一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法技术

本发明专利技术涉及电力自动化业务编排技术领域，公开了一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，基于Petri网的VNF

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法


[0001]本专利技术涉及电力自动化业务编排
，具体是一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法。

技术介绍

[0002]5G可通过虚拟化和云化技术，开放位置服务、业务配置、内容缓存等网络能力，为到来的网络服务(Network Service,NS)提供具有保障的网络能力，通过核心网资源管理和编排实现高效的网络负载管理和资源优化。因此电力自动化场景在虚拟化范畴中，业务所需的网络服务是由一系列串联起来的虚拟网络功能(Virtualized Network Function,VNF)组成的，VNF可以动态创建与删除，灵活性高并且可扩展，不仅部署更方便，资源利用也更加地高效，从而降低了运营成本和资本性支出。网络服务的构建与部署主要考虑虚拟网络功能的数目、网络功能在服务功能链中的顺序和在虚拟化基础设施(Network Function Virtualization Infrastructure,NFVI)中整个服务功能链的资源分配情况，包含多个服务链结构的逻辑拓扑可以用虚拟网络功能转发图表示，因此服务请求可通过虚拟功能转发图的编排来实现。
[0003]转发图编排能够根据特定的应用场景设计网络服务模板NS，继而根据网络服务模板，驱动底层基础设施域的相关功能开放和资源管理，最终满足特定应用需求。具体可分为高层业务编排与底层资源编排或调度，业务编排主要负责端到端业务可用性的保障，资源编排则提供相应的底层基础资源调度，其流程可如图1所示。首先根据应用场景定义出业务，由通信服务管理功能(Communication Service Management Function,CSMF)将业务的通信服务需求转换为对切片管理功能(Network Slice Management Function,NSMF)的网络切片需求，即网络服务需求，包括了业务的区域相关容量、覆盖面积、隔离程度、可达性、可靠性、带宽、时延等需求描述。然后NSMF将网络切片需求又分解为网络子切片的服务等级协议(Service Level Agreement,SLA)需求，向子切片管理功能(Network Slice Subnet Management Function,NSSMF)下发网络子切片部署请求，最终各领域的NSSMF将网络切片子网的SLA需求转换为网元的业务参数并下发。
[0004]Petri网是一种集数学分析和图形描述的建模分析工具，可以对具有并发、冲突、共享、不确定性的分布式系统进行建模分析，得到有关系统结构和动态行为方面的信息，根据这些信息可以对要开发的系统进行评价和改进。Petri网以其模型的直观图形表示和方便的模型分析能力在计算机科学领域、通信与网络、自动控制系统、等领域有着广泛的应用。
[0005]现有转发图编排考虑的应用场景多为电信网络，更多以资源编排方式为主，实现资源利用率的最优化，编排强调逻辑隔离，如5G所定义的三大应用场景。而在电力自动化场景中，多样化的电力自动化业务对网络具有更严格的实时、可靠、确定性需求，如工业控制系统中的差动保护业务，通常需要提供低于1％的丢包能力，时延控制在毫秒甚至微秒级；在多模通信场景中，要求通信服务可靠性高于99.999％且端到端延时在10毫秒内。因此面
向电力自动化的转发图编排，应以业务编排为核心，驱动资源编排提供相应资源，且编排要求物理隔离。
[0006]另一方面，工业业务在5G网络实现垂直化部署时涉及到自动化技术(Operational Technology,OT)，互联网技术(Internet Technology,IT)，通信技术(Communication Technology,CT)的紧密融合，然而OT、IT、CT三层具有不同的性能指标和建模方式，三者融合需实现模型表达的准确性，功能描述的一致性以及参数的有效传递能力。因此在电力自动化业务场景中，需借助有效的建模方法对OICT融合的业务场景进行统一建模，建立业务模型与VNF
‑
FG进程模型。进一步在统一建模的基础上分析模型间功能映射及参数传递，从而对分布式、OICT融合的电力自动化场景进行动态分析，解决任务之间的工作逻辑冲突和资源的合理分配问题，通过对VNF
‑
FG进程有效的编排来满足多样化业务的实时，可靠等确定性需求。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，解决现有技术存在的以下问题：电力自动化业务之间存在工作逻辑冲突、资源分配不合理，难以满足多样化电力自动化业务的实时、可靠等确定性需求。
[0008]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0009]一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，，基于Petri网的VNF
