112835710B CN 202110041437 A CN202110041437 A CN 202110041437A CN 112835710 B CN112835710 B CN 112835710B
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Abstract

本发明公开一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统及任务处理方法，系统包括配置有MEC服务器的基站以及基站覆盖范围内的本地电力设备和相邻电力设备；本地电力设备及各相邻电力设备分别检测所连接的电力线路，生成任务文件传输至基站；基站将本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；对于相邻电力设备的任务文件，基站根据任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的时间，确定任务分配策略，再根据任务文件的传输时间确定文件传输策略，从而将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器；本地电力设备及MEC服务器根据接收到的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析。本发明能够在面向多设备多线路进行电力线路状态检测分析时，提升分析效率，降低分析计算资源的成本。

Description

一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统及任务处理 方法
技术领域
本发明涉及无线通信及电力系统分析技术领域，特别是一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统及任务处理方法。
背景技术
随着大数据、物联网、AI、5G的快速发展，移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)技术得到了业界的广泛关注，并且已经在物联网、智慧城市等方面有了应用。MEC技术通过在接入网侧部署计算能力，使得在接入网侧也可以使用云计算技术实现通信、计算的统一与融合。当今电力网络的自动化水平及设备的智能化程度越来越高，需要处理的信息量越来越大，对数据传输、计算的实时性、可靠性有了更高的要求。鉴于边缘计算的泛在感知、自适应、智能融合、互动化的特点，考虑将MEC引入智能化电网，构建基于MEC的电力系统，实现电网的智能化管理。在继电保护业务中，与当前系统内的设备间采用光纤进行信息交互相比，使用引入MEC的无线通信方式，构建新型的信息交互系统，并采用新的线路快速分析方法，能够实现更短的系统时延。而且相比较于光纤通信，当系统中的电力设备数量增加时，成本也会大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统及任务处理方法，能够在面向多设备多线路进行电力线路状态检测分析时，提升分析效率，降低分析计算资源的成本。本发明采用的技术方案如下。
一方面，本发明提供一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析任务处理方法，由配置有MEC服务器的基站执行，基站覆盖范围内包括通过电力线路连接的本地电力设备和多个相邻电力设备；方法包括：
接收本地电力设备根据检测到的各电力线路运行状态信息，所生成的任务文件；
接收各相邻电力设备根据检测到的各电力线路运行状态信息，所生成的任务文件；
将来自本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；
对于来自相邻电力设备的任务文件，分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器；
对于已分配的任务文件，基站分别计算任务文件的传输时间，根据传输时间分别确定向本地电力设备和向MEC服务器传输相应已分配任务文件的传输策略，并按照文件传输策略，将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器，使得本地电力设备及MEC服务器能够根据接收到的相邻电力设备的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析。
可选的，所述对于来自相邻电力设备的任务文件，分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，包括：
计算各相邻电力设备的任务文件由本地电力设备计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的本地电力设备计算时间
Figure BDA0002895500770000021
为：
Figure BDA0002895500770000022
计算各相邻电力设备的任务文件由MEC处理器计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的MEC服务器计算时间
Figure BDA0002895500770000023
为：
Figure BDA0002895500770000024
式中，C表示计算1bit任务文件消耗的CPU周期数，Vo和Vi分别表示本地电力设备和第i台相邻电力设备的任务文件大小，fl和fe分别表示本地电力设备和MEC服务器的计算频率，εi表示对第i条输电线路进行检测时的时间系数，不同的输电线路需要的检测方式不同，因此对任务文件的计算方式和计算时间也不同。
可选的，所述根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器，包括：
S11，按照本地电力设备计算时间由大到小对所有相邻电力设备的任务文件进行排序，排序结果记为F1，F2，...，FN，其中，N为系统中的相邻电力设备数目；
S12，初始化任务分配策略为
Figure BDA0002895500770000025
其中，
Figure BDA0002895500770000026
和
Figure BDA0002895500770000027
分别表示分配至MEC服务器和本地电力设备的初始任务文件集合；
根据初始化任务分配策略计算初始MEC计算时间
Figure BDA0002895500770000028
与初始本地计算时间
Figure BDA0002895500770000029
如下：
Figure BDA00028955007700000210
Figure BDA0002895500770000031
其中
Figure BDA0002895500770000032
和
Figure BDA0002895500770000033
分别表示文件Fn的MEC计算时间和本地计算时间；
S13，迭代更新任务分配策略：在第k次迭代中，比较
Figure BDA0002895500770000034
与
Figure BDA0002895500770000035
若
Figure BDA0002895500770000036
则将任务文件Fk+1分配至MEC服务器，更新后的任务分配策略为：
Figure BDA0002895500770000037
Figure BDA0002895500770000038
其中
Figure BDA0002895500770000039
和
Figure BDA00028955007700000310
