一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法制造方法及图纸

一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，针对待优化的配电网边缘计算装置，输入装置性能参数，待处理计算任务的类型、特征参数和执行逻辑顺序，待处理计算任务总数；分别建立各任务处理约束并对部分约束进行线性化；针对所有类型的待处理计算任务，建立计算状态约束，并对计算状态约束进行线性化；建立所有待处理计算任务间的执行逻辑关联约束；建立边缘计算装置的资源限制约束；建立待处理计算任务优化调度综合目标函数；将待处理计算任务优化调度综合目标函数和各约束，构成配电网边缘计算装置计算任务优化调度模型，采用求解器对模型进行求解，输出优化调度结果。本发明专利技术实现了计算资源的充分利用和配电网边缘计算装置的高效、可靠运行。可靠运行。可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法


[0001]本专利技术涉及一种计算任务优化调度方法。特别是涉及一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着信息通信技术的高速发展和智能终端设备在配电网中的广泛应用,边缘计算技术成为应对配电网爆发式增长的数据量以及日益多样化的服务场景的重要手段。边缘计算能够将计算资源下沉到终端设备附近,大大提高了配电网边缘侧的计算、存储能力以及对海量数据资源的就地分析利用能力，是未来智能配电网运行控制的重要支撑技术。随着越来越多的传感量测与用户侧智能终端设备接入，以及配电网业务类型的不断丰富，对配电网边缘计算的算力资源利用和业务处理能力提出了更高要求。在有限的计算资源约束下，边缘计算装置既要可靠完成保护、控制、计量、监测等不同类型的电网业务，又要随时应对电网故障处理、自愈控制等各种可能出现的突发计算任务需求，同时需要充分发挥各种业务之间在数据流、业务流方面的协同作用，面临巨大技术挑战。因此，需要研究有效的边缘计算任务优化调度方法，面向配电网多类型计算任务需求，合理调度和分配边缘计算装置的计算资源和存储资源，最大化资源利用，提高配电网业务服务品质。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，为了克服现的技术的不足，提供一种能够实现计算资源的充分利用和配电网边缘计算装置高效、可靠运行的面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，包括如下步骤：
[0005]1)针对待优化的配电网边缘计算装置，输入装置性能参数，待处理计算任务的类型、特征参数和执行逻辑顺序，待处理计算任务总数N；其中装置性能参数包括边缘计算装置每时段的最大CPU周期数e
M
、最大内存容量d
M
、计算资源预设使用系数μ1、存储资源预设使用系数μ2；待处理计算任务的类型包括可延时任务、可延时可中断任务、周期任务、不可延时任务、持续任务；待处理计算任务的特征参数包括各任务完成处理所需的CPU总周期数b
i
、任务处理时所需的内存容量d
i
、任务到达时间最晚完成时间周期任务的周期时长T
i
、周期任务在整个调度周期内需要执行的次数J
i
、任务舍弃权重因子L
i
，i表示任务编号；设置优化调度总时长为H；
[0006]2)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务类型和特征参数，分别建立各任务处理约束，包括可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时任务处理约束、持续任务处理约束，并对可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时任务处理约束进行线性化；
[0007]3)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务特征参数，针对所有类型的
待处理计算任务，建立计算状态约束，并对计算状态约束进行线性化；
[0008]4)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务的执行逻辑顺序，建立所有待处理计算任务间的执行逻辑关联约束；
[0009]5)依据步骤1)中输入的边缘计算装置性能参数，建立边缘计算装置的资源限制约束，包括计算资源限制约束、存储资源限制约束；
[0010]6)综合考虑各待处理计算任务完成时间之和最小、计算资源和存储资源占用量超出预设可用值带来的总惩罚最小、舍弃任务损失最小为目标，建立待处理计算任务优化调度综合目标函数；
[0011]7)将步骤6)中待处理计算任务优化调度综合目标函数和步骤2)
‑
步骤5)形成的各任务处理约束、各任务的计算状态约束、所有待处理计算任务间的执行逻辑关联约束、边缘计算装置的资源限制约束，构成配电网边缘计算装置计算任务优化调度模型，采用CPLEX求解器对模型进行求解，输出优化调度结果。
