一种电力通信网动态带宽资源优化方法与流程

本申请涉及配电网通信的技术领域，具体而言，涉及一种电力通信网动态带宽资源优化方法。

背景技术：

配电通信网是国家电网公司智能电网建设的重要内容，各地广泛开展配电自动化、电能质量检测、配变实时检测、分布式能源接入等配电业务系统建设，并推动与之相适应的配网通信系统建设，基本形成以太网无源光网络(epon)、工业以太网、无线、载波复合组网的技术路线，有效支撑了各类智能配电业务的运行。

正是在这样的背景下，当前兴起的可编程集中控制式控制技术逐渐被电力系统所接受和认同。逻辑可编程集中的控制层面能够支持电力通信网络资源的灵活调度；灵活开放的接口能够支持其功能的按需调用；标准统一的南向接口能够实现设备的虚拟透明；而网络虚拟化技术与软件定义网络的结合又可以满足不同部门及业务对隔离性和安全性的需求。通过对物理网络和虚拟网络的融合控制及管理，实现智能和敏捷的配电通信网，有助于改变现有配电通信网络的静态化现状，并与以服务器领域为代表的主站动态化趋势相吻合，有力地为电力通信业务提供网络支撑，进一步实现电力通信网络向信息和通信技术(informationandcommunicationtechnology，ict)方向演进。

而现有技术中，配电网通信在利用光线路终端(opticallineterminal，olt)和光网络单元(opticalnetworkunit，onu)进行跨区域、跨网络数据通信时，首先要解决的就是传统光接入网带宽分配实时性差、存在局限性的问题，以便于实现网络带宽的分配与流量的变化实时同步。

技术实现要素：

本申请的目的在于：解决了光接入网带宽分配实时性差、存在局限性的问题，实现了带宽分配与流量变化的实时同步。

本申请的技术方案是：提供了一种电力通信网动态带宽资源优化方法，该动态带宽资源优化方法适用于配电网通信系统，配电网通信系统中包括至少一个城域网控制器、至少一个接入网控制器以及至少两个光线路终端olt，其中，任一个光线路终端连接有至少两个光网络单元onu，该动态带宽资源优化方法包括：步骤1，根据城域网控制器和接入网控制器的资源授权应用，分配光线路终端的第一带宽和光网络单元的第二带宽；步骤2，根据可变轮询周期，检测光线路终端中包含的光网络单元的实时网络流量，并计算光网络单元的阈值因子；步骤3，当判定阈值因子等于0时，根据第一带宽、第二带宽和实时网络流量，生成配电网通信系统的带宽优化策略，其中，带宽优化策略包括光线路终端的终端带宽优化策略和光网络单元的单元带宽优化策略。

上述任一项技术方案中，进一步地，可变轮询周期的计算公式为：

式中，c0为预设轮询周期，即可变轮询周期的初始值，e为自然常数，pm为第m个光线路终端的流量波动参数，m为光线路终端的编号。

上述任一项技术方案中，进一步地，阈值因子的计算公式为：

式中，amn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的第二带宽，bt为网络负载繁忙阈值，pmn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的流量波动参数，tmn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的实时网络流量，avmn为阈值因子。