分别表示第k次迭代后分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合；同步更新MEC计算时间和本地计算时间为
Figure BDA00028955007700000311
Figure BDA00028955007700000312
当
Figure BDA00028955007700000313
时，记录此时的迭代次数K，获得对应的任务分配策略
Figure BDA00028955007700000314
与
Figure BDA00028955007700000315
计算迭代终止；
S14，对于
Figure BDA00028955007700000316
与
Figure BDA00028955007700000317
计算
Figure BDA00028955007700000318
与
Figure BDA00028955007700000319
对于
Figure BDA00028955007700000320
与
Figure BDA00028955007700000321
计算
Figure BDA00028955007700000322
与
Figure BDA00028955007700000323
根据：
Figure BDA00028955007700000324
选择第K次或第K-1次迭代后任务分配策略作为最终任务分配策略；
S15，根据最终任务分配策略中分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合，将任务文件分别分配给MEC服务器和本地电力设备。
可选的，对于已分配的任务文件，分别计算任务文件的传输时间，包括：
S21，确定相邻电力设备的任务文件传输到基站的传输速率，表示如下：
Figure BDA00028955007700000325
确定相邻电力设备的任务文件从基站传输到本地电力设备的传输速率，表示如下：
Figure BDA00028955007700000326
式中，上标B代表基站，上标S代表本地电力设备，上标U代表相邻电力设备；B为本地电力设备和各相邻电力设备与基站间假设相同的上下行信道带宽；N0为噪声功率谱密度；Pi表示第i个相邻电力设备Ui的发送功率，Pb表示基站的发送功率；
Figure BDA00028955007700000327
表示Ui与基站之间的信道参数，hbs表示基站与本地电力设备间的信道参数，服从瑞利分布；
S22，计算相邻电力设备的任务文件传输到基站的传输时间，表示为：
Figure BDA0002895500770000041
计算相邻电力设备的任务文件从基站传输至本地电力设备的传输时间，表示为：
Figure BDA0002895500770000042
可选的，所述根据传输时间分别确定向本地电力设备和向MEC服务器传输相应已分配任务文件的传输策略中，根据传输时间确定向MEC服务器传输Φe中任务文件的传输策略包括：
S31，初始化传输策略为
Figure BDA0002895500770000043
其中，
Figure BDA0002895500770000044
M为Φe中备选任务的数量，
Figure BDA0002895500770000045
表示集合
Figure BDA0002895500770000046
中第b个进行传输的任务,
Figure BDA0002895500770000047
Figure BDA0002895500770000048
表示第b次迭代完成后，集合Φe中还未确定传输顺序的任务；
S32，进行传输策略的迭代更新：在第b-1次迭代中，定义任务选择系数η的表达式为：
Figure BDA0002895500770000049
利用
Figure BDA00028955007700000410
选择出
Figure BDA00028955007700000411
将其所对应的
Figure BDA00028955007700000412
作为
Figure BDA00028955007700000413
更新传输策略为
Figure BDA00028955007700000414
重复迭代至第M-1次，得到传输策略
Figure BDA00028955007700000415
S33，以MEC服务器的总时延最优为目标，进行传输策略的优化，确定最终的传输策略。
可选的，步骤S33包括：
S331，基于S32得到的
Figure BDA00028955007700000416
令
Figure BDA00028955007700000417
其中，
Figure BDA00028955007700000418
表示
Figure BDA00028955007700000419
中任务文件
Figure BDA00028955007700000420
放置在MEC服务器上进行计算处理的所需时间，
Figure BDA00028955007700000421
表示
Figure BDA00028955007700000422
中任务文件
Figure BDA00028955007700000423
从对应的相邻电力设备传输至MEC服务器的时间；
S332，利用以下公式进行迭代：
Figure BDA00028955007700000424
迭代完成后得到
Figure BDA00028955007700000425
MEC服务器的总时延表示为：
Figure BDA00028955007700000426
则得到；
S333，将Φe中的M个备选任务依次作为
Figure BDA0002895500770000051
进行迭代，得到传输策略集合
Figure BDA0002895500770000052
基于
Figure BDA0002895500770000053
根据选择公式：
Figure BDA0002895500770000054
确定最小的
Figure BDA0002895500770000055
及其对应的
Figure BDA0002895500770000056
即得到最优时延和与其相对应的传输策略。
当集合Φe中的任务个数为M时，集合Φl中的任务个数为N-M。除任务个数不同外，通过Φl与Φe生成传输策略的原理相同。根据到MEC服务器的传输策略确定步骤，可以得出本地电力设备的最优时延
Figure BDA0002895500770000057
和与其相对应的传输策略。
可选的，方法还包括：将来自本地电力设备的任务文件广播给各相邻电力设备，使得各相邻电力设备能够根据生成的任务文件以及接收到的任务文件进行电力线路状态分析计算。本地电力设备可对应各电力线路分别生成任务文件。各相邻电力设备能够将电力线路两端检测的数据进行对比，并在对比结果的基础上进行计算分析，快速得到相应单条电力线路的状态分析结果。各相邻电力设备的分析结合本地电力设备和MEC服务器的分析，即实现了对电力线路状态的双向分析，便于提升系统分析结果的可靠性。
可选的，方法还包括：计算相邻电力设备完成电力线路状态分析任务所需的时间；
以及，计算由本地电力设备、相邻电力设备、基站及其MEC服务器所组成的电力线路状态分析系统的系统总时延。
可选的，所述计算相邻电力设备完成电力线路状态分析任务所需的时间，包括：
S23，确定本地电力设备的任务文件发送到基站的传输速率RSB，表示如下：
Figure BDA0002895500770000058
S24，确定本地电力设备的任务文件从基站发送到相邻电力设备的传输速率
Figure BDA0002895500770000059
和传输时间，表示如下：
