基于多云协同的家庭智慧能源管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构，该架构为家电、家庭智慧能源网关、家电厂商云平台以及云代理之间的数据协作通信提供了解决方案。本发明专利技术对家庭智慧能源管理系统架构进行设计、针对信息交互时文件协作和交互方式进行架构设计、对跨云传输数据的算法进行优化，通过基于最优流量的云代理部署方式、多副本传输至单一云和集中式云迁移的跨云数据传输优化算法、基于先到先得和最短任务优先原则的代理间的数据流调度算法和基于哈希冲突处理机制的文件协作控制机制设计，实现了在不同场景下对智能家电的统一协调控制，为家庭能源智能调度控制、形成协同控制方案奠定基础。

Family Intelligent Energy Management System Based on Cloud Collaboration

The invention provides a family intelligent energy management system architecture based on multi-cloud collaboration, which provides a solution for data collaboration communication among household appliances, household intelligent energy gateway, business cloud platform of household power plant and cloud agent. The invention designs the architecture of family intelligent energy management system, designs the architecture of file cooperation and interaction mode in information interaction, optimizes the algorithm of data transmission across clouds, optimizes the algorithm of data transmission across clouds by deploying cloud agents based on optimal traffic, transferring multiple copies to single cloud and centralized cloud migration, and optimizes the data transmission across clouds based on first come first served and shortest task. Firstly, the data flow scheduling algorithm between agents based on the principle and the file collaboration control mechanism based on Hash conflict processing mechanism are designed. The unified and coordinated control of intelligent household appliances in different scenarios is realized, which lays the foundation for the intelligent household energy scheduling control and the formation of collaborative control scheme.

【技术实现步骤摘要】
基于多云协同的家庭智慧能源管理系统
本专利技术涉及智能用电领域，特别是涉及一种基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构。
技术介绍
伴随着智能电网的快速发展，单纯家用电器的使用已无法满足人们日常生活工作的需要，对于影响到用户舒适度的家用电器性能以及运行策略等因素提出了越来越多的要求，科学技术的发展促使部分家用电器革新趋势也已由传统的人工控制、半自动控制向自动智能化控制方向发展，向家庭智慧能源管理系统发展。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源；提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务)，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。智能家用电器作为家庭智慧能源管理系统的重要组成部分，同时它也是家庭能源管理系统测量动作的对象。目前就单个家用电器的管理控制存在多种多样的形式，如空调管理系统、热水器控制系统等，但是通过各厂商云平台单独对单一电器进行操作，不符合智能家居便利性以及经济实用性等特点，因而通过将家用电器以某种途径方式集成起来，对于智能家居统一管理控制具有重要的意义。基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构提供了一种系统化解决统一管理控制家庭能控制及协调的解决方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种跨云协作的可行方法。本专利技术中我们试图为跨云协作实现良好的用户感知性能。首先，对于每个云，我们总是能够部署一个或多个附近(客户端)代理，这些代理可以高效地访问网页API。其次，在智能家居的交互协作期间，传输信息的不同版本之间存在显着的相似性。这可以被利用来显着减少代理间流量并因此缩短数据同步时间。云服务代理需要多个云服务提供商和云服务服务器之间的虚拟服务门户。云服务代理门户允许相应的服务提供商指定可用的服务。此外，云服务消费者可以通过协商服务上的协议来找到最合适的服务。云服务代理作为一种新兴的技术为提供者和消费者提供了异构的多云服务。在本专利技术中，我们提出了一种基于网页API的多云服务代理架构，以支持不同的供应商和消费者。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构，如附图1所示。1.基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构该架构由家用电器、家用电器相应厂家云平台、家庭智慧能源网关、代理云平台构成。如今各个家电厂商推出了承载自己电器控制系统的app及平台，在平台上可自由控制具有Wi-Fi连接功能的在线的电器。但由于各厂家接口不同以及用户信息的保密性，目前无法实现由单个平台发送指令对家庭所有用电器进行控制，而本专利技术提出的基于代理云网页API的架构可实现家庭内部用电器的统一控制。根据附图1，家用电器通过Wi-Fi与家庭智慧能源网关进行数据交互，同时各家电受各自厂家的云平台控制。家庭智慧能源网关与代理云进行数据交互，上行家电状态信息并接受代理云下行的管理控制信号。各个厂家的云平台会通过最优带宽等策略选取其云代理，各个云代理共用构成了代理云。在代理云中，各云代理可自由通信获取信息，从而为进行综合考虑家庭内部能源调节提供条件。通过代理云内部信息的交互以及策略的提出，得出家庭智慧能源管理的方案并下发至家庭智慧能源网关，对家电进行管理控制。下面对代理云内部数据传输方式进行详细说明。2.文件协作和交互方式架构文件协作和交互方式架构基于组件家庭智慧能源网关，家电云平台和云代理之间的交互实现整个文件协作。详细的系统框架如附图2所示，每个组件的功能概述如下。家庭智慧能源网关：用户终端上的客户端程序是轻量级的，并且遵循订阅/推送模式。用户在进行家庭能源管理时由订阅授权商基于OAuth2.0框架授权。返回的令牌与控制服务器中的协作者列表一起存储。初始设置完成后，文件更新监视器捕获云本地客户端的同步文件夹中的更改(而不是等待云端回调的服务器)，并自动向其他云请求同步更新的文件。云代理：每个云代理上的云接口通过云的API或我们检测到的一些内部API与相应的云进行交互。协议处理程序负责使用高级传输协议在对等代理之间进行数据传输优化。另外，测量代理定期测量链路带宽以挑选出合适的云代理，并及时将代理的可用带宽反馈给控制服务器以进行传输工作负载分派。数据传输引擎相应地计划传输通知的文件更新。控制服务器：控制服务器接收家庭智慧能源网关、家电云平台和云代理之间的通知处理信息、数据流调度信息、数据管理信息并进行相关数据的存储，并将相关信息进行收集和分发。3.跨云数据传输优化算法考虑到云代理可能遭受来自/到多节点云的网络性能暂时较差的影响，本专利技术为每个多节点云部署一组延迟低的代理，并且可以定期选择最佳的代理。事实上，如果我们同时采用多个代理来分派请求的工作负载，那么跨云数据传输可以进一步优化。由于控制服务器已经收集了三组等待时间(即源云的下载延迟，目标云的上传延迟和代理间传输延迟)，它可以计算每个链路的带宽，然后建立一个定向非循环图(DAG)如附图3和附图4所示，链路带宽标记为边权重。然后，我们的目标是确定最大限度地减少总体传输延迟的多个代理。本专利技术将该问题归结为最大流量问题，因为涉及最佳流量(或工作负载)分配。但是，我们表明，最大流量解决方案在此处不可用。首先，这些解决方案(算法)专注于源和目标云节点之间的流动，而解决所有可用的云节点将导致相当大的开销。更重要的是，上述代理间传输协议要求在传输代理之前将文件下载到代理中，并且重复数据消除或压缩后可能的数据流减少违反流量守恒原则。相反，我们在这里设计两步启发式传输优化算法，以将传输延迟降低到接近最小程度。附图说明图1为本专利技术的整体架构示意图；图2为跨云传输文件协作和交互方式架构；图3为两个多节点云间的通用网络拓扑；图4为集中式云迁移的传输过程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。1.云代理部署方案在每个云附近部署一个或多个代理以实现有效的数据访问，从而构建代理云网络架构。具体来说，对于主要显示空间性能变化的具有集中式服务器(集中式云)的个人云，本专利技术分别使用稳定低下载和上传传输延迟的两个代理作为源代理和目标代理。对于采用多个边缘节点(多节点云)的个人云，其最佳性能是通过不同节点临时实现的，本专利技术通过以下方法选择代理。最初，我们通过大量DNS解析云的域名，以获得其边缘节点的完整列表。然后，将一个STF大小的测试文件上载到这些节点并从这些节点下载并在地理分布的云代理之间进行传输，以测量每个链路的延迟T1。链路l的总带宽ω可以通过STF/T1来估计。为了解决时间变化的问题，延迟测量是定期完成的，然后将这些值分组反馈给控制服务器。因此，将具有最高下载或上传带宽(即最低等待时间)的一些代理选择为最近的云节点作为每个云的源或目的地代理。在实践中，我们选择延迟小于最低值的10％的代理。基于这些代理，跨云数据传输进一步为多节点云设计进行优化。2.跨云数据传输优化算法这里我们主要考虑两个多节点云之间的一般网络拓扑，其中代理可以为两个云工作。假设当前工作负载的大小是w，云代理的总数是n。转移带宽在i和j之间作为BWij。如附图3所示，第一步是使用多个代理同时从最近的云节点下载部分工作负载，然后将这些工作负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构，其特征在于：在提出的体系结构中，有三个主要组件，即家用电器、家用电器相应厂家云平台、家庭智慧能源网关、代理云平台；该架构对云代理部署方案、跨云数据传输优化算法、代理间数据流调度算法和文件协作控制机制进行设计实现家庭能源的智能管理。

