本發(fā)明涉及tsn網絡業(yè)務流量調度算法，尤其涉及一種基于tsn門控及流量整形機制的變電站差異化業(yè)務流量調度方法、系統(tǒng)、設備及存儲介質。

背景技術：

1、智能變電站本地通信網絡承載了電網一次設備運行狀態(tài)監(jiān)控信息，具有工業(yè)控制業(yè)務傳輸可靠性、確定性要求極高的特點。網絡中若出現網絡擁塞、網絡風暴、時延抖動加劇等問題影響了數據傳輸的實時性和可靠性，將會給智能變電站的間隔層和過程層內的報文傳輸帶來嚴重后果導致保護拒動、誤動，或告警異常等問題，從而給智能變電站帶來安全事故。

2、為了實現確定性低延時傳輸，ieee?802時間敏感網絡工作組，提出了一系列鏈路層增強機制與流量策略的標準和規(guī)范，主要包括時間同步、流量調度、可靠傳輸和網絡管理標準。tsn遵循標準的以太網協(xié)議體系，天然具有更好的互聯(lián)互通優(yōu)勢，可以在提供確定性延時、帶寬保證的同時，實現開放的2層轉發(fā)。近年來，tsn作為新一代以太網技術，在工業(yè)互聯(lián)網、移動前傳、航空電子網絡、車載網絡、專業(yè)音視頻等多個領域廣泛應用，得到了學術界和工業(yè)界的持續(xù)關注。

3、應用時間敏感網絡到變電站本地通信時，由于傳統(tǒng)以太網采用盡力而為方式進行傳輸，難以保證goose、sv報文等時間敏感信息流的傳輸質量，尤其是延遲和抖動方面的要求。有必要設計一種新的業(yè)務流調度機制，確保針對特定時延敏感業(yè)務流能夠高效選擇tsna、b雙網任意傳輸路徑到達保護、測控裝置。

技術實現思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于tsn門控及流量整形機制的變電站差異化業(yè)務流量調度方法、系統(tǒng)、設備及存儲介質。

2、為了實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種變電站差異化業(yè)務流量調度方法，包括：

4、針對變電站構建基于tsn技術的a、b雙網絡傳輸模型；

5、根據雙網絡傳輸模型設計流量調度算法，獲取多業(yè)務流量傳輸搜索最優(yōu)路徑，從而實現路徑傳輸代價最小且滿足多業(yè)務差異化流量傳輸性能需求。

6、進一步地，所述基于tsn技術的a、b雙網絡包括間隔層接入交換機和過程層匯聚交換機，過程層及間隔層tsn網絡構成了a、b雙網，每個合并單元發(fā)送的采樣值報文通過a、b雙端口向保護裝置a、b發(fā)送，智能單元的狀態(tài)量報文也通過a、b雙端口向測控裝置a、b發(fā)送。

7、進一步地，所述基于tsn技術的a、b雙網絡模型為：

8、g＝(v,e)

9、其中，合并單元、智能單元、接入交換機、匯聚交換機、測控裝置以及繼電保護裝置被抽象為節(jié)點集合v，節(jié)點之間的直連通信鏈路則被抽象為無向圖中邊的集合e。

10、進一步地，所述獲取多業(yè)務流量傳輸搜索最優(yōu)路徑包括：

11、定義s∈v為周期性業(yè)務的路由請求的源節(jié)點，d∈{v-{s}}為周期性業(yè)務路由請求目的節(jié)點，令周期性業(yè)務從源節(jié)點s∈v至目的節(jié)點d∈v的路由請求r(s,d)，則傳輸路徑的qos表達式為：

12、

13、其中，delay(n)、delay_jitter(n)分別為業(yè)務流量經過節(jié)點n的時延、時延抖動；delay(e)、delay_jitter(e)為業(yè)務流量經過通信鏈路e的時延、時延抖動；

14、對于某個業(yè)務流量的路徑請求r(s,d)令傳輸時延、時延抖動需小于預設值dbudget、合理設置調度算法的懲罰因子λ、μ的初始值，令m個路徑搜索代理負責基于路徑偏好值的計算與更新進行最佳路徑搜索，m為路徑搜索代理索引變量，t為迭代變量；

15、每次迭代搜索最優(yōu)路徑開始時，所有路徑搜索代理初始均位于源節(jié)點s，其選擇路徑的方式是基于路徑偏好計算選擇概率，并以選擇概率最大的路徑為最優(yōu)結果，在第t次路徑搜索迭代過程中，當路徑搜索代理m位于節(jié)點i時，其選擇至節(jié)點j路徑的概率計算方式如下：

16、

17、其中，passedm(m＝1,2,...,m)為路徑搜索代理m已選中的節(jié)點集合，allowedm＝{i|i∈n-passedm}為路徑搜索代理m備選的節(jié)點集合，n為集合v所包含的節(jié)點數量，lij為節(jié)點i至節(jié)點j的路徑長度，ηij＝1/lij；τij(t)是邊eij在第迭代搜索路徑時剩余選擇偏好值，將路徑搜索代入上式計算獲得概率，選取備選鏈路概率最大的作為當前下一跳鏈路，直至最終選擇出目的節(jié)點d的傳輸路徑，針對所有路徑搜索代理執(zhí)行上述操作，每次迭代過程中保留所有路徑搜索代理獲得的代價最小的即最優(yōu)路徑結果r*(s,d)，