Figure BDA00028955007700000510
相邻电力设备完成任务所需要的时间为:
Figure BDA00028955007700000511
则，所述系统总时延表示为下式：
Figure BDA0002895500770000061
第二方面，本发明提供一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统，包括基站，以及基站覆盖范围内的本地电力设备和相邻电力设备；所述基站内配置有MEC服务器；
所述本地电力设备与各相邻电力设备之间连接有电力线路；本地电力设备以及各相邻电力设备分别检测所连接的各电力线路的运行状态信息，根据检测所得运行状态信息生成任务文件，并将所述任务文件传输至基站；基站将来自本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；
对于来自相邻电力设备的任务文件，基站分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器；
对于已分配给本地电力设备或MEC服务器的任务文件，基站分别计算任务文件的传输时间，根据传输时间确定文件传输策略，并按照文件传输策略，将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器；
本地电力设备及MEC服务器根据接收到的相邻电力设备的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析。
进一步的，所述本地电力设备与各相邻电力设备之间通过基站以无线通信方式进行信息交互；
本地电力设备将生成的对应各电力线路的任务文件通过基站传输至各相应的相邻电力设备，各相邻电力设备根据生成的任务文件以及接收到的任务文件进行电力线路状态分析计算。各相邻电力设备能够将电力线路两端检测的数据进行对比，并在对比结果的基础上进行计算分析，快速得到相应单条电力线路的状态分析结果。具体的，本地电力设备可将任务文件通过基站广播给各电力线路对应的相邻电力设备。
以上方案中，任务文件的分配策略和文件传输策略的确定方法参考第一方面的电力线路状态分析任务处理方法。
有益效果
本发明基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统及任务处理方法，通过引入MEC技术，并提出一种考虑本地电力设备与MEC服务器计算负荷和任务文件传输时间的优化任务分配策略与传输策略，使得系统内的电力设备进行数据处理与信息交互时能实现更短的时延，从而能够有效提升系统对电力线路状态进行分析的效率，同时任务分配策略的设计能够降低分析计算资源的成本。
附图说明
图1为本发明基于移动边缘计算技术的电力线路状态分析系统进行任务处理的一种实施方式流程示意图；
图2为本发明基于移动边缘计算技术的电力线路状态分析系统的一种实施方式的系统模型示意图；
图3为系统时延比较示意图。
具体实施方式
移动边缘计算技术具有时延低，可靠性高等特点，因此在5G通信网以及各种垂直行业中被广泛应用，是5G中uRLLC场景的重要组成部分。当今电力网络的自动化水平及设备的智能化程度越来越高，需要处理的信息量越来越大，但现有系统收集信息的能力有限，难以满足智能化电网所需的数据要求。而MEC能够很好地满足智能电网的需求。在电力线路系统中，随着电力设备数量的增加，电力设备采用光纤通信的成本将会很高，同时系统时延也会产生较大的增长。本发明的技术构思为，将设备间的通信方式更换为无线通信方式，并引入移动边缘计算技术，从而有效降低成本，实现更低的系统时延，提升系统的工作效率。
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
本实施例介绍一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统，适用于同一基站覆盖范围内的本地电力设备与多个相邻电力设备间的电力线路状态分析，参考图2所示，系统包括基站，以及基站覆盖范围内的本地电力设备和相邻电力设备；所述基站内配置有MEC服务器；
本地电力设备与各相邻电力设备之间连接有电力线路；本地电力设备以及各相邻电力设备分别检测所连接的各电力线路的运行状态信息，根据检测所得运行状态信息生成任务文件，并将所述任务文件传输至基站；基站将来自本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；
对于来自相邻电力设备的任务文件，基站分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器；
对于已分配给本地电力设备或MEC服务器的任务文件，基站分别计算任务文件的传输时间，根据传输时间确定文件传输策略，并按照文件传输策略，将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器；
本地电力设备及MEC服务器根据接收到的相邻电力设备的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析。
以上，本地电力设备与各相邻电力设备之间通过基站以无线通信方式进行信息交互，各设备之间的信道服从瑞利衰落。
为了使得分析结果更加可靠，本实施例中，本地电力设备在生成任务文件后，将对应各电力线路的任务文件通过基站传输至各相应的相邻电力设备，各相邻电力设备根据生成的任务文件以及接收到的任务文件进行电力线路状态分析计算。各相邻电力设备能够将电力线路两端检测的数据进行对比，并在对比结果的基础上进行计算分析，快速得到相应单条电力线路的状态分析结果。具体的，本地电力设备可将任务文件通过基站广播给各电力线路对应的相邻电力设备。
在评估系统总时延时，本地电力设备任务文件向相邻电力设备的传输过程，以及相邻电力设备进行任务分析计算的过程皆可考虑在内。
本实施例系统中，基站对来自相邻电力设备的任务文件进行分配的分配策略，以及将分配完成的任务文件向本地电力设备和MEC服务器传输的传输策略，具体参考以下实施例的内容。
实施例2
与实施例1基于相同的发明构思，本实施例介绍基于图2所示系统架构的基于移动边缘计算的电力线路状态分析任务处理方法，由基站执行，包括以下内容：
接收本地电力设备根据检测到的各电力线路运行状态信息，所生成的任务文件；
接收各相邻电力设备根据检测到的各电力线路运行状态信息，所生成的任务文件；
将来自本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；
对于来自相邻电力设备的任务文件，分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器；
对于已分配的任务文件，基站分别计算任务文件的传输时间，根据传输时间分别确定向本地电力设备和向MEC服务器传输相应已分配任务文件的传输策略，并按照文件传输策略，将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器，使得本地电力设备及MEC服务器能够根据接收到的相邻电力设备的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析。
以上，本地电力设备和相邻电力设备根据检测到的信息生成任务文件可采用现有技术。
本实施例中，对于来自相邻电力设备的任务文件，基站分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，包括：
