一种基于5G切片的电力精准负控通信保障系统及方法与流程

一种基于5g切片的电力精准负控通信保障系统及方法
技术领域
1.本发明涉及5g电力通信技术领域,特别是一种基于5g切片的电力精准负控通信保障系统及方法。


背景技术：

2.5g的发展对电力信息通信技术与电力业务深度融合起到了巨大的推动作用，使得电力用户对网络功能、业务灵活性、扩展性、可控性等定制化需求得以满足。
3.精准负荷控制系统是以可中断负荷为具体控制对象的系统保护网络。在电网需要时，根据控制量精准匹配可中断负荷并对其进行批量快速控制。精准负荷控制通信系统的通信对象包括接入层电力用户配电室分路开关及计量装置，以及骨干汇聚层各级上联汇聚站点。重点解决电网故障初期频率快速跌落、主干通道潮流越限、省际联络线功率超用、电网旋转备用不足等问题，根据不同控制要求，分为实现快速负荷控制的毫秒级控制系统和更加友好互动的秒级及分钟级控制系统。
4.基于5g通信网络的精准负荷控制系统由业务终端、需求响应终端、通信网络和主站系统构成。其中，业务终端通过本地网络接入楼宇需求响应终端，需求响应终端通过5g通信网络接入需求响应系统主站。精准负荷控制系统需快速恢复大电网供需平衡、确保电网频率在直流闭锁故障发生后约650毫秒内恢复至正常值(50hz)，因此主站至终端的切负荷指令通信通道传输时延不能超过50毫秒。精准负荷控制系统整组动作时延越少，恢复电网故障就越快。现有负控系统多采用光纤链路进行通信，部署灵活性受到限制，而采用5g通信的负控应用仅作为通信手段的替换，没能充分发挥5g在资源优化和业务定制方面的优势。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于一种基于5g切片的电力精准负控通信保障系统及方法，以提高电力5g对精准负控业务以及其他低时延、高可靠、高安全的urrlc电力业务的支撑和保障能力。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.本发明提供一种基于5g切片的电力精准负控通信保障系统，所述系统部署于电力精准负控业务终端，包括电力精准负控业务sla感知模块、电力精准负控切片模板设计和实例化模块、电力精准负控切片部署运行模块和电力精准负控切片优化协同模块；
8.所述电力精准负控业务sla感知模块用于根据业务需求确定网络状态指标；
9.所述电力精准负控切片模板设计和实例化模块用于根据切片需求和网络状态指标进行资源匹配，创建端到端切片，并进行实例化；
10.所述电力精准负控切片部署运行模块用于将实例化的切片部署到电力5g基础设施上运行；
11.所述电力精准负控切片优化协同模块用于通过实时监控网络资源对业务支撑能力，根据精准负控策略对切片部署的虚拟化资源和网络参数进行优化调整，保障sla需求。
12.进一步的，所述业务需求包括以下任意一种：
13.电网故障初期频率快速跌落、主干通道潮流越限、省际联络线功率超用和电网旋转备用不足。
14.进一步的，所述网络状态指标包括：
15.业务时延，业务工作周期，业务带宽，可靠性指标，数据流向和通信指标。
16.进一步的，所述电力精准负控切片模板设计和实例化模块包括通信服务管理组件、切片管理组件和子切片管理组件；
17.所述通信服务管理组件用于将电力精准负控的切片需求和网络状态指标作为精准负控业务sla需求并下发给切片管理组件；以及对创建的电力精准负控切片进行可行性验证；
18.所述切片管理组件和子切片管理组件用于根据精准负控业务sla需求进行资源匹配，创建端到端切片，并进行实例化。
19.进一步的，所述端到端切片分为相互关联的两类切片：
20.一类是业务切片，用于电力精准负控业务主站、从站、精准负控终端之间的通信；
21.另一类是业务感知切片，用于传输电力精准负控运行的状态信息和sla信息。
22.本发明还提供一种基于5g切片的电力精准负控通信保障方法，包括：
23.将电力精准负控的切片需求和网络状态指标作为精准负控业务sla需求；
24.根据精准负控业务sla需求进行资源匹配，创建端到端切片，并进行实例化；所述端到端切片包括业务切片和业务感知切片；
25.将实例化的切片部署到电力5g基础设施上运行；
26.对切片部署的虚拟化资源和网络参数进行优化调整，保障sla需求。
27.进一步的，