上述任一项技术方案中，进一步地，生成带宽优化策略，具体包括：

步骤31，根据第一带宽和实时网络流量，计算阈值因子不为0的光网络单元的空闲带宽和值；

步骤32，根据空闲带宽和值和第二带宽，计算光网络单元的第二带宽优化值，并根据第二带宽优化值，生成单元带宽优化策略，其中，第二带宽优化值的计算公式为：

式中，ain为第i个光线路终端的第一带宽，iin为第i个光线路终端中第n个光网络单元的空闲带宽，空闲带宽和值的计算公式为：

式中，it为网络负载空闲阈值，tin为第i个光线路终端中第n个光网络单元的实时网络流量，pin为第i个光线路终端中第n个光网络单元的流量波动参数，

bij为第i个光线路终端中阈值因子为0的第j个光网络单元的带宽需求量，对应的计算公式为：

式中，bt为网络负载繁忙阈值，

b′ij为第i个光线路终端中阈值因子为0的第j个光网络单元优化后的带宽需求量，对应的计算公式为：

上述任一项技术方案中，进一步地，生成带宽优化策略，具体还包括：步骤33，判断优化后的带宽需求量b′ij是否大于0，若是，执行步骤34，若否，执行步骤1；

步骤34，接入网控制器向城域网控制器发送上行总带宽增加请求，其中，上行总带宽增加请求包括优化后的带宽需求量b′ij、实时网络流量以及流量波动参数；

步骤35，根据上行总带宽增加请求，计算其余光线路终端的上行空闲带宽和值，对应的计算公式为：

式中，im为除第i个光线路终端之外的第m个光线路终端的上行空闲带宽，am为除第i个光线路终端之外的第m个光线路终端的第一带宽，tm为第m个接入网控制器的总流量，it为网络负载空闲阈值，pm为第m个光线路终端的流量波动参数；

步骤36，根据上行空闲带宽和值和光线路终端的第一带宽，计算光线路终端的第一带宽优化值，并根据第一带宽优化值，生成终端带宽优化策略，其中，第一带宽优化值的计算公式为：

式中，a′m为第一带宽优化值，b′ij为带宽需求量。

上述任一项技术方案中，进一步地，动态带宽资源优化方法，还包括：步骤4，当判定优化后的带宽需求量b′ij大于上行空闲带宽和值时，城域网控制器向接入网控制器发送单元带宽验证请求，接入网控制器根据单元带宽验证请求，计算与其相连的光网络单元的第二公平因子，其中，第二公平因子fin的计算公式为：

fin＝max{a′in-ain，0}，n＝1,2,…,n，n≠j，

式中，ain为第i个光线路终端的第n个光网络单元的第二带宽，a′in为对应的第二带宽优化值；

步骤5，当判定第二公平因子大于0时，根据第二带宽优化值和第二公平因子，计算第二恢复带宽值，并根据第二恢复带宽值生成第二带宽恢复指令，其中，第二带宽恢复指令用于恢复光网络单元的带宽，第二恢复带宽a″mn的计算公式为：

式中，amn为第i个光线路终端中第j个光网络单元的第二带宽，a′in为第i个光线路终端中除第j个光网络单元外的光网络单元的第二带宽优化值，ain为对应的第二带宽，a′mn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的第二带宽优化值。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤5中计算第二恢复带宽值之前，具体还包括：步骤51，城域网控制器根据第一带宽优化值a′m，计算配电网通信系统中光线路终端的第一公平因子，其中，第一公平因子fm的计算公式为：

fm＝max{a′m-am，0}，

式中，a′m为第m个光线路终端的第一带宽优化值，am为第m个光线路终端对应的第一带宽；

步骤52，判断第一公平因子是否等于0，若是，执行步骤53，若否，计算第二恢复带宽值；

步骤53，根据第一公平因子和第一带宽优化值，计算第一恢复带宽，并根据第一恢复带宽生成第一带宽恢复指令，其中，第一恢复带宽恢复指令用于恢复光线路终端的带宽，第一恢复带宽a″m的计算公式为：

式中，a′i为第i个光线路终端的第一带宽优化值，im为除第i个光线路终端之外的第m个光线路终端的上行空闲带宽。

本申请的有益效果是：通过根据可变轮询周期检测各个光网络单元的实时网络流量，并以对应的阈值因子为依据，生成带宽优化策略，解决了光接入网带宽分配实时性差、存在局限性的问题，实现了带宽分配与流量变化的实时同步。通过分别生成单元带宽优化策略和终端带宽优化策略，动态优化光网络单元和光线路终端的带宽配置，针对光接入网庞大的带宽资源高效利用难题，在无源光网络环境下实现了网络资源按需实时优化功能，实时收集网络状态，提前预测网络繁忙热点，提升了终端用户体验。

在本申请中，通过计算第一公平因子和第二公平因子，引入带宽资源分配后的公平性恢复机制，保证光网络单元和光线路终端带宽分配的公平性，相比目前依赖历史统计信息的人工网管系统，大幅度提高了跨区域的带宽资源利用率。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的电力通信网动态带宽资源优化方法的示意流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实施例提供了一种电力通信网动态带宽资源优化方法，该动态带宽资源优化方法适用于配电网通信系统，配电网通信系统中包括至少一个城域网控制器、至少一个接入网控制器以及至少两个光线路终端olt，其中，任一个光线路终端连接有至少两个光网络单元onu，该动态带宽资源优化方法包括：