计算各相邻电力设备的任务文件由本地电力设备计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的本地电力设备计算时间
Figure BDA0002895500770000091
为：
Figure BDA0002895500770000092
计算各相邻电力设备的任务文件由MEC处理器计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的MEC服务器计算时间
Figure BDA0002895500770000093
为：
Figure BDA0002895500770000094
式中，C表示计算1bit任务文件消耗的CPU周期数，Vo和Vi分别表示本地电力设备和第i台相邻电力设备的任务文件大小，fl和fe分别表示本地电力设备和MEC服务器的计算频率，εi表示对第i条输电线路进行检测时的时间系数，不同的输电线路需要的检测方式不同，因此对任务文件的计算方式和计算时间也不同。
基站根据以上任务文件在本地电力设备和MEC服务器中的计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器，包括：
S11，按照本地电力设备计算时间由大到小对所有相邻电力设备的任务文件进行排序，排序结果记为F1，F2，...，FN，其中，N为系统中的相邻电力设备数目；
S12，初始化任务分配策略为
Figure BDA0002895500770000095
其中，
Figure BDA0002895500770000096
和
Figure BDA0002895500770000097
分别表示分配至MEC服务器和本地电力设备的初始任务文件集合；
根据初始化任务分配策略计算初始MEC计算时间
Figure BDA0002895500770000101
与初始本地计算时间
Figure BDA0002895500770000102
如下：
Figure BDA0002895500770000103
Figure BDA0002895500770000104
其中
Figure BDA0002895500770000105
和
Figure BDA0002895500770000106
分别表示文件Fn的MEC计算时间和本地计算时间；
S13，迭代更新任务分配策略：在第k次迭代中，比较
Figure BDA0002895500770000107
与
Figure BDA0002895500770000108
若
Figure BDA0002895500770000109
则将任务文件Fk+1分配至MEC服务器，更新后的任务分配策略为：
Figure BDA00028955007700001010
Figure BDA00028955007700001011
其中
Figure BDA00028955007700001012
和
Figure BDA00028955007700001013
分别表示第k次迭代后分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合；同步更新MEC计算时间和本地计算时间为
Figure BDA00028955007700001014
Figure BDA00028955007700001015
当
Figure BDA00028955007700001016
时，记录此时的迭代次数K，获得对应的任务分配策略
Figure BDA00028955007700001017
与
Figure BDA00028955007700001018
计算迭代终止；
S14，对于
Figure BDA00028955007700001019
与
Figure BDA00028955007700001020
计算
Figure BDA00028955007700001021
与
Figure BDA00028955007700001022
对于
Figure BDA00028955007700001023
与
Figure BDA00028955007700001024
计算
Figure BDA00028955007700001025
与
Figure BDA00028955007700001026
根据：
Figure BDA00028955007700001027
选择第K次或第K-1次迭代后任务分配策略作为最终任务分配策略；
S15，根据最终任务分配策略中分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合，将任务文件分别分配给MEC服务器和本地电力设备。
对于已分配的任务文件，基站分别计算任务文件的传输时间，包括：
S21，确定相邻电力设备的任务文件传输到基站的传输速率，表示如下：
Figure BDA00028955007700001028
确定相邻电力设备的任务文件从基站传输到本地电力设备的传输速率，表示如下：
Figure BDA00028955007700001029
式中，上标B代表基站，上标S代表本地电力设备，上标U代表相邻电力设备；B为本地电力设备和各相邻电力设备与基站间假设相同的上下行信道带宽；N0为噪声功率谱密度；Pi表示第i个相邻电力设备Ui的发送功率，Pb表示基站的发送功率；
Figure BDA00028955007700001030
表示Ui与基站之间的信道参数，hbs表示基站与本地电力设备间的信道参数，服从瑞利分布；
S22，计算相邻电力设备的任务文件传输到基站的传输时间，表示为：
Figure BDA0002895500770000111
计算相邻电力设备的任务文件从基站传输至本地电力设备的传输时间，表示为：
Figure BDA0002895500770000112
可选的，所述根据传输时间分别确定向本地电力设备和向MEC服务器传输相应已分配任务文件的传输策略中，根据传输时间确定向MEC服务器传输Φe中任务文件的传输策略包括：
S31，初始化传输策略为
Figure BDA0002895500770000113
其中，
Figure BDA0002895500770000114
M为Φe中备选任务的数量，
Figure BDA0002895500770000115
表示集合
Figure BDA0002895500770000116
中第b个进行传输的任务,
Figure BDA0002895500770000117
Figure BDA0002895500770000118
表示第b次迭代完成后，集合Φe中还未确定传输顺序的任务；
S32，进行传输策略的迭代更新：在第b-1次迭代中，定义任务选择系数η的表达式为：
Figure BDA0002895500770000119
利用
Figure BDA00028955007700001110
选择出
Figure BDA00028955007700001111
将其所对应的
Figure BDA00028955007700001112
作为
Figure BDA00028955007700001113
更新传输策略为
Figure BDA00028955007700001114
重复迭代至第M-1次，得到传输策略
Figure BDA00028955007700001115
S33，以MEC服务器的总时延最优为目标，进行传输策略的优化，确定最终的传输策略。
可选的，步骤S33包括：
S331，基于S32得到的
Figure BDA00028955007700001116
令
Figure BDA00028955007700001117
其中，
Figure BDA00028955007700001118
表示
