白明輝，苗宏佳，張婉明，寧巖，孫文宇

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司，河北承德 067000）

邊云協(xié)同是多數(shù)部署邊緣計(jì)算方法中的關(guān)鍵處理原則，可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景邊緣側(cè)節(jié)點(diǎn)的分布情況，確定協(xié)同方案的實(shí)際實(shí)施強(qiáng)度，大體上包含智能協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、應(yīng)用協(xié)同、資源協(xié)同等幾種不同的執(zhí)行方向?！斑呍啤币步小霸七吘墶?，指的是中心云服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的延伸行為，在邏輯關(guān)系上，它屬于中心云的核心組成部分，其主要能力的提供及處理都必須依賴中心云服務(wù)之間的緊密協(xié)同關(guān)系[1-2]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，邊云協(xié)同能夠針對(duì)所涉及場(chǎng)景的表現(xiàn)情況，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息量進(jìn)行妥善的安排與規(guī)劃。

在電網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘型統(tǒng)計(jì)策略在標(biāo)識(shí)映射條件的支持下，對(duì)各項(xiàng)電氣異常數(shù)據(jù)參量進(jìn)行重排處理，再根據(jù)殘余電壓的具體數(shù)值結(jié)果，確定單向挖掘指令的實(shí)際執(zhí)行深度[3-5]。然而此類方法對(duì)于電量數(shù)據(jù)的處理能力相對(duì)有限，并不能將電氣設(shè)備異常行為的所有表現(xiàn)形式全部考慮在內(nèi)。為解決此問題，提出基于邊云協(xié)同的電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，在邊緣云架構(gòu)的支持下，計(jì)算數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比的具體數(shù)值，再根據(jù)數(shù)據(jù)降維的實(shí)施條件，得到準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)度量數(shù)值結(jié)果。

1 電氣網(wǎng)絡(luò)的邊云協(xié)同體系

電氣網(wǎng)絡(luò)的邊云協(xié)同體系由邊緣云架構(gòu)、統(tǒng)計(jì)任務(wù)格式條件、數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比三部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 邊緣云架構(gòu)

電氣網(wǎng)絡(luò)的邊緣云架構(gòu)由應(yīng)用層、邊緣服務(wù)層、邊緣云場(chǎng)景三部分共同組成，如圖1 所示。其中，邊緣服務(wù)層由應(yīng)用開發(fā)接口、設(shè)備接入中間件、服務(wù)提供中心、數(shù)據(jù)中心等多個(gè)結(jié)構(gòu)共同組成。服務(wù)提供中心直接與上級(jí)應(yīng)用開發(fā)接口相連，在已知電氣設(shè)備主機(jī)運(yùn)行情況的前提下，應(yīng)用層體系的執(zhí)行能力越強(qiáng)，電氣網(wǎng)絡(luò)邊云協(xié)同體系的穩(wěn)定性程度就越高。數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)與下級(jí)設(shè)備接入中間件相連，能夠根據(jù)云執(zhí)行主機(jī)的具體執(zhí)行能力，更改體系內(nèi)電氣數(shù)據(jù)資源的管理與控制情況，并可在維護(hù)資源共享交換水平的前提下，對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行定向化的分析與處理[6]。

圖1 邊緣云架構(gòu)形式

1.2 統(tǒng)計(jì)任務(wù)格式條件

統(tǒng)計(jì)任務(wù)格式條件包含服務(wù)要求、數(shù)據(jù)信息、認(rèn)證token、客戶端標(biāo)識(shí)號(hào)、時(shí)間戳、標(biāo)識(shí)號(hào)6 個(gè)主要信息條件。

1）服務(wù)要求：表示電氣設(shè)備出現(xiàn)異常行為的情況下，各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)對(duì)邊云協(xié)同體系服務(wù)的具體要求，如實(shí)時(shí)性、可靠性等。

2）數(shù)據(jù)信息：表示電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)的實(shí)際數(shù)據(jù)信息。

3）認(rèn)證token：電氣網(wǎng)絡(luò)邊云協(xié)同體系利用認(rèn)證token 驗(yàn)證數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)的合法性，并拒絕不合理的服務(wù)連接請(qǐng)求[7-8]。

4）客戶端標(biāo)識(shí)號(hào)：客戶端是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)請(qǐng)求的發(fā)起方，包括邊云網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及體系平臺(tái)用戶，所有數(shù)據(jù)字段都能表明電氣執(zhí)行任務(wù)的來源。

5）時(shí)間戳：統(tǒng)計(jì)任務(wù)產(chǎn)生的時(shí)間，用于避免數(shù)據(jù)信息的重復(fù)出現(xiàn)。

6）標(biāo)識(shí)號(hào)：標(biāo)識(shí)電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)的唯一編號(hào)。