‑
FG全路径时间协调编排模型，在进行5G电力自动化业务编排时，将全路径的VNF
‑
FG时间协调问题转换为Petri网可达路径的库所时间协调问题，将业务时间性的需求分解到Petri网模型可达路径的选择和每一VNF进程停留时间的规划。
[0010]作为一种优选的技术方案，目标函数表示为：
[0011][0012]其中，F表示路径总时延，目标为使路径总时延最小，J＝{1,2,...,m}表示不同业务流集合，j表示业务流编号，m表示业务流总数，x、y分别表示某两个库所节点的编号，s表示服务功能链包含的库所节点总数，d
x,y
表示库所节点x到库所节点y的时延，为第一二进制决策变量，表示业务流j经过边<x,y>，表示业务流j不经过边<x,y>；
[0013]包括以下约束条件：
[0014][0015]其中，j
int
为及时确定性需求业务，需保障时延下界；j
ont
为准时确定性需求业务，需保障时延上下界；q表示时序逻辑顺序中的次序编号，1≤q≤n且q为整数，jcoq为时序逻辑顺序中第q次序的协同确定性需求业务，jcoq需保障到达的时序逻辑，J表示确定性需求业务集合；表示及时确定性需求业务的第一二进制决策变量，表示及时确定性需求业务的时延上界，表示准时确定性需求业务的时延下界，表示及时确定性需求业务的第一二进制决策变量，表示准时确定性需求业务的时延上界，表示属于协同确定性需求业务的业务流1的第一二进制决策变量，表示属于协同确定性需求业务的业务流1的入网时间，表示属于协同确定性需求业务的业务流n的入网时间，表示属于协同确定性需求业务的业务流n的第一二进制决策变量。
[0016]作为一种优选的技术方案，对于具有强依赖的库所节点集合，满足以下条件：
[0017]S
e
＜S
e+1
，e≥0Ue+1∈ε；
[0018]其中，ε为按照服务功能链先后顺序排列并定义的库所节点集合，ε∈V，V为所有库所节点的集合，e表示该集合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，其特征在于，基于Petri网的VNF
‑
FG全路径时间协调编排模型，在进行5G电力自动化业务编排时，将全路径的VNF
‑
FG时间协调问题转换为Petri网可达路径的库所时间协调问题，将业务时间性的需求分解到Petri网模型可达路径的选择和每一VNF进程停留时间的规划。2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，其特征在于，目标函数表示为：其中，F表示路径总时延，目标为使路径总时延最小，J＝{1,2,...,m}表示不同业务流集合，j表示业务流编号，m表示业务流总数，x、y分别表示某两个库所节点的编号，s表示服务功能链包含的库所节点总数，d
x,y
表示库所节点x到库所节点y的时延，为第一二进制决策变量，表示业务流j经过边<x,y>，表示业务流j不经过边<x,y>；包括以下约束条件：其中，j
int
为及时确定性需求业务，需保障时延下界；j
ont
为准时确定性需求业务，需保障时延上下界；q表示时序逻辑顺序中的次序编号，1≤q≤n且q为整数，jcoq为时序逻辑顺序中第q次序的协同确定性需求业务，jcoq需保障到达的时序逻辑，J表示确定性需求业务集合；表示及时确定性需求业务的第一二进制决策变量，表示及时确定性需求业务的时延上界，表示准时确定性需求业务的时延下界，表示及时确定性需求业务的第一二进制决策变量，表示准时确定性需求业务的时延上界，表示属于协同确定性需求业务的业务流1的第一二进制决策变量，表示属于协同确定性需求业务的业务流1的入网时间，表示属于协同确定性需求业务的业务流n的入网时间，表示属于协同确定性需求业务的业务流n的第一二进制决策变量。3.根据权利要求2所述的一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，其特征在于，对于具有强依赖的库所节点集合，满足以下条件：
S
e
＜S
e+1
，e≥0∪e+1∈ε；其中，ε为按照服务功能链先后顺序排列并定义的库所节点集合，ε∈V，V为所有库所节点的集合，e表示该集合中某库所节点编号，S
e
表示库所节点e开始处理业务流量的时刻。4.根据权利要求3所述的一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，其特征在于，目标函数还受第二二进制决策变量约束：当时表示C
k
可由虚拟化下的物理设备n提供支持；其中，为第二二进制决策变量，n为库所节点所映射的物理设备节点，库所节点与物理设备之间存在多对多映射关系。5.根据权利要求4所述的一种基于5G网络能力开放的电力自动化业务编排方法，其特征在于，目标函数还受第三二进制决策变量约束：其中，为第三二进制决策变量，表...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鑫，晏尧，邓雪波，李秉毅，梁柯，刘欣宇，赵理，朱睿，杨高峰，宫林，李俊杰，宋伟，李松浓，向菲，万凌云，雷娟，梁花，李洋，陈妍霖，李玮，刘小源，张森，张伟，韩世海，杨峰，高爽，尹心，江金洋，程晓，於舰，吴高翔，王雪文，景钰文，张逸，游梓霖，
申请(专利权)人：重庆大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：