Figure BDA00028955007700001119
中任务文件
Figure BDA00028955007700001120
放置在MEC服务器上进行计算处理的所需时间，
Figure BDA00028955007700001121
表示
Figure BDA00028955007700001122
中任务文件
Figure BDA00028955007700001123
从对应的相邻电力设备传输至MEC服务器的时间；
S332，利用以下公式进行迭代：
Figure BDA00028955007700001124
迭代完成后得到
Figure BDA00028955007700001125
MEC服务器的总时延表示为：
Figure BDA00028955007700001126
则得到；
S333，将Φe中的M个备选任务依次作为
Figure BDA0002895500770000121
进行迭代，得到传输策略集合
Figure BDA0002895500770000122
基于
Figure BDA0002895500770000123
根据选择公式：
Figure BDA0002895500770000124
确定最小的
Figure BDA0002895500770000125
及其对应的
Figure BDA0002895500770000126
即得到最优时延和与其相对应的传输策略。
当集合Φe中的任务个数为M时，集合Φl中的任务个数为N-M。除任务个数不同外，通过Φl与Φe生成传输策略的原理相同。根据到MEC服务器的传输策略确定步骤，可以得出本地电力设备的最优时延
Figure BDA0002895500770000127
和与其相对应的传输策略。
实施例2-1
在实施例1和2的基础上，本实施例介绍一种能够实现电力线路两端双向分析的电力线路状态分析系统的分析方法及任务处理方法，具体涉及以下内容。
一、双向分析设计
本地电力设备和相邻电力设备生成任务文件后，分别传输给基站。基站将来自本地电力设备的任务文件广播给各相邻电力设备，将来自相邻电力设备的任务文件经分配策略和传输策略计算后，分配给本地电力设备或MEC服务器执行任务文件的计算分析。
各相邻电力设备能够根据生成的任务文件以及接收到的任务文件进行电力线路状态分析计算。各相邻电力设备能够将电力线路两端检测的数据进行对比，并在对比结果的基础上进行计算分析，快速得到相应单条电力线路的状态分析结果。各相邻电力设备的分析结合本地电力设备和MEC服务器的分析，即实现了对电力线路状态的双向分析，便于提升系统分析结果的可靠性。
二、任务文件分配策略的确定
本地电力设备将生成的备份任务文件通过基站上传到MEC服务器上，便于后续MEC服务器端基于同一线路两端设备所生成的任务文件进行对比分析计算。对于相邻电力设备生成的任务文件，基站根据任务文件大小以及本地电力设备与MEC服务器的计算频率确定任务文件的计算时间，然后根据计算时间确定任务分配策略，具体包括以下内容。
首先，分别计算将第i台相邻电力设备的任务文件放置在本地电力设备和MEC服务器上进行计算处理时的所需时间，即本地电力设备计算时间
Figure BDA0002895500770000128
和MEC服务器计算时间
Figure BDA0002895500770000129
表达式如下：
Figure BDA0002895500770000131
Figure BDA0002895500770000132
C表示计算1bit任务文件消耗的CPU周期数，Vo和Vi分别表示本地电力设备和第i台相邻电力设备的任务文件大小，fl和fe分别表示本地电力设备和MEC服务器的计算频率。不同的输电线路需要的检测方式不同，因此对任务文件的计算方式和计算时间也不同，εi代表对第i条输电线路进行检测时的时间系数。
根据计算时间消耗生成任务文件分配策略，即任务卸载策略，步骤如下：
S11，按照本地计算时间由大到小对所有相邻电力设备的任务文件进行排序，记为F1，F2，...，FN，其中Fn表示本地计算时间第n大的任务文件，N为系统中的相邻电力设备数目。
S12，初始化任务分配策略。将F1卸载上传至MEC服务器，F2，F3，...，FN卸载至本地电力设备，即初始任务分配策略为
Figure BDA0002895500770000133
其中Φe和Φl分别表示卸载上传至MEC服务器和本地电力设备的初始文件集合，得到初始MEC计算时间
Figure BDA0002895500770000134
与初始本地计算时间
Figure BDA0002895500770000135
如下：
Figure BDA0002895500770000136
Figure BDA0002895500770000137
其中
Figure BDA0002895500770000138
和
Figure BDA0002895500770000139
分别表示文件Fn的MEC计算时间和本地计算时间。
S13，迭代更新任务分配策略。在第k次迭代中，比较
Figure BDA00028955007700001310
与
Figure BDA00028955007700001311
若
Figure BDA00028955007700001312
则将文件Fk+1卸载至MEC服务器，即更新任务分配策略为
Figure BDA00028955007700001313
其中
Figure BDA00028955007700001314
和
Figure BDA00028955007700001315
分别表示第k次迭代后卸载上传至MEC服务器和本地电力设备的文件集合。同步更新MEC计算时间和本地计算时间为
Figure BDA00028955007700001316
按照此迭代规则依次迭代更新任务分配策略，当
Figure BDA00028955007700001317
时迭代终止，记迭代次数为K。
S14，对于
Figure BDA00028955007700001318
与
Figure BDA00028955007700001319
计算
Figure BDA00028955007700001320
与
Figure BDA00028955007700001321
对于
Figure BDA00028955007700001322
与
Figure BDA00028955007700001323
计算
Figure BDA00028955007700001324
与
Figure BDA00028955007700001325
然后根据表达式
Figure BDA00028955007700001326
选择第K次或第K-1次迭代后的任务集合作为最终任务集合，即得到最终任务分配策略。
三、任务文件传输策略的确定
为了方便后续对系统总延时的评估，以下同时针对本地电力设备的任务文件通过基站向相邻电力设备进行传输的相关计算进行介绍。
设本地电力设备S和各相邻电力设备Ui与基站BS间的上下行信道带宽相同，记为B，本地电力设备的任务文件发送到基站的传输速率RSB，表示如下：
Figure BDA0002895500770000141
根据传输速率，可以得出传输时间为：
Figure BDA0002895500770000142
基站在接收到S的文件后，将其广播给Ui，本地电力设备的任务文件从基站发送到相邻电力设备的传输速率
Figure BDA0002895500770000143
表示如下：
Figure BDA0002895500770000144
相邻电力设备完成任务所需要的时间为:
Figure BDA0002895500770000145
