岳歐, 龔玲玲, 李嘉懿, 吳浩瀚
(國網(wǎng)四川省電力公司, 廣安供電公司,四川, 廣安 638000)
低壓電力線數(shù)據(jù)通信是一種把低壓電力線作為載波通道進行數(shù)據(jù)傳遞與交換的通信技術。電力企業(yè)通過無線網(wǎng)絡傳送音頻、文字以及影像等數(shù)據(jù)來達到監(jiān)督電網(wǎng)系統(tǒng)運行是否安全的目的,同時通過大數(shù)據(jù)的支撐,使電能的供應能夠精準、及時。
文獻[1]提出基于雙鏈接無線網(wǎng)絡的電力通信數(shù)據(jù)分流方法,計算電力分流函數(shù)與數(shù)據(jù)單元密度,根據(jù)上述結果確定雙鏈接無線網(wǎng)絡的分流參數(shù)值,完成電力通信數(shù)據(jù)分流。文獻[2]提出基于鏈路調(diào)制的電力通信數(shù)據(jù)分流方法,計算通信節(jié)點的信息量,以降低數(shù)據(jù)丟失概率,匹配節(jié)點信息量與傳輸帶寬的適應度,完成通信數(shù)據(jù)分流。上述分流會導致部分重要數(shù)據(jù)遺失,破壞獲取電力大數(shù)據(jù)的完整性。因此,提出基于邊緣計算的低壓電力通信數(shù)據(jù)分流方法。
邊緣計算技術指的是利用將服務器設置在無線接入側,以此使無線接入網(wǎng)獲得IT與云計算的功能[3]。無線接入網(wǎng)因而擁有了低時延、高帶寬的傳輸特征,能夠很大程度上解決今后移動網(wǎng)絡在帶寬以及時延2個方面的問題[4-6]?;谶吘売嬎慵夹g的通信數(shù)據(jù)分流平臺如圖1所示。
圖1 基于邊緣計算技術的數(shù)據(jù)分流平臺
本文主要設計目標為以下幾點。
(1)本地業(yè)務
利用基于邊緣計算技術的通信數(shù)據(jù)分流平臺,用戶能夠直接進入本地網(wǎng)絡,使本地的業(yè)務數(shù)據(jù)流可以直接通過通信數(shù)據(jù)分流平臺傳輸?shù)奖镜鼐W(wǎng)絡,不再需要通過核心網(wǎng)。
(2)公網(wǎng)業(yè)務
用戶能夠通過2種形式訪問公網(wǎng)業(yè)務。一是通過通信數(shù)據(jù)分流平臺將全部的公網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)直接傳送到核心網(wǎng);二是基于通信數(shù)據(jù)分流平臺,利用本地分流的方式從本地代理服務器接入Internet來處理指定的IP業(yè)務。
(3)終端/網(wǎng)絡
本地分流方案若想實現(xiàn)數(shù)據(jù)分流,就要利用基于邊緣計算技術的通信數(shù)據(jù)分流平臺合理部署終端與網(wǎng)絡。該技術方案不需要再改造終端用戶以及核心網(wǎng),基于邊緣計算技術的本地分流方案降低了現(xiàn)網(wǎng)應用部署的難度[7]。
低壓電力通信數(shù)據(jù)分流和系統(tǒng)電力服務質(zhì)量參數(shù)是緊密相連的,所以需要在確定系統(tǒng)相關參數(shù)的基礎上進行數(shù)據(jù)分流,電力大數(shù)據(jù)分流的優(yōu)先級是由平臺系統(tǒng)對電力數(shù)據(jù)誤差的容忍程度決定的,容忍程度越高,數(shù)據(jù)分流就會越精確[8-10]。低壓電力數(shù)據(jù)分流單元的結構如圖2所示。
圖2 低壓電力通信數(shù)據(jù)分流單元結構
為了實現(xiàn)電力通信數(shù)據(jù)的精準分流,以邊緣計算為依據(jù)的本地分流方案具體包括以下環(huán)節(jié):
(1)本地分流;
(2)控制面數(shù)據(jù)分流;
(3)上行用戶面數(shù)據(jù)處理;
(4)下行用戶面數(shù)據(jù)處理。
為了實現(xiàn)低壓電力通信數(shù)據(jù)的精準分流,需要計算低壓電力通信數(shù)據(jù)的分流評價指標函數(shù)。
(1)
設n為接入的邊緣節(jié)點個數(shù),N為所有低壓電力用戶的個數(shù),再設電力網(wǎng)絡的全部覆蓋范圍為S,則低壓電力大數(shù)據(jù)單元密度ρj(t)可以用t時刻的單個網(wǎng)絡接入用戶nj(t)進行表達:
(2)
電力網(wǎng)絡覆蓋范圍S涵蓋的用戶數(shù)和用戶規(guī)??勺鳛檫吘壏召|(zhì)量重要參數(shù)計算的決定性依據(jù)[11]。為了使電力服務系統(tǒng)中的相關參數(shù)更為準確,將電力用戶滿意度評價指標函數(shù)ηj(t)作為數(shù)據(jù)分流精度的基本判定條件:
(3)
其中,hmax、hmin分別表示分流標簽的最大值與最小值。
根據(jù)計算獲得的分流評價指標函數(shù),確定低壓電力大數(shù)據(jù)的邊緣服務質(zhì)量參數(shù)如下:
(4)