[0012]本专利技术的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，立足解决面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度问题，将配电网业务按照不同特性进行分类，同时考虑了配电网业务间的时序逻辑关系，建立了配电网边缘计算装置计算任务优化调度模型，综合考虑各任务处理约束、各任务的计算状态约束、各待处理任务间的执行逻辑关联约束、边缘计算装置的资源限制约束，综合考虑各计算任务完成时间之和最小、计算资源占用和存储资源占用尽量保持在预设值以下、舍弃任务损失最小目标，建立计算任务优化调度综合目标函数，形成了配电网边缘计算装置计算任务优化调度模型，可求解得到面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度策略。本专利技术通过对配电网边缘计算装置的计算资源和存储资源进行合理分配，在时间上灵活调度各待处理任务，能够满足各类待处理计算任务所需的各项需求，提升各类待处理计算任务的整体完成率，并有效提高了边缘计算装置处理各类计算任务的效率，从而实现了计算资源的充分利用和配电网边缘计算装置的高效、可靠运行，大大提高了配电网业务服务品质。
附图说明
[0013]图1是本专利技术一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法的流程图；
[0014]图2是各待处理计算任务在方案1和方案2作用下的各时刻执行情况；
[0015]图3是配电网边缘计算装置的计算资源在方案1和方案2作用下的各时刻占用情况；
[0016]图4是配电网边缘计算装置的存储资源在方案1和方案2作用下的各时刻占用情况。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例和附图对本专利技术的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法做出详细说明。
[0018]如图1所示，本专利技术的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，包括如下步骤：
[0019]1)针对待优化的配电网边缘计算装置，输入装置性能参数，待处理计算任务的类
型、特征参数和执行逻辑顺序，待处理计算任务总数N；其中装置性能参数包括边缘计算装置每时段的最大CPU周期数e
M
、最大内存容量d
M
、计算资源预设使用系数μ1、存储资源预设使用系数μ2；待处理计算任务的类型包括可延时任务、可延时可中断任务、周期任务、不可延时任务、持续任务；待处理计算任务的特征参数包括各任务完成处理所需的CPU总周期数b
i
、任务处理时所需的内存容量d
i
、任务到达时间最晚完成时间周期任务的周期时长Ti、周期任务在整个调度周期内需要执行的次数J
i
、任务舍弃权重因子L
i
，i表示任务编号；设置优化调度总时长为H；
[0020]2)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务类型和特征参数，分别建立各任务处理约束，包括可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时任务处理约束、持续任务处理约束，并对可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：1)针对待优化的配电网边缘计算装置，输入装置性能参数，待处理计算任务的类型、特征参数和执行逻辑顺序，待处理计算任务总数N；其中装置性能参数包括边缘计算装置每时段的最大CPU周期数e
M
、最大内存容量d
M
、计算资源预设使用系数μ1、存储资源预设使用系数μ2；待处理计算任务的类型包括可延时任务、可延时可中断任务、周期任务、不可延时任务、持续任务；待处理计算任务的特征参数包括各任务完成处理所需的CPU总周期数b
i
、任务处理时所需的内存容量d
i
、任务到达时间最晚完成时间周期任务的周期时长T
i
、周期任务在整个调度周期内需要执行的次数J
i
、任务舍弃权重因子L
i
，i表示任务编号；设置优化调度总时长为H；2)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务类型和特征参数，分别建立各任务处理约束，包括可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时任务处理约束、持续任务处理约束，并对可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时任务处理约束进行线性化；3)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务特征参数，针对所有类型的待处理计算任务，建立计算状态约束，并对计算状态约束进行线性化；4)依据步骤1)中输入的边缘计算装置待处理计算任务的执行逻辑顺序，建立所有待处理计算任务间的执行逻辑关联约束；5)依据步骤1)中输入的边缘计算装置性能参数，建立边缘计算装置的资源限制约束，包括计算资源限制约束、存储资源限制约束；6)综合考虑各待处理计算任务完成时间之和最小、计算资源和存储资源占用量超出预设可用值带来的总惩罚最小、舍弃任务损失最小为目标，建立待处理计算任务优化调度综合目标函数；7)将步骤6)中待处理计算任务优化调度综合目标函数和步骤2)
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步骤5)形成的各任务处理约束、各任务的计算状态约束、所有待处理计算任务间的执行逻辑关联约束、边缘计算装置的资源限制约束，构成配电网边缘计算装置计算任务优化调度模型，采用CPLEX求解器对模型进行求解，输出优化调度结果。2.根据权利要求1所述的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，其特征在于，步骤2)中所述的可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)中所述的可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)中所述的可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)中所述的可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)中所述的可延时任务处理约束表示为：
