用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法及系统，其中方法包括：一方面调度中心向各个控制容器发送链表，各控制容器自动搜索路径并加入链表，完成路径搜索后将链表返回调度中心；另一方面，调度中心根据接收的链表选择结点数最小的链表的数据更新通信链路信息素浓度，直至调度中心最新接收到的多个链表的结点数构成的序列的方差满足收敛条件，最后提取队列中结点数最小链表的数据，获得满足调度需求且通信代价最小的控制容器数据传输路由路径。本发明专利技术可以获得分布式设备调度通信代价最小的容器数据传输路由路径，降低边缘网络中分布式设备控制容器协同互动的通信开销，提高分布式设备聚合调度的可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法及系统


[0001]本专利技术涉及配电物联网边缘计算的数字信息传输领域，尤其涉及一种用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法及系统。

技术介绍

[0002]在海量分布式电力资源接入配电系统的背景下，通过边缘装置处理分布式设备产生的海量数据，降低配电系统通信网络的数据传输压力与数据处理延时。配电系统通信网络的多个边缘装置互联形成配电边缘网络，边缘装置的控制容器与分布式设备终端建立可靠通信连接，通过控制容器承载分布式设备控制的信息交互功能，发挥控制容器轻量级数据隔离的特点，将分布式设备终端映射为边缘网络的容器节点。
[0003]基于软件定义网络(SDN)与边缘计算技术，对配电系统边缘装置的计算与通信资源开展统一管理，调整分布式设备控制容器之间的数据路由，提高边缘网络容器之间的信息交互效率。但目前分布式设备调度通信路由存在无组织，难以获得最优路由路径，造成分布式设备协调控制通信成本高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法及系统，以解决现有的分布式设备协调控制通信成本高的问题。
[0005]第一方面，提供了一种用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法，其特征在于，包括：
[0006]S1：调度中心根据调度需求生成分布式设备功率控制量的链表，并发送是各边缘装置的控制容器；
[0007]S2：各控制容器接收链表后，提取表头结点的调度约束，包括根节点调节时间、根节点调节功率、配网根节点集合；
[0008]S3：控制容器比较链表内表头结点的调度约束与控制容器内的分布式设备数据；当设备调节时间大于根节点调节时间，且设备配网节点编号属于配网根节点集合，则将控制容器内分布式设备数据写入链表结点，并以剩余调节功率更新表头结点的根节点调节功率；否则，执行步骤S5；
[0009]S4：当表头结点中根节点调节功率大于零时，新建链表结点，并执行步骤S5；否则，当表头结点中根节点调节功率小于等于零时，执行步骤S7；
[0010]S5：控制容器获取与之相邻的所有控制容器的通信代价与通信链路信息素浓度，计算链表在不同链路的转发概率；通过轮盘赌方式确定转发链路，将转发链路的目的容器地址写入新建的链表结点，链表转发至下一个控制容器；
[0011]S6：重复步骤S2～S5；
[0012]S7：控制容器将链表转发至调度中心，调度中心接受链表后，计算链表的结点数，将链表插入结点数最小优先出队的队列；最新插入队列的N个链表结点数组成结点数序列X
(n)，n≤N，计算结点数序列的方差D[X(n)]；当方差满足收敛条件，即方差满足D[X(n)]<μ，μ为预设阈值，则执行步骤S9；否则，执行步骤S8；
[0013]S8：提取出队列中结点数最小链表的各结点的容器地址和分布式设备数据，计算容器地址所对应的通信链路信息素浓度，更新容器间通信链路信息素浓度；返回步骤S7；
[0014]S9：提取队列中结点数最小链表的数据，获得满足调度需求且通信代价最小的控制容器数据传输路由路径
[0015]进一步地，步骤S1之前还包括：
[0016]S0：调度中心向边缘装置发布分布式设备聚合调度指令，边缘装置接收指令后启动所辖的控制容器，控制容器与分布式设备建立唯一的映射关系与通信连接后，获取分布式设备的设备调节功率、设备调节时间、设备类型代码、设备配网节点编号，封装为控制容器内的分布式设备数据。
[0017]进一步地，步骤S3中比较表头结点的调度约束与控制容器内的分布式设备数据的过程如下：
[0018]控制容器i提取表头结点的配网根节点集合R
root
，获取分布式设备i的设备配网节点编号R
i
，判断设备配网节点编号R
i
是否属于配网根节点集合R
root
；获取配网根节点调节时间T
agg
与分布式设备i的设备调节时间比较表头结点的根节点调节时间T
agg
与设备调节时间若或则跳过步骤S4，执行步骤S5；若R
i
∈R
root
且控制容器获取分布式设备的设备调节功率计算分布式设备功率调节的可用容量损失为：
[0019][0020]将分布式设备的设备调节功率可用容量损失及设备配网节点编号R
i
写入链表结点。
[0021]进一步地，以剩余调节功率更新表头结点的根节点调节功率，包括：
[0022]根据设备调节功率计算表头结点的剩余调节功率其中，P
agg
为根节点调节功率，k为链表中非表头结点的结点总数；
[0023]以剩余调节功率替代表头结点的根节点调节功率，实现根节点调节功率的更新。
[0024]进一步地，链表在不同链路的转发概率通过如下方法计算：