对于来自相邻电力设备的任务文件，基站根据任务集合Φe与Φl，以及每个Ui的任务传输时间，生成任务传输策略，并按照传输策略将Ui的任务传输至S或基站上配置的MEC服务器。Ui的任务文件传输到基站以及从基站传输到S的传输速率表达式如下：
Figure BDA0002895500770000146
Figure BDA0002895500770000147
其中，N0为噪声功率谱密度，Pi和Pb分别表示Ui和BS的发送功率，P0为本地电力设备S的发送功率。
Figure BDA0002895500770000148
和hbs分别表示Ui和BS间以及BS与S间的信道参数，服从瑞利分布。Ui到基站以及Ui到S间的传输时间可表示为
Figure BDA0002895500770000149
在确定任务传输策略时，Φe与Φl中的任务独立调度。以下以Φe中的任务传输调度为例介绍任务传输策略的确定过程，具体包括以下步骤。
确定任务传输顺序：设Φe中共有K个备选任务，首先令
Figure BDA00028955007700001410
得到集合
Figure BDA00028955007700001411
其中
Figure BDA00028955007700001412
表示集合
Figure BDA00028955007700001413
中第b个进行传输的任务,
Figure BDA0002895500770000151
表示第b次迭代完成后，集合Φe中还未确定传输顺序的任务。在第b-1次迭代中,任务选择系数η的表达式为：
Figure BDA0002895500770000152
由
Figure BDA0002895500770000153
选择出
Figure BDA0002895500770000154
将其所对应的
Figure BDA0002895500770000155
作为
Figure BDA0002895500770000156
并更新集合
Figure BDA0002895500770000157
按照此规则确定所有任务的传输顺序，最终得到集合
Figure BDA0002895500770000158
根据集合
Figure BDA0002895500770000159
计算MEC服务器的总时延：首先令
Figure BDA00028955007700001510
然后根据以下表达式进行迭代：
Figure BDA00028955007700001511
迭代完成后得到
Figure BDA00028955007700001512
MEC服务器的总时延表示为：
Figure BDA00028955007700001513
根据
Figure BDA00028955007700001514
选择最优传输策略：将Φe中的K个备选任务依次作为
Figure BDA00028955007700001515
进行迭代,得到
Figure BDA00028955007700001516
进而根据步骤S2得到
Figure BDA00028955007700001517
由选择标准
Figure BDA00028955007700001518
确定
Figure BDA00028955007700001519
与
Figure BDA00028955007700001520
即最优时延与其相对应的传输策略。
对于Φl中任务文件的传输调度策略，当集合Φe中的任务个数为K时，集合Φl中的任务个数为N-K。除任务个数不同外，基于Φl与Φe两者生成传输策略的方式相同，根据以上方案介绍可得出本地电力设备的最优时延
Figure BDA00028955007700001521
与其相对应的传输策略。
综上，基于以上任务文件分配策略和传输策略，由本地电力设备、相邻电力设备、基站及其MEC服务器所组成的电力线路状态分析系统的系统总时延可表示为下式：
Figure BDA00028955007700001522
下面给出计算机上利用matlab语言仿真实现发明的一个实例。在仿真中设定无线信道相互独立，信道服从瑞利衰落。如图3所示，设备数N的取值范围为[5，15]，设备任务量大小Vi和V0的取值为500bit，εi服从[1，2]之间的均匀分布。计算1bit数据消耗的CPU周期数C为1000，电力设备的计算频率为fl＝1.33×109Hz，MEC服务器的计算频率为fe＝3.9×109Hz，小区内总带宽Ball为1MHz,分配给本组电力设备的带宽为B＝0.02Ball。电力设备的发送功率为50mW，基站的发送功率为2W。噪声功率谱密度N0为-174dBm/Hz。由图3可以看出，本发明引入MEC技术，同时设计任务分配策略和任务文件传输策略的电力线路状态分析方法，能够获得更小的系统时延，且对于设备数量具有较好的鲁棒性，计算分析效率提高较明显。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析任务处理方法，由配置有MEC服务器的基站执行，基站覆盖范围内包括通过电力线路连接的本地电力设备和多个相邻电力设备；其特征是，方法包括：
接收本地电力设备根据检测到的各电力线路运行状态信息，所生成的任务文件；
接收各相邻电力设备根据检测到的各电力线路运行状态信息，所生成的任务文件；
将来自本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；
对于来自相邻电力设备的任务文件，分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器；
对于已分配的任务文件，分别计算任务文件的传输时间，根据传输时间分别确定向本地电力设备和向MEC服务器传输相应已分配任务文件的传输策略，并按照文件传输策略，将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器，使得本地电力设备及MEC服务器能够根据接收到的相邻电力设备的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析；
其中，所述对于来自相邻电力设备的任务文件，分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，包括：
计算各相邻电力设备的任务文件由本地电力设备计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的本地电力设备计算时间
Figure FDA0003680852460000013
为：
Figure FDA0003680852460000011
计算各相邻电力设备的任务文件由MEC处理器计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的MEC服务器计算时间
Figure FDA0003680852460000014
为：
Figure FDA0003680852460000012
式中，C表示计算1bit任务文件消耗的CPU周期数，Vo和Vi分别表示本地电力设备和第i台相邻电力设备的任务文件大小，fl和fe分别表示本地电力设备和MEC服务器的计算频率，εi表示对第i条输电线路进行检测时的时间系数；
所述根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器，包括：
S11，按照本地电力设备计算时间由大到小对所有相邻电力设备的任务文件进行排序，排序结果记为F1，F2，...，FN，其中，N为系统中的相邻电力设备数目；
S12，初始化任务分配策略为
Figure FDA0003680852460000021
其中，