1.3 數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比

邊云協(xié)同體系的任務(wù)處理時(shí)間主要消耗在數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)匯總等多個(gè)方面。電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比是一種定向化的信息參量指標(biāo)，表示信息參量在單位時(shí)間內(nèi)的消化與執(zhí)行情況，一般來說，數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比的物理數(shù)值越大，電氣網(wǎng)絡(luò)邊云協(xié)同體系的穩(wěn)定性水平也就越高[9-10]。在不考慮其他干擾條件的情況下，數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比指標(biāo)同時(shí)受到異常記錄數(shù)據(jù)單位傳輸量、統(tǒng)計(jì)判別時(shí)間兩項(xiàng)物理量的直接影響。設(shè)代表異常記錄數(shù)據(jù)單位傳輸量，Δt代表統(tǒng)計(jì)判別時(shí)長(zhǎng)，聯(lián)立上述物理量，可將數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比計(jì)算結(jié)果表示為：

式中，μ表示邊云協(xié)同體系中的電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)判別系數(shù)，λ表示數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征值，表示待統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息的協(xié)同處理均值量。

2 電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在電氣網(wǎng)絡(luò)邊云協(xié)同體系的支持下，按照數(shù)據(jù)降維、iTree 構(gòu)造、統(tǒng)計(jì)度量計(jì)算的處理流程，完成邊云協(xié)同下電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

2.1 數(shù)據(jù)降維

數(shù)據(jù)降維是一種重要的電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與度量方法，可在邊云協(xié)同環(huán)境下，分析待統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參量之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，一方面可保障物理信息參量之間的特征相似性，另一方面也能夠避免數(shù)據(jù)信息過量負(fù)荷行為的出現(xiàn)[11-12]。對(duì)于電氣網(wǎng)絡(luò)的邊云協(xié)同體系來說，任何一種信息參量的偏轉(zhuǎn)都有可能導(dǎo)致異常記錄數(shù)據(jù)的維度條件出現(xiàn)相對(duì)混亂的狀態(tài)。設(shè)k代表異常記錄數(shù)據(jù)的原始維度存在條件，隨著電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，該項(xiàng)物理系數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)的最大值結(jié)果能夠達(dá)到物理數(shù)值y，聯(lián)立式（1），可將電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)的降維處理結(jié)果表示為：

式中，β表示電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)之間的相似性特征，qmax表示統(tǒng)計(jì)量的最大值結(jié)果，I表示待統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參量的原始存在特征值。

2.2 iTree構(gòu)造

iTree 結(jié)構(gòu)決定了電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)在單位時(shí)間內(nèi)的傳輸方向，可在已知邊云協(xié)同原則作用能力的基礎(chǔ)上，對(duì)最高電氣利用率、電量負(fù)荷率、電量數(shù)據(jù)傳輸行為等統(tǒng)計(jì)量特征進(jìn)行重新規(guī)劃，不但能夠輔助異常記錄數(shù)據(jù)集合的制定，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征的定義與安排。一個(gè)完整的iTree 結(jié)構(gòu)需要同時(shí)包含統(tǒng)計(jì)量節(jié)點(diǎn)、特征統(tǒng)計(jì)行為等多項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo)[13-14]。其中，統(tǒng)計(jì)量節(jié)點(diǎn)直接與電氣設(shè)備的負(fù)荷曲線對(duì)應(yīng)，一般情況下，iTree 結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，電氣設(shè)備負(fù)荷曲線的偏移程度越大。特征統(tǒng)計(jì)行為則與待統(tǒng)計(jì)的電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，記錄了電氣設(shè)備在邊云協(xié)同環(huán)境下的運(yùn)行狀態(tài)與連接狀態(tài)，能夠使異常記錄數(shù)據(jù)長(zhǎng)期呈現(xiàn)出絕對(duì)穩(wěn)定的存在狀態(tài)。iTree 結(jié)構(gòu)的構(gòu)造流程圖如圖2 所示。

圖2 iTree結(jié)構(gòu)的構(gòu)造流程圖

2.3 統(tǒng)計(jì)度量計(jì)算

統(tǒng)計(jì)度量描述了電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)所具備的集合應(yīng)用能力，在iTree 結(jié)構(gòu)之中，由于邊云協(xié)同體系始終保持相對(duì)穩(wěn)定的存在狀態(tài)，所以統(tǒng)計(jì)度量條件能夠決定數(shù)據(jù)信息參量的最終統(tǒng)計(jì)與處理結(jié)果[15-16]。規(guī)定g1、g2、…、gn分別代表n個(gè)不同的數(shù)據(jù)指標(biāo)量統(tǒng)計(jì)權(quán)限值，在邊云協(xié)同環(huán)境中，系數(shù)值n的可取值結(jié)果必須為正整數(shù)，且隨著待統(tǒng)計(jì)電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)量的增大，系數(shù)值n的取值結(jié)果也會(huì)不斷增大。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將統(tǒng)計(jì)度量計(jì)算結(jié)果表示為：