式中，Ω1∈i，Ω1表示可延时类任务编号集合；t表示优化时段且表示可延时类任务编号集合；t表示优化时段且表示任务Ω1在时段t的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；表示任务Ω1在时段t
‑
1的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；为任务Ω1到达时间；为任务Ω1最晚完成时间；为辅助变量；表示边缘计算装置在t时段分配给任务Ω1的CPU周期数；表示任务Ω1完成处理所需的CPU总周期数；所述的可延时可中断任务处理约束表示为：所述的可延时可中断任务处理约束表示为：所述的可延时可中断任务处理约束表示为：所述的可延时可中断任务处理约束表示为：所述的可延时可中断任务处理约束表示为：所述的可延时可中断任务处理约束表示为：所述的可延时可中断任务处理约束表示为：式中，Ω2∈i，Ω2表示可延时可中断类任务编号集合；t表示优化时段且表示可延时可中断类任务编号集合；t表示优化时段且表示任务Ω2在时段t的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；表示任务Ω2在时段t
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1的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；为任务i到达时间；为任务Ω2最晚完成时间；为辅助变量；表示边缘计算装置在t时段分配给任务Ω2的CPU周期数；表示任务Ω2完成处理所需的CPU总周期数。3.根据权利要求1所述的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，其特征在于，步骤2)所述的周期任务处理约束表示为：
式中，Ω3∈i，Ω3表示周期类任务编号集合；t表示优化时段且表示周期类任务编号集合；t表示优化时段且表示周期类任务编号集合；t表示优化时段且为周期任务Ω3在整个调度周期内需要执行的次数，且在整个调度周期内需要执行的次数，且表示所有正整数集合；为任务Ω3到达时间；为周期任务Ω3的周期时长；表示任务Ω3在时段t的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；表示边缘计算装置在t时段分配给任务i的CPU周期数；表示任务Ω3完成处理所需的CPU总周期数。4.根据权利要求1所述的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，其特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的不可延时任务处理约束表示为：式中，Ω4∈i，Ω4表示不可延时类任务编号集合；t表示优化时段且表示不可延时类任务编号集合；t表示优化时段且表示任务Ω4在时段t的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；表示任务Ω4在时段t
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1的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；为任务Ω4到达时间；为任务Ω4最晚完成时间；为辅助变量；表示边缘计算装置在t时段分配给任务Ω4的CPU周期数；表示任务Ω4完成处理所需的CPU总周期数；表示任务Ω4在时段的工作状态；表示执行任务计算，表示不执行任务计算。
5.根据权利要求1所述的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，其特征在于，步骤2)所述的持续任务处理约束表示为：特征在于，步骤2)所述的持续任务处理约束表示为：式中，Ω5∈i，Ω5表示持续类任务编号集合；t表示优化时段且t∈[0，H]；表示任务Ω5在时段t的工作状态，表示执行任务计算，表示不执行任务计算；表示边缘计算装置在t时刻分配给任务Ω5的CPU周期数；表示任务Ω5完成处理所需的CPU总周期数。6.根据权利要求1所述的一种面向配电网边缘计算装置的计算任务优化调度方法，其特征在于，步骤2)所述的对可延时任务处理约束、可延时可中断任务处理约束、周期任务处理约束、不可延时任务处理约束进行线性化，具体方法为：采用辅助变量替换原可延时任务、可延时可中断任务、周期任务、不可延时任务处理约束中非线性约束条件的公式(7)、公式(14)、公式(17)、公式(27)中的项，并分别在替换后的公式(7)、公式(14)、公式(17)、公式(27)后补充公式(32)
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公式(35)作为辅助约束条件：束条件：束条件：束条件：...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡筱曼，潘斌，陈旗展，李黔，崔益国，陈浩河，董芝春，冯宝，黄朝铭，于浩，冀浩然，宋关羽，李鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：