【技术特征摘要】
1.一种基于多云协同的家庭智慧能源管理系统架构，其特征在于：在提出的体系结构中，有三个主要组件，即家用电器、家用电器相应厂家云平台、家庭智慧能源网关、代理云平台；该架构对云代理部署方案、跨云数据传输优化算法、代理间数据流调度算法和文件协作控制机制进行设计实现家庭能源的智能管理。2.根据权利要求1所述的综合家庭智慧能源管理系统的设计了文件协作和交互方式架构，主要由家庭智慧能源网关、云代理和控制服务器组成；家庭智慧能源网关中，用户终端上的客户端程序是轻量级的，并且遵循订阅/推送模式；云代理中，每个云代理上的云接口通过云的API或检测到的一些内部API与相应的云进行交互；而控制服务器接收家庭智慧能源网关、家电云平台和云代理之间的通知处理信息、数据流调度信息、数据管理信息并进行相关数据的存储，并将相关信息进行收集和分发。3.根据权利要求1、2所述的架构设计了跨云数据传输优化算法，对代理的选择以及代理之间的交互方式进行介绍；3.1云代理部署方案：对于主要显示空间性能变化的具有集中式服务器（集中式云）的个人云，本发明分别使用稳定低下载和上传传输延迟的两个代理作为源代理和目标代理；对于采用多个边缘节点（多节点云）的个人云，其最佳性能是通过不同节点临时实现的，本发明通过以下方法选择代理；3.2跨云数据传输优化算法：通过两种方式进行跨云传输，多个副本传输到一个云和进行集中式云迁移；其中多副本传输到一个云的方式中，用下载代理，并且只通过选定的上传代理传输多个副本，...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁兵，朱思成，刘林，李彬，田世明，韩凝辉，杨斌，颜庆国，崔高颖，
申请(专利权)人：华北电力大学，中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11