式中，μ表示基于iTree 結(jié)構(gòu)的電氣網(wǎng)絡(luò)邊云協(xié)同體系穩(wěn)定系數(shù)，f表示電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)集合中的信息統(tǒng)計(jì)條件，χ表示既定的電氣設(shè)備異常運(yùn)行數(shù)據(jù)標(biāo)度量。至此，完成各項(xiàng)系數(shù)指標(biāo)的計(jì)算與處理，在邊云協(xié)同原則的支持下，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法的順利應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

以50 min 作為實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，每隔5 min 對(duì)圖3 所示電氣設(shè)備主機(jī)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行一個(gè)記錄，整合所有記錄數(shù)據(jù)，并從中選取多個(gè)異常記錄信息作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)信息采取邊云協(xié)同下的電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)對(duì)照組數(shù)據(jù)信息采取數(shù)據(jù)挖掘型統(tǒng)計(jì)處理策略。

圖3 電氣設(shè)備主機(jī)

規(guī)定電壓不超過220 V、電流不超過35 A 為非異常數(shù)據(jù)記錄結(jié)果，表1 記錄了實(shí)驗(yàn)過程中，異常數(shù)據(jù)、非異常數(shù)據(jù)的具體存在情況。

表1 電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)采集

分析表1可知，在第15 min、第20 min、第30 min、第35 min、第45 min 時(shí)，電氣設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)均屬于異常數(shù)據(jù)，因此該次實(shí)驗(yàn)必須分5 組同時(shí)進(jìn)行。

測(cè)量在上述5 種情況下，待統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)電量行為的具體變化情況，電量行為變化趨勢(shì)如圖4 所示。

圖4 電量行為變化趨勢(shì)

分析圖4 可知，實(shí)驗(yàn)組待統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)電量行為始終保持相對(duì)穩(wěn)定的波動(dòng)存在狀態(tài)；對(duì)照組待統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)電量行為的變化趨勢(shì)基本與實(shí)驗(yàn)組保持一致，但其均值水平卻相對(duì)較低。從極限值角度來看，實(shí)驗(yàn)組最大值9.7×105C，與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為第35 min，此時(shí)的電壓數(shù)值為223 V，電流數(shù)值為36.2 A；對(duì)照組最大值7.0×105C，與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為第45 min，此時(shí)的電壓數(shù)值為234 V，電流數(shù)值為36.0 A，與實(shí)驗(yàn)組數(shù)值相比，電量水平下降了2.7×105C。實(shí)驗(yàn)組最小值為8.9×105C，與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為第20 min，此時(shí)的電壓數(shù)值為226 V，電流數(shù)值為36.8 A；對(duì)照組最小值2.1×105C，與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為第30 min，此時(shí)的電壓數(shù)值為232 V，電流數(shù)值為35.7 A，與實(shí)驗(yàn)組數(shù)值相比，電量水平下降了6.8×105C。若僅從自體差值的角度來看，實(shí)驗(yàn)組最大電量、最小電量之間的物理差值為0.8×105C，而對(duì)照組最大電量、最小電量之間的物理差值為4.9×105C，其數(shù)值遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組。

綜上可知，在基于邊云協(xié)同記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法的作用下，電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)的電量行為明顯更穩(wěn)定，極大值、極小值之間的物理差值水平相對(duì)較低，能夠從電量數(shù)據(jù)的角度上，將所有電氣設(shè)備的異常行為全部考慮在內(nèi)，較為符合實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法在邊云協(xié)同原則的作用下，對(duì)原有邊緣云架構(gòu)進(jìn)行完善，一方面定義統(tǒng)計(jì)任務(wù)格式的具體類型，另一方面計(jì)算數(shù)據(jù)處理響應(yīng)比的實(shí)際數(shù)值。在已知數(shù)據(jù)降維條件的前提下，iTree 結(jié)構(gòu)能夠提供較為全面的參考因素，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)統(tǒng)計(jì)度量值的有效計(jì)算，也可避免電壓、電流等外界要素對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于已知的電氣設(shè)備狀態(tài)異常記錄數(shù)據(jù)來說，電量行為變化程度明顯縮小，可輔助后續(xù)信息參量整合與處理指令的順利進(jìn)行，在穩(wěn)定記錄異常數(shù)據(jù)表現(xiàn)行為方面具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。