步骤1，根据城域网控制器和接入网控制器的资源授权应用，分配光线路终端的第一带宽和光网络单元的第二带宽；

具体地，对城域网控制器和接入网控制器中的资源授权应用初始化olt和onu的带宽配置，生成第一带宽和第二带宽。电力通信中的资源授权应用根据服务等级协议(service-levelagreement，sla)生成每个终端的授权带宽和初始带宽(第一带宽和第二带宽)，通常按照一定的并发率来分配带宽，授权带宽为承诺给用户的带宽值，而初始带宽则是按照一定的并发率折算而成，由于接入网流量的消费者是人，与数据中心等网络流量大部分由机器消费不同，电力通信网在进行跨区域数据通信时，必然存在网络负载跨区域的不均衡性。

步骤2，根据可变轮询周期，检测光线路终端中包含的光网络单元的实时网络流量，并计算光网络单元的阈值因子；

进一步地，可变轮询周期的计算公式为：

式中，c0为预设轮询周期，即可变轮询周期的初始值，e为自然常数，pm为第m个光线路终端的流量波动参数，m为光线路终端的编号。

具体地，得到第一带宽和第二带宽之后，接入网控制器根据可变轮询周期cm轮询光线路终端olt1至lotm，可变轮询周期cm的取值由流量波动参数pm确定，流量波动参数pm的平方值越大，可变轮询周期cm的取值越小，对光线路终端lotm的轮询间隔越短，更加准确的掌握数据波动较大的olt的队列信息，提高预测的准确度和控制器收集的网络流量与真实流量的同步性。

进一步地，阈值因子的计算公式为：

式中，amn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的第二带宽，bt为网络负载繁忙阈值，pmn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的流量波动参数，tmn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的实时网络流量，avmn为阈值因子。

具体地，定义阈值因子avmn，以便于对光网络单元的网络负载情况进行监控，当光网络单元的阈值因子超过一定的阈值时，表明对应的光网络单元需要进行调整，以适应于当前的网络数据通信。

步骤3，当判定阈值因子等于0时，根据第一带宽、第二带宽和实时网络流量，生成配电网通信系统的带宽优化策略，其中，带宽优化策略包括光线路终端的终端带宽优化策略和光网络单元的单元带宽优化策略。

进一步地，生成带宽优化策略，具体包括：

步骤31，根据第一带宽和实时网络流量，计算阈值因子不为0的光网络单元的空闲带宽和值；

具体地，设定空闲带宽和值的计算公式为：

式中，it为网络负载空闲阈值，tin为第i个光线路终端中第n个光网络单元的实时网络流量，pin为第i个光线路终端中第n个光网络单元的流量波动参数，ain为第i个光线路终端的第一带宽。

步骤32，根据空闲带宽和值和第二带宽，计算光网络单元的第二带宽优化值，并根据第二带宽优化值，生成单元带宽优化策略，其中，第二带宽优化值的计算公式为：

式中，ain为第i个光线路终端的第一带宽，iin为第i个光线路终端中第n个光网络单元的空闲带宽，bij为第i个光线路终端中阈值因子为0的第j个光网络单元的带宽需求量，b′ij为第i个光线路终端中阈值因子为0的第j个光网络单元优化后的带宽需求量。

具体地，设定第i个光线路终端中第j个光网络单元的带宽需求量bij对应的计算公式为：

式中，bt为网络负载繁忙阈值，tij为对应网络单元的实时网络流量，aij为对应网络单元的实时网络流量，其中，带宽需求量b′ij对应的计算公式为：

式中，∑iin为空闲带宽和值，

综上所述，可以计算出单元带宽优化策略对应的第二带宽优化值a′in和优化后对应的带宽需求量b′ij，以便于接入网控制器根据得到的第二带宽优化值a′in对与其连接的光网络单元进行带宽配置，生成单元带宽优化策略，其中，带宽需求量b′ij是当前onuij仍需要调整增加的带宽，为光线路终端带宽优化的触发条件，当判定带宽需求量b′ij大于0时，需要对光线路终端进行优化，以便于生成终端优化策略。