[0025]以当前链表所在的控制容器为源容器，容器地址记为w
i
；链表相邻可达的控制容器为目的容器，容器地址记为w
j
，从源容器到目的容器的通信链路平均带宽占用率为平均时延为该链路传输数据的通信代价为α为参数权重，该链路的通信链路信息素浓度为λ
i,j
，获得链表在该链路的转发概率P(i,j)为：
[0026][0027]其中，U为当前链表相邻可达的控制容器地址集合，C为当前链表转发路径经过的控制容器地址集合。
[0028]进一步地，通过轮盘赌方式确定转发链路具体包括：
[0029]根据链表在不同链路的转发概率大小，将[0,1]这一区间对应划分为多个子区间；
[0030]根据轮盘赌规则，控制容器生成0到1之间的随机数，根据该随机数所属的子区间确定对应的转发链路。
[0031]进一步地，更新控制容器间通信链路信息素浓度具体包括：
[0032]以队列中结点数最小链表中的一个结点的容器地址作为源容器i的容器地址，提取该源容器i的下一个链表结点的容器地址作为目标容器j的容器地址，则通信链路信息素浓度更新公式为：
[0033][0034]其中，λ
i,j
表示控制容器i和j之间通信链路信息素浓度，表示目的容器j的设备调节功率，表示目的容器j的可用容量损失，k为链表中非表头结点的结点总数，σ为信息素挥发因子，m为信息素全局更新次数；
[0035]采用上述通信链路信息素浓度更新公式对结点数最小链表中所有相邻的控制容器之间的通信链路信息素浓度进行更新。
[0036]第二方面，提供了一种用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由系统，包括：
[0037]调度中心，用于根据调度需求生成分布式设备功率控制量的链表，并发送至各边缘装置的控制容器；以及实现最优路由路径选择，最优路由路径选择过程如下：
[0038]A1：接收控制容器回传的链表，并计算链表的结点数，将链表插入结点数最小优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法，其特征在于，包括：S1：调度中心根据调度需求生成分布式设备功率控制量的链表，并发送至各边缘装置的控制容器；S2：控制容器接收链表后，提取表头结点的调度约束，包括根节点调节时间、根节点调节功率、配网根节点集合；S3：控制容器比较表头结点的调度约束与控制容器内的分布式设备数据；当设备调节时间大于根节点调节时间，且设备配网节点编号属于配网根节点集合，则将分布式设备数据写入链表结点，并以剩余调节功率更新表头结点的根节点调节功率；否则，执行步骤S5；S4：当表头结点中根节点调节功率大于零时，新建链表结点，并执行步骤S5；否则，执行步骤S7；S5：控制容器获取与之相邻的所有控制容器的通信代价与通信链路信息素浓度，计算链表在不同链路的转发概率；通过轮盘赌方式确定转发链路，将转发链路的目的容器地址写入新建的链表结点，链表转发至下一个控制容器；S6：重复步骤S2～S5；S7：控制容器将链表转发至调度中心，调度中心计算链表的结点数，将链表插入结点数最小优先出队的队列；最新插入队列的N个链表结点数组成结点数序列，计算结点数序列的方差；当方差满足收敛条件，则执行步骤S9；否则，执行步骤S8；S8：提取出队列中结点数最小链表的各结点的容器地址和分布式设备数据，计算容器地址所对应的通信链路信息素浓度，更新控制容器间通信链路信息素浓度；返回步骤S7；S9：提取队列中结点数最小链表的数据，获得满足调度需求且通信代价最小的控制容器数据传输路由路径。2.根据权利要求1所述的用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：S0：调度中心向边缘装置发布分布式设备聚合调度指令，边缘装置接收指令后启动所辖的控制容器，控制容器与分布式设备建立唯一的映射关系与通信连接后，获取分布式设备的设备调节功率、设备调节时间、设备类型代码、设备配网节点编号，封装为控制容器内的分布式设备数据。3.根据权利要求1所述的用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法，其特征在于，步骤S3中比较表头结点的调度约束与控制容器内的分布式设备数据的过程如下：控制容器i提取表头结点的配网根节点集合R
root
，获取分布式设备i的设备配网节点编号R
i
，判断设备配网节点编号R
i
是否属于配网根节点集合R
root
；获取配网根节点调节时间T
agg
与分布式设备i的设备调节时间比较表头结点的根节点调节时间T
agg
与设备调节时间若或则跳过步骤S4，执行步骤S5；若R
i
∈R
root
且控制容器获取分布式设备i的设备调节功率计算分布式设备功率调节的可用容量损失为：将分布式设备i的设备调节功率可用容量损失及设备配网节点编号R
i
写入链表结点。
4.根据权利要求3所述的用于分布式设备聚合的边缘网络容器数据路由方法，其特征在于，以剩余调节功率更新表头结点的根节点调节功率，包括：根据设备调节功率计算表头结点的剩余调节功率其中，P
agg
为根节点调节功率，k为链表中非表头结点的结点总数；以剩余调节功率替代表头结点的根节点调节功率，实现根节点调节功率的更新。5.根据权利要求1所述的用于分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洪明，陈于斯，张仕杰，罗丁源，徐志强，田建伟，禹海峰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：