边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法和装置

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是涉及一种边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法和装置。

背景技术

在配电网中，智能设备数量巨大，待处理信息量呈爆炸式增长，有效降低边缘数据的处理延时成为目前亟需解决的问题之一。目前，边缘计算技术在配电网中的应用存在“边-边交互”及“边-端交互”等方式，且具有边缘计算能力的电动汽车充电设施具有一定的业务处理独立性。充电设施的所处位置、管控区域及其承担的业务直接影响系统数据传输特性与处理特性等，故在多个充电设施协同处理系统数据架构下，合理部署充电设施对提高系统数据处理实时性、计算资源利用率具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法和装置，能够提高系统数据处理实时性和计算资源利用率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法，包括以下步骤：

根据系统节点分布确定边缘充电设施管控节点的划分方案，以确定系统的各节点簇；

建立考虑业务关联的具有边缘计算能力的边缘充电设施部署与业务分配的双层模型，所述双层模型包括外层模型和内层模型，所述外层模型以总处理延时最小为目标求解系统应用服务在各边缘充电设施间的分配；所述内层模型基于所述划分方案以传输延时最小为目标求解所述边缘充电设施在节点簇内的部署；

利用预设算法求解所述双层模型，并将得到最优解作为边缘充电设施部署和业务分配结果进行分配，实现系统业务处理实时性的最优。

所述根据系统节点分布确定边缘充电设施管控节点的划分方案，具体包括：

根据边缘充电设施数量和数据节点数量确定边缘充电设施管控的平均节点数；

任意选取所述平均节点数的数据节点组成节点簇，计算各节点簇的节点相对距离之和；

对节点簇的节点相对距离之和进行排序得到数列A；

沿设定方向依次选取距离最近的所述平均节点数的数据节点组成新的节点簇，并计算各新的节点簇的节点相对距离之和，并选出最大值，并确定最大值在所述数列A中的位置m；

确定数列A中前m个节点簇中不含公共节点的节点簇，对各组合的节点相对距离之和进行求和，求和值最小的组合作为系统各节点簇的并集。

所述根据边缘充电设施数量和数据节点数量确定边缘充电设施管控的平均节点数时，通过

所述节点簇的节点相对距离之和通过

所述外层模型的目标函数为：minD

所述边缘充电设施e处理业务a时产生的计算延时通过

所述数据节点i与边缘充电设施e间的通信延时通过

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种边缘充电设施与配电网的通讯延时优化装置，包括：

划分方案确定模块，用于根据系统节点分布确定边缘充电设施管控节点的划分方案，以确定系统的各节点簇；

双层模型建立模块，用于建立考虑业务关联的具有边缘计算能力的边缘充电设施部署与业务分配的双层模型，所述双层模型包括外层模型和内层模型，所述外层模型以总处理延时最小为目标求解系统应用服务在各边缘充电设施间的分配；所述内层模型基于所述划分方案以传输延时最小为目标求解所述边缘充电设施在节点簇内的部署；

分配模块，用于利用预设算法求解所述双层模型，并将得到最优解作为边缘充电设施部署和业务分配结果进行分配，实现系统业务处理实时性的最优。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述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边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法的步骤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明充分考虑节点位置差异对部署方案的影响，使得部署方案和业务安排方案更加合理。本发明联合考虑了充电设施部署和业务分配，提高业务处理性能，可行性强。本发明统筹考虑了计算延时和通信延时，分析结果准确率高。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法的流程图；

图2是本发明第一实施方式中系统各节点簇划分流程图；

图3是本发明第一实施方式中求解双层模型的流程图；

图4是本发明第二实施方式的边缘充电设施与配电网的通讯延时优化的结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法，如图1所示，包括以下步骤：

根据系统节点分布确定边缘充电设施管控节点的划分方案，以确定系统的各节点簇；

建立考虑业务关联的具有边缘计算能力的边缘充电设施部署与业务分配的双层模型，所述双层模型包括外层模型和内层模型，所述外层模型以总处理延时最小为目标求解系统应用服务在各边缘充电设施间的分配；所述内层模型基于所述划分方案以传输延时最小为目标求解所述边缘充电设施在节点簇内的部署；

利用预设算法求解所述双层模型，并将得到最优解作为边缘充电设施部署和业务分配结果进行分配，实现系统业务处理实时性的最优。

本实施方式以电动汽车充电设施为例，系统的通信拓扑结构包含数据分析设备、采集设备与指令执行终端，数据分析设备是指具有边缘计算能力的电动汽车充电设施，采集设备和指令执行终端分别指配电网中实现数据采集的数据节点(data points,DP)与实现指令操作功能的物理设备。在信息处理过程中，DP的数据信息上送至电动汽车充电设施，电动汽车充电设施根据系统分配的业务实现对接收的数据的处理，并将处理结果信息与其他电动汽车充电设施进行通信共享，而电动汽车充电设施将处理指令下达至执行终端并由其完成，执行终端将处理完的结果返回电动汽车充电设施。