28.所述电力精准负控的切片需求分为调度级控制系统sla-i和营销级控制系统sla-ii，两种级别的通信方式为主从方式，永久在线，独占切片资源误码率不大于10-4
；
29.所述网络状态指标包括：sla-i端到端时延要求小于650ms，控制主站到精准负控业务终端时延要求不小于50ms，带宽小于256kps，接入密度小于1000个/百平方公里；
30.sla-ii要求端到端时延要求小于5min，带宽不超过48kbps。
31.进一步的，
32.所述根据精准负控业务sla需求进行资源匹配，包括：
33.获取传感器上传的负荷感知数据，发送指令给部署于精准负控业务终端的切片管理系统进行切片资源配置，进行资源扩容或缩减，
34.如果当前网络资源大于切片sla需求，则切片管理系统降低切片的资源配置；
35.如果当前网络资源小于切片sla需求，则切片管理系统增加切片的资源配置。
36.进一步的，所述运行方式为基于虚拟化的sdn/nfv方式。
37.进一步的，所述对切片部署的虚拟化资源和网络参数进行优化调整，包括：
38.最优切片资源分配根据如下方式进行优化调整：
39.r
(opt)
＝min{b
(opt)
,t
(opt)
,c
(opt)
,m
(opt)
}，
40.[0041][0042][0043][0044]
其中，r
(opt)
为最优切片资源分配，b
(opt)
,t
(opt)
,c
(opt)
,m
(opt)
分别为最优带宽、最优时延、最优可靠性指标和最优其余需求，b
(t)i
、t
(t)i
、c
(t)i
、m
(t)i
分别为当前t时刻采集的切片资源需求，i＝1表示业务切片，i＝2表示业务感知切片，b
(0)i
、t
(0)i
、c
(0)i
、m
(0)i
分别为电力精准负控业务切片模板中规定的切片资源需求。
[0045]
本发明所达到的有益效果为：
[0046]
通过本发明可提高电力5g对精准负控业务以及其他低时延、高可靠、高安全的urrlc电力业务的支撑和保障能力。
附图说明
[0047]
图1为基于5g切片的电力精准负控业务拓扑；
[0048]
图2为精准负控业务切片运行和优化流程。
具体实施方式
[0049]
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0050]
本发明的一个实施例提供一种基于5g切片的电力精准负控通信保障系统，部署于电力精准负控业务终端，包括电力精准负控业务sla感知模块、电力精准负控切片模板设计和实例化模块、电力精准负控切片部署运行模块和电力精准负控切片优化协同模块。
[0051]
本实施例中，电力精准负控业务sla感知模块用于根据业务需求确定网络状态指标。其中，业务需求包括：电网故障初期频率快速跌落、主干通道潮流越限、省际联络线功率超用、电网旋转备用不足。网络状态指标要求如下表1所示：
[0052]
表1网络状态指标
[0053][0054]
本实施例中，电力精准负控切片模板设计和实例化模块通过通信服务管理(csmf)、切片管理(nsmf)和子切片管理(nssmf)三个组件实现。csmf用于将电力精准负控的切片需求和通信指标作为精准负控业务sla需求并下发给nsmf。nsmf和nssmf用于根据sla精准负控业务sla需求进行资源匹配，创建端到端切片模板，进行实例化。csmf用于对创建的电力精准负控切片进行可行性验证。
[0055]
本实施例中，切片模板分为相互关联的两类切片，一类是业务切片，负责电力精准负控业务主站、从站、精准负控终端之间的通信；另一类是业务感知切片，负责传输电力精准负控运行的状态信息和sla保障信息。
[0056]
需要说明的是，切片模板是通用的，通过参数配置，可实例化成不同的类型。
[0057]
本实施例中，电力精准负控切片部署运行模块用于将实例化的切片部署到电力5g基础设施上运行。
[0058]
作为一种优选的实施方式，本实施例中运行方式为基于虚拟化的sdn/nfv方式，通过共享基础设施硬件资源，精准负控系统无线侧选择合适的接入和移动管理功能(amf)，实例化的amf根据精准负控业务选择合适的会话管理功能(smf)和用户功能界面(upf)，选择独占网络功能(nf)的形式，实现与其它业务切片的安全隔离。
[0059]
本实施例中，电力精准负控切片优化协同模块用于通过实时监控网络资源对业务支撑能力，根据精准负控策略对切片部署的虚拟化资源和网络参数进行优化调整，得到优化方向，自动进行区域功能提升响应，保障业务sla需求。具体的精准负控策略为：