进一步地，生成带宽优化策略具体还包括：

步骤33，判断优化后的带宽需求量b′ij是否大于0，若是，执行步骤34，若否，执行步骤1；

步骤34，接入网控制器向城域网控制器发送上行总带宽增加请求，其中，上行总带宽增加请求包括化后的带宽需求量b′ij、实时网络流量以及流量波动参数；

步骤35，根据上行总带宽增加请求，计算其余光线路终端的上行空闲带宽和值，对应的计算公式为：

式中，im为除第i个光线路终端之外的第m个光线路终端的上行空闲带宽，am为除第i个光线路终端之外的第m个光线路终端的第一带宽，tm为第m个接入网控制器的总流量，it为网络负载空闲阈值，pm为第m个光线路终端的流量波动参数；

具体地，城域网控制器收到带宽请求后，直接计算各个空闲光线路终端olt的上行空闲带宽im，这里计算上行空闲带宽im的方式与光线路终端olt内部对光网络单元进行优化的策略不同，光线路终端olt上行带宽的分配由城域网控制器主动分配，不是自动适应上行流量变化优化带宽配置，而是通过接入网控制器主动触发调度带宽资源，因此，没有轮询的过程，这也是城域网网络特征决定的。

接入网控制器的总流量tm和光线路终端的流量波动参数pm都是城域网控制器通过与接入网控制器交互获取到的，网络流量信息的收集由接入网控制器按照一定的周期轮询实现，城域网控制器只负责调度olt之间的带宽资源。全局带宽优化策略的核心思想是利用网络流量的不均衡性，跨区域调度带宽资源，将空闲区域的网络带宽转移到高负载区域，实现带宽的分配与流量的分布同步，最大化利用全网带宽资源。

步骤36，根据上行空闲带宽和值和光线路终端的第一带宽，计算光线路终端的第一带宽优化值，并根据第一带宽优化值，生成终端带宽优化策略，其中，第一带宽优化值的计算公式为：

式中，a′m为第一带宽优化值，b′ij为带宽需求量。

具体地，城域网控制器按照上行空闲带宽im的大小进行排序，优先调度网络负载较低的olt，这里的调度策略与olt内部带宽优化策略按比例调度所有空闲onu不同，因为同一区域的整体网络负载不会出现非常大的波动，而onu终端的负载波动比较频繁，如果某一个区域的负载最低，说明未来一段时间内其网络都比较空闲，适合根据负载强度按顺序执行调度策略，直到满足带宽需求。

城域网控制器按照计算出的第一带宽优化值a′m生成终端带宽优化策略后，进行带宽配置，重新分配光线路终端的上行总带宽，并发送给接入网控制器，接入网控制器增加olti和onuij的分配带宽，完成根据当前实施网络流量对带宽资源的优化。

网络高负载状态下的重点不再是网络利用率，而是网络资源分配的公平性，从olt内部带宽优化策略和全局olt带宽优化策略的逻辑可以看出，属于主动争抢性资源分配方式，即先来先得，高负载终端占用低负载终端带宽的方式，存在分配不公平的可能，比如终端a一段时间内网络流量较低，其分配带宽被转移到了高负载区域，但是某一时刻开始终端a流量上涨，但是可用带宽却不够用，而此时网络整体负载很高，带宽优化策略无法转移足够的空闲带宽来满足终端a的需求，显然终端a可使用带宽远低于其授权带宽，这也是光接入网资源管理不可以接受的，为了保证带宽分配的公平性，本论文提出了带宽恢复策略，包括全局带宽恢复策略和olt内部带宽恢复策略，保证网络整体高负载情况下终端至少可以分配到不低于初始值的带宽。

进一步地，动态带宽资源优化方法，还包括：步骤4，当判定优化后的带宽需求量b′ij大于上行空闲带宽和值时，城域网控制器向接入网控制器发送单元带宽验证请求，接入网控制器根据单元带宽验证请求，计算与其相连的光网络单元的第二公平因子，其中，第二公平因子fin的计算公式为：

fin＝max{a′in-ain，0}，n＝1,2,…,n，n≠j，

式中，ain为第i个光线路终端的第n个光网络单元的第二带宽，a′in为对应的第二带宽优化值；

具体地，接入网控制器接收到带宽优化策略之后，对光网络单元的带宽进行优化，设定光网络单元的公平因子，记作第二公平因子，以便于在同一个olt之下的其他onu则根据公平因子按一定比例强制降低带宽分配量。