具有边缘计算能力的电动汽车充电设施处理的业务信息包括基础业务与应用服务两类，基础业务指电动汽车充电设施对管控范围内每个DP均需完成的处理任务，应用服务指在完成基础业务后的一些高级应用服务。系统的应用服务的数据处理任务由一个电动汽车充电设施完成，故分别将每个应用服务部署于一个电动汽车充电设施上。对于每个电动汽车充电设施需执行的基础业务均可并行处理，并将处理结果按业务处理逻辑输入至下一业务。

基于上述系统的通信拓扑结构，可以根据系统节点分布确定电动汽车充电设施管控节点的划分方案，将电动汽车充电设施e管控的DP称为一个节点簇S

实现节点簇内电动汽车充电设施的部署的前提是对DP进行划分，划分依据主要是电动汽车充电设施所管控的DP的数量及位置。设电动汽车充电设施e管控的节点数为h

其中，P

如图2所示，在确定节点簇内的节点数量后，任取h

其中，计算节点簇的节点相对距离之和L

其中，L

根据上述电动汽车充电设施处理的业务，可以建立考虑业务关联的具有边缘计算能力的电动汽车充电设施部署与业务分配的双层模型，其中，外层模型以总处理延时最小为目标求解系统应用服务在各充电设施间的分配；内层模型以传输延时最小为目标求解电动汽车充电设施在节点簇内的部署。

对于内层模型中每种充电设施部署方案，外层模型可计算得到一种实时性最优的应用服务分配方案，外层模型在遍历所有分配方案后确定总延时最小的应用服务分配方案及其对应的充电设施部署情况。

外层模型以优化系统数据处理延时为目标：

min D

其中，D

DP业务数据处理响应时间包括充电设施中业务应用模型对数据的处理时间t

在充电设施内，任务处理时占用CPU资源，所需的处理时间以经过的CPU时钟周期的多少进行表征，当以单位处理频率f

其中，w

数据在通信网络的传输造成传输延时与传输的数据量大小成正相关、与传输速率成负相关，所以数据节点i与电动汽车充电设施e间的传输延时d

/>

其中，u

在本实施方式的系统通信架构中，电动汽车充电设施与节点簇内的数据节点及系统其他充电设施间的相对位置关系直接影响节点簇的数据传输延时，本实施方式中的内层模型以实现充电设施于节点簇中的部署，使系统业务处理延时最小。根据外层模型中通信延时的描述，建立内层模型的目标函数如下所示：

min D

利用预设算法求解所述双层模型，并将得到最优解作为电动汽车充电设施部署和业务分配结果进行分配，实现系统业务处理实时性的最优。本实施方式可以利用CPLEX求解双层优化问题，系统业务处理成本分析过程中，需要同时考虑电动汽车充电设施管控的节点及其部署节点的选取，以及充电设施协同处理的业务类型，在实现节点簇划分的基础上，双层模型等价为求解ζ

不难发现，本发明充分考虑节点位置差异对部署方案的影响，使得部署方案和业务安排方案更加合理。本发明联合考虑了充电设施部署和业务分配，提高业务处理性能，可行性强。本发明统筹考虑了计算延时和通信延时，分析结果准确率高。

本发明的第二实施方式涉及一种边缘充电设施与配电网的通讯延时优化装置，如图4所示，包括：

划分方案确定模块，用于根据系统节点分布确定边缘充电设施管控节点的划分方案，以确定系统的各节点簇；

双层模型建立模块，用于建立考虑业务关联的具有边缘计算能力的边缘充电设施部署与业务分配的双层模型，所述双层模型包括外层模型和内层模型，所述外层模型以总处理延时最小为目标求解系统应用服务在各边缘充电设施间的分配；所述内层模型基于所述划分方案以传输延时最小为目标求解所述边缘充电设施在节点簇内的部署；

分配模块，用于利用预设算法求解所述双层模型，并将得到最优解作为边缘充电设施部署和业务分配结果进行分配，实现系统业务处理实时性的最优。

所述划分方案确定模块包括：

第一确定单元，用于根据边缘充电设施数量和数据节点数量确定边缘充电设施管控的平均节点数；

第一计算单元，用于任意选取所述平均节点数的数据节点组成节点簇，计算各节点簇的节点相对距离之和；

排序单元，用于对节点簇的节点相对距离之和进行排序得到数列A；

第二确定单元，用于沿设定方向依次选取距离最近的所述平均节点数的数据节点组成新的节点簇，并计算各新的节点簇的节点相对距离之和，并选出最大值，并确定最大值在所述数列A中的位置m；

第二计算单元，用于确定数列A中前m个节点簇中不含公共节点的节点簇，对各组合的节点相对距离之和进行求和，求和值最小的组合作为系统各节点簇的并集。

所述第一确定单元通过

所述第一计算单元通过

所述双层模型建立模块建立的外层模型的目标函数为：minD

所述边缘充电设施e处理业务a时产生的计算延时通过

所述数据节点i与边缘充电设施e间的通信延时通过

本发明的第三实施方式涉及一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述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第一实施方式的边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法的步骤。

本发明的第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施方式的边缘充电设施与配电网的通讯延时优化方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。