一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法技术

本发明专利技术涉及电力自动化技术领域，公开了一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，建立基于Petri网的VNF

【技术实现步骤摘要】
一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法


[0001]本专利技术涉及电力自动化
，具体是一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法。

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]5G转发图编排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网络资源调度。网络资源调度通常是通过流调度算法对业务流流经各节点的时延、优先级等进行控制，现有的主流流调度算法主要为时间敏感型网络(Time Sensitive Network,TSN)中提出的流调度算法。
[0006]对于时延要求高的业务流调度问题，若按照严格优先级的方式进行调度，当存在
时间敏感流时，会造成普通业务流服务的不确定性，并且不同优先级的时间敏感流之间也会互相影响。因此，TSN IEEE 802.1Qav协议中提出了整形算法CBS，CBS通过对时间敏感流进行流量整形和队列调度来减小时间敏感流的突发和保障其调度的优先级。然而有的电力自动化业务对确定性时延要求很高，如差动保护业务，严格优先级和CBS算法都不能满足差动保护业务的确定性需求。因为当低优先级数据帧正在传输时，高优先级数据帧需等待低优先级帧传输完成才能开始传输，算法不能保障高优先级业务的确定性时延需求。因此IEEE 802.1Qbv协议中提出了门操作机制，门操作机制基于时分多址TDMA(Time Division Multiple Access)的思想，为每个周期性数据流提前预留网络资源来保证数据流之间不会互相干扰和传输的实时性。
[0007]然而，网络中的业务量是有一定突发性，上述算法和机制对于限定周期内并不能保证合适的公平性，帧的调度顺序不应只决定于优先级，且帧的优先级不应保持不变，应使高优先级不被“撑死”，低优先级不被“饿死”。除此之外，对于电力自动化过程中，大量业务所需的NS部署过程可能存在逻辑冲突以及对共享资源的竞争问题，现有流调度技术未考虑上述问题。

技术实现思路

[0008]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，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及时、准时、协同等确定性需求。
[0009]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0010]一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，建立基于Petri网的VNF
‑
FG流调度模型，在进行5G网络资源调度时将节点调度问题转换成Petri网托肯调度问题。
[0011]作为一种优选的技术方案，VNF
‑
FG流调度模型中，每个业务流被表示成一个含托肯的库所，每个库所都与VNF进程的Petri模型中的变迁相连，多个业务流对资源的竞争抽象为对共享变迁t1的竞争；若业务流库所中的托肯发生转移表示VNF进程正在处理该业务；在节点调度前，多个业务流在VNF的端口处排队等待处理；当业务流处理完成时，进入下一个VNF进程处理。
[0012]作为一种优选的技术方案，业务流i的转发限制如下：
[0013][0014]令其中，i表示VNF
‑
FG流调度模型中一个在间隔(τ,t)内转发的业务流的编号，j表示VNF
‑
FG流调度模型中另一个在间隔(τ,t)内转发的业务流的编号，N表示VNF
‑
FG流调度模型中在间隔(τ,t)内转发的业务流总数，i≠j；i＝1,2...,N；j＝1,2...,N，i、j均必须是在(τ,t)内连续转发时才能成立，g
i
表示业务流i的确保速率，τ表示时间间
隔起点，t表示时间间隔终点，S
i
(τ,t)表示时间间隔(τ,t)内业务流i得到的服务量。
[0015]作为一种优选的技术方案，基于动态紧急度的确定性托肯调度算法进行5G网络资源调度。
[0016]作为一种优选的技术方案，基于动态紧急度的确定性托肯调度算法基于TSN的优先级调度算法和GPS算法，具体为：在建立的VNF
‑
FG节点流调度模型中，每个业务流被描述为含有托肯的库所，动态计算库所中托肯的优先级，每个托肯具有不同的优先级，托肯的优先级表示该业务流的优先级；在每一次调度时，根据托肯的优先级分配托肯调度的时隙。
[0017]作为一种优选的技术方案，动态优先本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，建立基于Petri网的VNF
‑
FG流调度模型，在进行5G网络资源调度时将节点调度问题转换成Petri网托肯调度问题。2.根据权利要求1所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，VNF
‑
FG流调度模型中，每个业务流被表示成一个含托肯的库所，每个库所都与VNF进程的Petri模型中的变迁相连，多个业务流对资源的竞争抽象为对共享变迁t1的竞争；若业务流库所中的托肯发生转移表示VNF进程正在处理该业务；在节点调度前，多个业务流在VNF的端口处排队等待处理；当业务流处理完成时，进入下一个VNF进程处理。3.根据权利要求2所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，业务流i的转发限制如下：令其中，i表示VNF
‑
FG流调度模型中一个在间隔(τ,t)内转发的业务流的编号，j表示VNF
‑
FG流调度模型中另一个在间隔(τ,t)内转发的业务流的编号，N表示VNF
‑
FG流调度模型中在间隔(τ,t)内转发的业务流总数，i≠j；i＝1,2...,N；j＝1,2...,N，i、j均必须是在(τ,t)内连续转发时才能成立，g
i
表示业务流i的确保速率，τ表示时间间隔起点，t表示时间间隔终点，S
i
(τ,t)表示时间间隔(τ,t)内业务流i得到的服务量。4.根据权利要求2或3所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，基于动态紧急度的确定性托肯调度算法进行5G网络资源调度。5.根据权利要求4所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，基于动态紧急度的确定性托肯调度算法基于TSN的优先级调度算法和GPS算法，具体为：在建立的VNF
‑
FG节点流调度模型中，每个业务流被描述为含有托肯的库所，动态计算库所中托肯的优先级，每个托肯具有不同的优先级，托肯的优先级表示该业务流的优先级；在每一次调度时，根据托肯的优先级分配托肯调度的时隙。6.根据权利要求5所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，动态优先级的计算受全路径规划的进程消耗时间要求与业务流到达该进程时的状态影响，将该优先级称为紧急度；在上一次调度时都会计算下一周期内需要调度的托肯的紧急程度，并以此决定下一周期的托肯调度的次序，基于动态紧急度的确定性托肯调度算法在每一进程中规划等待时间，实际等待时间越接近该时间紧急度越低，反之越高。7.根据权利要求6所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在于，基于动态紧急度的确定性托肯调度算法包括以下步骤：S1，对到达进程的不同业务流中的托肯进行分类，整体分为确定性需求托肯和非确定性需求托肯；
S2，获取托肯的特征信息；S3，计算紧急度C
i
(t)，根据紧急度动态编排每一业务流库所中托肯的调度顺序；S4，根据紧急度整体编排调度顺序，进而根据抖动特性、实际时延与期望时延差值进行调整，寻得最优排列方案，再将调度周期内剩余时间窗口分配给非确定性需求业务。8.根据权利要求7所述的一种面向电力自动化过程的5G网络资源调度方法，其特征在...

【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，刘小源，梁花，李洋，陈妍霖，李玮，张森，张伟，韩世海，杨峰，高爽，於舰，尹心，江金洋，程晓，吴高翔，王雪文，景钰文，张逸，秦弦，
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：