[0060]
设5g网络分配给电力精准负控业务的切片资源集合为：r＝{b,t,c,m}，其中，b为带宽，t为时延，c为可靠性，m为可定义的其他资源需求。电力精准负控业务切片模板中规定的资源需求为：当前电力精准负控切片需要的资源需求为：r
(t)
＝{b
(t)i
,t
(t)i
,c
(t)i
,m
(t)i
|i＝1,2}，分别表示t时刻采集的业务切片和业务感知切片的资源开销。
[0061]
最优切片资源分配根据如下优化公式进行资源调整：
[0062]r(opt)
＝min{b
(opt)
,t
(opt)
,c
(opt)
,m
(opt)
}，其中：
[0063][0064][0065][0066][0067]
本发明的另一个实施例提供一种基于5g切片的电力精准负控通信保障方法，包括：
[0068]
将电力精准负控的切片需求和通信指标作为精准负控业务sla需求；
[0069]
根据精准负控业务sla需求进行资源匹配，创建端到端切片模板，并进行实例化；
[0070]
将实例化的切片部署到电力5g基础设施上运行；
[0071]
对切片部署的虚拟化资源和网络参数进行优化调整，提升通信响应。
[0072]
需要说明的是，本实施例中，基于图1所示的拓扑结构实现该精准负控方法，该拓扑结构中，业务主站通过电力专网(光纤)与5g网络连接，精准负控业务终端接入5g网络，传感器通过rs458现场总线协议将负荷感知数据上传到精准负控业务终端。精准负控业务终端承载电力精准负控通信保障业务。
[0073]
作为一种优选的实施方式，切片需求和通信指标包括：
[0074]
根据不同控制要求，分为调度级控制系统sla-i和营销级控制系统sla-ii，两种级别的通信方式为主从方式，永久在线，独占切片资源误码率不大于10-4
，通信可靠性要求高于99.999％。其中，sla-i端到端时延要求小于650ms，控制主站到终端时延要求不小于50ms，带宽小于256kps，接入密度小于1000个/百平方公里；sla-ii要求端到端时延要求小于5min，带宽不超过48kbps。
[0075]
作为一种优选的实施方式，根据精准负控业务sla需求进行资源匹配，具体如下：
[0076]
精准负控业务终端获取传感器上传的负荷感知数据，发送指令给切片管理系统进行切片资源配置，进行资源扩容或缩减，
[0077]
(1)如果当前网络资源大于切片sla需求，则切片管理系统降低切片的资源配置；
[0078]
(2)如果当前网络资源小于切片sla需求，则切片管理系统增加切片的资源配置。
[0079]
需要说明的是，切片管理系统也可以部署在精准负控业务终端。
[0080]
作为一种优选的实施方式，根据网络资源和电力精准负控通信sla状态，对切片部署的虚拟化资源和网络参数进行优化调整，具体如下：
[0081]
设5g网络分配给电力精准负控业务的切片资源集合为：r＝{b,t,c,m}，其中，b为带宽，t为时延，c为可靠性，m为可定义的其他资源需求。电力精准负控业务切片模板中规定的资源需求为：当前电力精准负控切片需要的资源需求为：r
(t)
＝{b
(t)i
,t
(t)i
,c
(t)i
,m
(t)i
|i＝1,2}，分别表示t时刻采集的业务切片和业务感知切
片的资源开销。
[0082]
最优切片资源分配根据如下优化公式进行资源调整：
[0083]r(opt)
＝min{b
(opt)
,t
(opt)
,c
(opt)
,m
(opt)
}，其中：
[0084][0085][0086][0087][0088]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
[0089]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0090]
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。
[0091]
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。
[0092]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。