面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法及装置，通过模型算法进行按逐流逐跳的流量编排，实现所有高优先级TT流的确定性传输，大大避免了流量超时或是丢失的情况，以此满足虚拟电厂主站与用户资源的流量传输需求。该方法采取数学建模的方式调用求解器进行求解，建立的混合整数规划能够有效逼近5G+TSN网络的实际传输情况，将复杂的网络流量传输问题简化为公周期内的流量编排问题，编排出所有高优先级TT流确定性传输的流量调度方案，并结合流量传输时延最小、占用队列数最小等衡量指标，得到最优解，实现在现有资源限制下的最优编排。最优编排。最优编排。

【技术实现步骤摘要】
面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法及装置


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法及装置。

技术介绍

[0002]虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统，其概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”。
[0003]在能源互联网的大背景下，需求响应(Demand Response)能够有效地降低系统基本负荷与峰值负荷，弥补分布式电源下的区域电力供给不足，借助于虚拟电厂的多能集成互补性，通过实现分布式能源的动态优化组合，能够保障供需的实时平衡，深入挖掘分布式能源的潜力。
[0004]近年来，风电、太阳能发电装机日益增长，但风能、太阳能等随机性、间歇性和波动性特征，大规模、高比例接入将给电力系统平衡和电网安全运行带来一系列挑战。随着高比例可再生能源的并网，需要更为灵活的负荷侧资源，以虚拟电厂的形式参与电网互动，来确保电网的安全稳定。虚拟电厂通过先进的通信、计算、调度、市场手段把大量分散布置的中小规模的分布式资源进行统一管理，协调优化，释放系统灵活性；虚拟电厂通过聚合分散在电网中的分布式能源(即分布式发电、可控负荷和分布式储能)以使其成为可统一调度的“发电系统”，进而可以跟从调度指令、参与电能量市场和辅助服务市场。
[0005]在这样大规模分布式节点混杂的能源网情况下，如何保障所有节点通信业务流的传输成了最主要的挑战，当然随着5G等技术的发展，能够保证在先入先出的传输策略下所有流量最终都会传输至目的节点，但是这会导致传输时延的增长。对于复杂能源系统而言，其电力需求每时每刻都需要实现供需平衡才能降低损耗，在网络资源紧急的情况下，难以保障所有流量的传输效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法及装置，通过5G与TSN局域网间网络侧TSN转换器(NW
‑
TT)与设备侧TSN转换器(DS
‑
TT)实现全局时间同步，通过模型算法进行按逐流逐跳的流量编排，实现所有高优先级时间触发(Time
‑
Triggered，TT)流的确定性传输，大大避免了流量超时或是丢失的情况，以此满足工业领域内的流量传输需求。
[0007]为达到上述目的，本专利技术所述面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法，包括以下步骤：
[0008]S1，获取虚拟电厂仿真网络的拓扑结构以及周期性TT流配置信息；
[0009]S2，依据获取到的拓扑结构及流配置信息，计算得到每条流对应每一跳链路的信息；
代表对应流的跳数，k1、k2代表对应流的周期数，两个不等式的左边都是某条流的某一帧传输完成进入链路的时间点，右边是另一条和这条流产生冲突的流的某一帧开始传输的时间点。
[0030]进一步的，步骤S4中，若编排方案不可行，降低混合整数规划模型中的编排率约束参数重新求解，直至编排方案可行。
[0031]进一步的，步骤S5中，优化原有编排方案的方法为：对于无法编排的流量通过更换路由的方式避开大量TT流汇聚的转发端口。
[0032]一种面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排装置，包括：
[0033]信息获取单元，获取网络结构和流量信息；
[0034]模型构建单元，根据网络结构和流量信息建立混合整数优化模型；
[0035]模块求解单元，用于求解混合整数规划模型；
[0036]参数改进单元，在找到目前尽可能最优解的情况下，对无法编排的进行判断，如果是因为路由的问题产生无法编排的流量，对路由选择进行调整，如果是流量自身配置的问题，该流量默认为不可行流量；
[0037]结果输出单元，输出最终输出的编排方案。
[0038]一种面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排装置，包括电连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的编排方法的步骤。