Figure FDA0003680852460000022
和
Figure FDA0003680852460000023
分别表示分配至MEC服务器和本地电力设备的初始任务文件集合；
根据初始化任务分配策略计算初始MEC计算时间
Figure FDA0003680852460000024
与初始本地计算时间
Figure FDA0003680852460000025
如下：
Figure FDA0003680852460000026
Figure FDA0003680852460000027
其中
Figure FDA0003680852460000028
和
Figure FDA0003680852460000029
分别表示文件Fn的MEC计算时间和本地计算时间；
S13，迭代更新任务分配策略：在第k次迭代中，比较
Figure FDA00036808524600000210
与
Figure FDA00036808524600000211
若
Figure FDA00036808524600000212
则将任务文件Fk+1分配至MEC服务器，更新后的任务分配策略为：
Figure FDA00036808524600000213
Figure FDA00036808524600000214
其中
Figure FDA00036808524600000215
和
Figure FDA00036808524600000216
分别表示第k次迭代后分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合；同步更新MEC计算时间和本地计算时间为
Figure FDA00036808524600000217
Figure FDA00036808524600000218
当
Figure FDA00036808524600000219
时，记录此时的迭代次数K，获得对应的任务分配策略
Figure FDA00036808524600000220
与
Figure FDA00036808524600000221
计算迭代终止；
S14，对于
Figure FDA00036808524600000222
与
Figure FDA00036808524600000223
计算
Figure FDA00036808524600000224
与
Figure FDA00036808524600000225
对于
Figure FDA00036808524600000226
与
Figure FDA00036808524600000227
计算
Figure FDA00036808524600000228
与
Figure FDA00036808524600000229
根据：
Figure FDA00036808524600000230
选择第K次或第K-1次迭代后任务分配策略作为最终任务分配策略；
S15，根据最终任务分配策略中分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合，将任务文件分别分配给MEC服务器和本地电力设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，对于已分配的任务文件，分别计算任务文件的传输时间，包括：
S21，确定相邻电力设备的任务文件传输到基站的传输速率，表示如下：
Figure FDA00036808524600000231
确定相邻电力设备的任务文件从基站传输到本地电力设备的传输速率，表示如下：
Figure FDA0003680852460000031
式中，上标B代表基站，上标S代表本地电力设备，上标U代表相邻电力设备；B为本地电力设备和各相邻电力设备与基站间假设相同的上下行信道带宽；N0为噪声功率谱密度；Pi表示第i个相邻电力设备Ui的发送功率，Pb表示基站的发送功率；
Figure FDA0003680852460000032
表示Ui与基站之间的信道参数，hbs表示基站与本地电力设备间的信道参数，服从瑞利分布；
S22，计算相邻电力设备的任务文件传输到基站的传输时间，表示为：
Figure FDA0003680852460000033
计算相邻电力设备的任务文件从基站传输至本地电力设备的传输时间，表示为：
Figure FDA0003680852460000034
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述根据传输时间分别确定向本地电力设备和向MEC服务器传输相应已分配任务文件的传输策略中，根据传输时间确定向MEC服务器传输Φe中任务文件的传输策略包括：
S31，初始化传输策略为
Figure FDA0003680852460000035
其中，
Figure FDA0003680852460000036
M为Φe中备选任务的数量，
Figure FDA0003680852460000037
表示集合
Figure FDA0003680852460000038
中第b个进行传输的任务，
Figure FDA0003680852460000039
Figure FDA00036808524600000310
表示第b次迭代完成后，集合Φe中还未确定传输顺序的任务；
S32，进行传输策略的迭代更新：在第b-1次迭代中，定义任务选择系数η的表达式为：
Figure FDA00036808524600000311
利用
Figure FDA00036808524600000312
选择出
Figure FDA00036808524600000313
将其所对应的
Figure FDA00036808524600000314
作为
Figure FDA00036808524600000315
更新传输策略为
Figure FDA00036808524600000316
重复迭代至第M-1次，得到传输策略
Figure FDA00036808524600000317
S33，以MEC服务器的总时延最优为目标，进行传输策略的优化，确定最终的传输策略。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，步骤S33包括：
S331，基于S32得到的
Figure FDA00036808524600000318
令
Figure FDA00036808524600000319
其中，
Figure FDA00036808524600000320
表示
Figure FDA00036808524600000321
中任务文件
Figure FDA00036808524600000322
放置在MEC服务器上进行计算处理的所需时间，
Figure FDA00036808524600000323
表示
Figure FDA00036808524600000324
中任务文件
Figure FDA0003680852460000041
从对应的相邻电力设备传输至MEC服务器的时间；
S332，利用以下公式进行迭代：
Figure FDA0003680852460000042
迭代完成后得到
Figure FDA0003680852460000043
MEC服务器的总时延表示为：
Figure FDA0003680852460000044
则得到；
S333，将Φe中的M个备选任务依次作为
Figure FDA0003680852460000045
进行迭代，得到传输策略集合
Figure FDA0003680852460000046
基于
Figure FDA0003680852460000047