其中,δ表示用戶容忍度,Q1、Q2和Q3為3種電力用戶的容忍度上限,當容忍度滿足條件0 首先要找出系統(tǒng)的邊緣服務質(zhì)量參數(shù),然后就能夠根據(jù)用戶各自的分類標簽以及用戶低壓電力大數(shù)據(jù)的主要特點,把獲取的低壓電力大數(shù)據(jù)全部輸入到平臺的各個數(shù)據(jù)傳輸通道里面,使電力大數(shù)據(jù)的的分流規(guī)范化,通過用戶的分類標簽找出服務質(zhì)量參數(shù)以及評價指標函數(shù)。數(shù)據(jù)分流的實現(xiàn)過程如圖3所示。 圖3 低壓電力通信數(shù)據(jù)分流流程 需要分流的低壓電力通信數(shù)據(jù)量是十分龐大的,電力分流是不斷循環(huán)的,對需要分流的數(shù)據(jù)設定特定的分流標準,一旦未達到該標準,數(shù)據(jù)將被退回到用戶層,再次分配分類標簽,進行又一批次的數(shù)據(jù)分流操作,以此來保證低壓電力通信數(shù)據(jù)分流的精準性。 為了驗證基于邊緣計算的低壓電力通信數(shù)據(jù)分流方法的分流精準度,進行了對比實驗。 在IPv6試驗環(huán)境下,對數(shù)據(jù)分流方法的精準度進行對比分析,實驗所需的測試環(huán)境如表1所示。 表1 試驗所需的測試環(huán)境 低壓電力通信數(shù)據(jù)中的離線、在線數(shù)據(jù)資源如表2所示。 表2 離線、在線數(shù)據(jù)低壓電力通信數(shù)據(jù)資源 采用高配置PC主機,CPU為Inter Core i7,內(nèi)存為32 GB。 實驗對邊緣計算環(huán)境下的3個處理器分配數(shù)據(jù)流,如圖4所示。 (a)處理器1 由圖4可知,在處理器1下數(shù)據(jù)流數(shù)最高可達到1 000個,隨著時間增加,數(shù)據(jù)流數(shù)下降;在處理器2下數(shù)據(jù)流數(shù)在時間為30~35 s時,達到最高為1 000個;在處理器3下,數(shù)據(jù)流數(shù)基本保持不變,最高可達到600個。 根據(jù)上述內(nèi)容,分別采用基于雙鏈接無線網(wǎng)絡方法、基于鏈路調(diào)制方法與基于邊緣計算方法對低壓電力通信數(shù)據(jù)分流結果精準度進行對比分析。分流精度的計算式為 (5) 其中,Ttotal表示分流數(shù)據(jù)總量,T′表示未能完成分流的數(shù)據(jù)量。 不同處理器下,3種方法的分流精度對比結果如表3所示。 表3 不同方法下通信數(shù)據(jù)分流結果精準度對比分析 處理器1:當時間為10 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高22%;當時間為20 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高29%;當時間為30 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高26%;當時間為40 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流裂結果精準度高18%。用處理器,基于邊緣計算方法的最高分流結果精準度可達到98%。 處理器2:當時間為10 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高28%;當時間為20 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高20%;當時間為30 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高26%;當時間為40 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高22%。用處理器,基于邊緣計算方法最高分流結果精準度可達到95%。 處理器3:當時間為10 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高35%;當時間為20 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高33%;當時間為30 s時,基于邊緣計算方法2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高47%;當時間為40 s時,基于邊緣計算方法比2種傳統(tǒng)方法分流結果精準度高47%。用處理器,基于邊緣計算方法最高分流結果精準度可達到96%。 綜上所述基于邊緣計算的低壓電力通信數(shù)據(jù)分流方法分流結果精準度較高。 為了充分證明所提分流方法的有效性,以分流后電力網(wǎng)絡的吞吐量為實驗比較指標,進行3種方法的比較實驗。3種方法分流后的電力網(wǎng)絡吞吐量比較結果如圖5所示。 圖5 電力網(wǎng)絡吞吐量對比結果 從圖4的電力網(wǎng)絡吞吐量對比結果可以看出,隨著電力網(wǎng)絡信道數(shù)量的增加,基于邊緣計算分流方法處理后,電力網(wǎng)絡吞吐量的持續(xù)上升,而基于雙鏈接無線網(wǎng)絡分流方法與基于鏈路調(diào)制分流方法處理后,電力網(wǎng)絡的吞吐量波動較大,吞吐量均低于基于邊緣計算分流方法。 由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分流方法存在明顯的分流精度低的問題,因此基于邊緣計算的低壓電力通信數(shù)據(jù)分流方法應運而生。從電力通信用戶的角度出發(fā),將收集的電力大數(shù)據(jù)進行精準匹配,使數(shù)據(jù)分流更為準確、合理。 目前的技術與工藝還不夠成熟,所以低壓電力線數(shù)據(jù)的傳輸距離還很有限,不具備太強的競爭力。但技術的研發(fā)與創(chuàng)新一定會使低壓電力線數(shù)據(jù)通信沖破電信行業(yè)的屏障,在競爭激烈的通信市場中占有一席之地。3 實驗研究
3.1 實驗環(huán)境設定
3.2 數(shù)據(jù)資源分析
3.3 實驗結果與分析
4 總結