[0039]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0040]该方法面向虚拟电厂通信层，充分考虑不同设备通过终端设备与虚拟电厂主站的实时信息交互，通过能源设备间的有线TSN与终端设备交互，并将需求通过5G信号传输到虚拟电厂主站进行综合考虑，实现全区域能源的高效利用。通过现有的分布式能源节点的高效信息传输，为虚拟电厂的调度可靠性提供了充分的保障，从而实现虚拟电厂与电网交互时的最大经济效益。
[0041]该方法针对5G网络中不同优先级流量进行基本的区分，通过网络切片实现端到端逻辑的“专业网络”，以匹配用户的业务需求，对照TSN网络下的TT流、AVB流、BE流三类不同优先级流量，为实现对于高优先级TT流优先且确定性传输，通过按照全局同步时钟规划下预留资源的方式实现服务质量保障。
[0042]该方法采用混合整数规划算法对实际问题进行建模仿真，将复杂的网络流量传输问题简化为公周期内的流量编排问题，通过对于流量属性的综合考虑，编排出所有高优先级TT流确定性传输的流量调度方案，并结合流量传输时延最小、占用队列数最小等衡量指标，得到最优解，实现在现有资源限制下的最优性编排。
[0043]进一步的，该方法还将5G网络考虑为特殊的TSN逻辑网桥，以有线TSN交换机中的门控队列机制仿真其切片分类功能，避免了尽力而为网络下优先级较低流量的不断积累，从而实现流量的确定性传输。
[0044]进一步的，该方法还设计了充分的改进余地与保障限制，通过对模型编排率的约束，避免了因无法放入现有网络的冲突流量导致不可解的情况，在此基础上可以进而得到未编排流量集合，并依据现有的流量编排情况进行对其路由的修改。这既能够保障模型的可解性，也能够提供修改路由等参数信息的可靠依据，从而实现对于网络的高效分析利用。
附图说明
[0045]图1为面向虚拟电厂的5G+TSN通信框架示意图；
[0046]图2为一种基于5G+TSN通信技术的混合整数模型优化方法流程图；
[0047]图3为混合整数优化模型的约束条件模块构造图；
[0048]图4为5G+TSN网络编排方法的结构图。
具体实施方式
[0049]为了使本专利技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术。
[0050]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取虚拟电厂仿真网络的拓扑结构以及周期性TT流配置信息；S2，依据获取到的拓扑结构及流配置信息，计算得到每条流对应每一跳链路的信息；S3，依据链路信息以及流配置信息建立混合整数规划模型；S4，求解混合整数规划模型，得到最优编排方案，确认公周期内每条流每一跳的转发时间及队列，并检验编排方案是否可行：若检测是可行方案，则执行S5；否则，更新混合整数规划模型，并重新求解；S5，检索是否有无法编排的流量，若没有无法编排的流量，输出编排方案；若有无法编排的流量，则根据检索结果优化原有编排方案。2.根据权利要求1所述的面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法，其特征在于，所述步骤S2，包括以下步骤：S201，构造目标函数，所述目标函数为使得占用高优先级队列数尽可能小，平均意义下端到端时延越小；S202，添加约束条件，所述约束条件包括最大队列约束，同流保序约束，周期约束，端到端时延约束，出口端口约束，队列约束和编排率约束。3.根据权利要求2所述的面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法，其特征在于，所述S201中，目标函数为：式中，m为流编号，M为流总数，k为流m在公周期内的小周期数编号，K(m)表示公周期内流m的小周期个数，表示第m条流第n帧在第j跳的出口端口第k个小周期开始传输的全局时钟时间，e
m
表示规定第m条流的端到端时延最大值。4.根据权利要求2所述的面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法，其特征在于，所述约束条件包括：最大队列约束，同流保序约束，周期约束，端到端时延约束，出口端口约束，队列约束和编排率约束。5.根据权利要求4所述的面向虚拟电厂的5G+TSN确定性流量编排方法，其特征在于，所述同流保序约束为：式中，表示第m条流第n帧第j跳第k周期开始传输的时间点；pt
m,n,j
表示第m条流第n帧第j跳的传输时间；不等式左边是流m的某一帧传输完成进入链路的时间点；不等式右边是该帧的下一帧开始传输的时间点；式中，d
m,j
表示第m条流第j跳在链路上传...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵训威，王志刚，白杰，张春玲，郭光明，胡明，付海璇，
申请(专利权)人：国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：