步骤5，当判定第二公平因子大于0时，根据第二带宽优化值和第二公平因子，计算第二恢复带宽值，并根据第二恢复带宽值生成第二带宽恢复指令，其中，第二带宽恢复指令用于恢复光网络单元的带宽，第二恢复带宽a″mn的计算公式为：

式中，amn为第i个光线路终端中第j个光网络单元的第二带宽，a′in为第i个光线路终端中除第j个光网络单元外的光网络单元的第二带宽优化值，ain为对应的第二带宽，a′mn为第m个光线路终端中第n个光网络单元的第二带宽优化值。

具体地，光线路终端根据接收到的带宽优化策略，对其负责的光网络单元的带宽进行优化，当判定任一个光网络单元对应的第二公平因子大于0时，表明该光网络单元占用了较大的带宽，此时，光线路终端根据第二带宽a″mn的计算公式，计算出对应的第二恢复带宽a″mn，对光网络单元的带宽进行恢复，根据第二公平因子，按一定比例强制降低带宽分配量，以解决网络整体在高负载情况下带宽分配的公平性问题。

优选地，步骤5中计算第二恢复带宽值之前，具体还包括：

步骤51，城域网控制器根据第一带宽优化值a′m，计算配电网通信系统中光线路终端的第一公平因子，其中，第一公平因子fm的计算公式为：

fm＝max{a′m-am，0}，

式中，a′m为第m个光线路终端的第一带宽优化值，am为第m个光线路终端对应的第一带宽；

步骤52，判断第一公平因子是否等于0，若是，执行步骤53，若否，计算第二恢复带宽值；

步骤53，根据第一公平因子和第一带宽优化值，计算第一恢复带宽，并根据第一恢复带宽生成第一带宽恢复指令，其中，第一恢复带宽恢复指令用于恢复光线路终端的带宽，第一恢复带宽a″m的计算公式为：

式中，a′i为第i个光线路终端的第一带宽优化值，im为除第i个光线路终端之外的第m个光线路终端的上行空闲带宽。

具体地，再对光网络单元进行带宽恢复之前，为了减少控制信令的交互，并保证某一区域的网络负载波动较为一致，设定光线路终端的第一公平因子fm，先对光线路终端的上行总带宽进行恢复。当第一公平因子fm等于0时，表明对应的光线路终端占用的上行总带宽小于初始的分配值(第一带宽)，因此，需要对该光线路终端进行恢复，以保证该光线路终端首先恢复至初始分配值。

城域网控制首先将m按照公平因子fm从大到小排序，优先降低分配最不公平的olt的上行总带宽，其次，按照第一恢复带宽a″m的计算公式，计算出对应的第一恢复带宽a″m，最后，城域网控制器根据第一恢复带宽a″m生成第一带宽恢复指令，下发给接入网控制器，对光线路终端的上行总带宽进行重新配置，以便于光线路总段根据更新后的上行总带宽和仍未满足的需求带宽b″′ij对光网络单元进行带宽配置，以减少控制信令的交互，并保证某一区域的网络负载波动较为一致。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种电力通信网动态带宽资源优化方法，适用于配电网通信系统，该方法包括：步骤1，根据城域网控制器和接入网控制器的资源授权应用，分配光线路终端的第一带宽和光网络单元的第二带宽；步骤2，根据可变轮询周期，检测光线路终端中包含的光网络单元的实时网络流量，并计算光网络单元的阈值因子；步骤3，当判定阈值因子等于0时，根据第一带宽、第二带宽和实时网络流量，生成配电网通信系统的带宽优化策略，其中，带宽优化策略包括光线路终端的终端带宽优化策略和光网络单元的单元带宽优化策略。通过本申请中的技术方案，解决了光接入网带宽分配实时性差、存在局限性的问题，实现了带宽分配与流量变化的实时同步。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。