根据选择公式：
Figure FDA0003680852460000048
确定最小的
Figure FDA0003680852460000049
及其对应的
Figure FDA00036808524600000410
即得到最优时延和与其相对应的传输策略。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，方法还包括：将来自本地电力设备的任务文件广播给各相邻电力设备，使得各相邻电力设备能够根据生成的任务文件以及接收到的任务文件进行电力线路状态分析计算。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，方法还包括：计算相邻电力设备完成电力线路状态分析任务所需的时间，包括：
S23，确定本地电力设备的任务文件发送到基站的传输速率RSB，表示如下：
Figure FDA00036808524600000411
S24，确定本地电力设备的任务文件从基站发送到相邻电力设备的传输速率
Figure FDA00036808524600000414
和传输时间，表示如下：
Figure FDA00036808524600000412
相邻电力设备完成任务所需要的时间为：
Figure FDA00036808524600000413
以及，计算由本地电力设备、相邻电力设备、基站及其MEC服务器所组成的电力线路状态分析系统的系统总时延，表示为下式：
Figure FDA0003680852460000051
7.一种基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统，其特征是，包括基站，以及基站覆盖范围内的本地电力设备和相邻电力设备；所述基站内配置有MEC服务器；
所述本地电力设备与各相邻电力设备之间连接有电力线路；本地电力设备以及各相邻电力设备分别检测所连接的各电力线路的运行状态信息，根据检测所得运行状态信息生成任务文件，并将所述任务文件传输至基站；基站将来自本地电力设备的任务文件传输至MEC服务器；
对于来自相邻电力设备的任务文件，基站分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器；
对于已分配给本地电力设备或MEC服务器的任务文件，基站分别计算任务文件的传输时间，根据传输时间确定文件传输策略，并按照文件传输策略，将已分配的任务文件依次传输至本地电力设备或MEC服务器；
本地电力设备及MEC服务器根据接收到的相邻电力设备的任务文件以及本地电力设备的任务文件，对电力线路进行状态分析；
其中，所述对于来自相邻电力设备的任务文件，基站分别计算各任务文件由本地电力设备和MEC服务器计算的计算时间，包括：
计算各相邻电力设备的任务文件由本地电力设备计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的本地电力设备计算时间
Figure FDA0003680852460000052
为：
Figure FDA0003680852460000053
计算各相邻电力设备的任务文件由MEC处理器计算处理所需的计算时间，其中，对应第i台相邻电力设备任务文件的MEC服务器计算时间
Figure FDA0003680852460000054
为：
Figure FDA0003680852460000055
式中，C表示计算1bit任务文件消耗的CPU周期数，Vo和Vi分别表示本地电力设备和第i台相邻电力设备的任务文件大小，fl和fe分别表示本地电力设备和MEC服务器的计算频率，εi表示对第i条输电线路进行检测时的时间系数；
所述根据计算时间确定任务分配策略，并按照任务分配策略将任务文件分配给本地电力设备或MEC服务器，包括：
S11，按照本地电力设备计算时间由大到小对所有相邻电力设备的任务文件进行排序，排序结果记为F1，F2，...，FN，其中，N为系统中的相邻电力设备数目；
S12，初始化任务分配策略为
Figure FDA0003680852460000061
其中，
Figure FDA0003680852460000062
和
Figure FDA0003680852460000063
分别表示分配至MEC服务器和本地电力设备的初始任务文件集合；
根据初始化任务分配策略计算初始MEC计算时间
Figure FDA0003680852460000064
与初始本地计算时间
Figure FDA0003680852460000065
如下：
Figure FDA0003680852460000066
Figure FDA0003680852460000067
其中
Figure FDA0003680852460000068
和
Figure FDA0003680852460000069
分别表示文件Fn的MEC计算时间和本地计算时间；
S13，迭代更新任务分配策略：在第k次迭代中，比较
Figure FDA00036808524600000610
与
Figure FDA00036808524600000611
若
Figure FDA00036808524600000612
则将任务文件Fk+1分配至MEC服务器，更新后的任务分配策略为：
Figure FDA00036808524600000613
Figure FDA00036808524600000614
其中
Figure FDA00036808524600000615
和
Figure FDA00036808524600000616
分别表示第k次迭代后分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合；同步更新MEC计算时间和本地计算时间为
Figure FDA00036808524600000617
Figure FDA00036808524600000618
当
Figure FDA00036808524600000619
时，记录此时的迭代次数K，获得对应的任务分配策略
Figure FDA00036808524600000620
与
Figure FDA00036808524600000621
计算迭代终止；
S14，对于
Figure FDA00036808524600000622
与
Figure FDA00036808524600000623
计算
Figure FDA00036808524600000624
与
Figure FDA00036808524600000625
对于
Figure FDA00036808524600000626
与
Figure FDA00036808524600000627
计算
Figure FDA00036808524600000628
与
Figure FDA00036808524600000629
根据：
Figure FDA00036808524600000630
选择第K次或第K-1次迭代后任务分配策略作为最终任务分配策略；
S15，根据最终任务分配策略中分配至MEC服务器和本地电力设备的任务文件集合，将任务文件分别分配给MEC服务器和本地电力设备。
8.根据权利要求7所述的基于移动边缘计算的电力线路状态分析系统，其特征是，所述本地电力设备与各相邻电力设备之间通过基站以无线通信方式进行信息交互；
本地电力设备将生成的对应各电力线路的任务文件通过基站传输至各相应的相邻电力设备，各相邻电力设备根据生成的任务文件以及接收到的任务文件进行电力线路状态分析计算。
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