18、根據求得的最優(yōu)路徑結果r*(s,d)，按照以下方式更新調度算法的懲罰因子：

19、λ＝[λ-θt[dbudget-delay(r*(s,d))]]+

20、其中，運算符[z]+為max(z,0)，θt為正的更新步長，判斷懲罰因子λ、μ是否收斂，如收斂則流量調度算法結束，并將本次內層迭代求得的最優(yōu)路徑結果作為最終結果輸出；否則返回繼續(xù)下一次迭代，直到算法收斂。

21、第二方面，本發(fā)明提供了一種變電站差異化業(yè)務流量調度系統(tǒng)，包括：

22、構建模塊，用于針對變電站構建基于tsn技術的a、b雙網絡傳輸模型；

23、優(yōu)化模塊，用于根據雙網絡傳輸模型設計流量調度算法，獲取多業(yè)務流量傳輸搜索最優(yōu)路徑，從而實現路徑傳輸代價最小且滿足多業(yè)務差異化流量傳輸性能需求。

24、進一步地，所述構建模塊，用于針對變電站構建基于tsn技術的a、b雙網絡傳輸模型，基于tsn技術的a、b雙網絡包括間隔層接入交換機和過程層匯聚交換機，過程層及間隔層tsn網絡構成了a、b雙網，每個合并單元發(fā)送的采樣值報文通過a、b雙端口向保護裝置a、b發(fā)送，智能單元的狀態(tài)量報文也通過a、b雙端口向測控裝置a、b發(fā)送。

25、進一步地，所述構建模塊，用于針對變電站構建基于tsn技術的a、b雙網絡傳輸模型，表示為：

26、g＝(v,e)

27、其中，合并單元、智能單元、接入交換機、匯聚交換機、測控裝置以及繼電保護裝置被抽象為節(jié)點集合v，節(jié)點之間的直連通信鏈路則被抽象為無向圖中邊的集合e。

28、進一步地，所述優(yōu)化模塊，用于根據雙網絡傳輸模型設計流量調度算法，獲取多業(yè)務流量傳輸搜索最優(yōu)路徑，包括：

29、定義s∈v為周期性業(yè)務的路由請求的源節(jié)點，d∈{v-{s}}為周期性業(yè)務路由請求目的節(jié)點，令周期性業(yè)務從源節(jié)點s∈v至目的節(jié)點d∈v的路由請求r(s,d)，則傳輸路徑的qos表達式為：

30、

31、其中，delay(n)、delay_jitter(n)分別為業(yè)務流量經過節(jié)點n的時延、時延抖動；delay(e)、delay_jitter(e)為業(yè)務流量經過通信鏈路e的時延、時延抖動；

32、對于某個業(yè)務流量的路徑請求r(s,d)令傳輸時延、時延抖動需小于預設值dbudget、合理設置調度算法的懲罰因子λ、μ的初始值，令m個路徑搜索代理負責基于路徑偏好值的計算與更新進行最佳路徑搜索，m為路徑搜索代理索引變量，t為迭代變量；

33、每次迭代搜索最優(yōu)路徑開始時，所有路徑搜索代理初始均位于源節(jié)點s，其選擇路徑的方式是基于路徑偏好計算選擇概率，并以選擇概率最大的路徑為最優(yōu)結果，在第t次路徑搜索迭代過程中，當路徑搜索代理m位于節(jié)點i時，其選擇至節(jié)點j路徑的概率計算方式如下：

34、

35、其中，passedm(m＝1,2,...,m)為路徑搜索代理m已選中的節(jié)點集合，allowedm＝{i|i∈n-passedm}為路徑搜索代理m備選的節(jié)點集合，n為集合v所包含的節(jié)點數量，lij為節(jié)點i至節(jié)點j的路徑長度，ηij＝1/lij；τij(t)是邊eij在第迭代搜索路徑時剩余選擇偏好值，將路徑搜索代入上式計算獲得概率，選取備選鏈路概率最大的作為當前下一跳鏈路，直至最終選擇出目的節(jié)點d的傳輸路徑，針對所有路徑搜索代理執(zhí)行上述操作，每次迭代過程中保留所有路徑搜索代理獲得的代價最小的即最優(yōu)路徑結果r*(s,d)，

36、根據求得的最優(yōu)路徑結果r*(s,d)，按照以下方式更新調度算法的懲罰因子：

37、λ＝[λ-θt[dbudget-delay(r*(s,d))]]+

38、其中，運算符[z]+為max(z,0)，θt為正的更新步長，判斷懲罰因子λ、μ是否收斂，如收斂則流量調度算法結束，并將本次內層迭代求得的最優(yōu)路徑結果作為最終結果輸出；否則返回繼續(xù)下一次迭代，直到算法收斂。

39、第三方面，本發(fā)明提供了一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的程序，執(zhí)行所述程序時實現根據所述的變電站差異化業(yè)務流量調度方法的步驟。

40、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質，以下簡稱為存儲介質，存儲介質中存儲有計算機程序，被設計為運行時實現根據所述的變電站差異化業(yè)務流量調度方法的步驟。

41、有益效果：本發(fā)明與現有技術相比，具有如下顯著優(yōu)點：能夠在不同層級tsn交換機引入時延及抖動時、考慮各類裝置配置管理報文背景流量條件下，動態(tài)選擇代價最小傳輸路徑，確保保護測控業(yè)務流傳輸有界時延及抖動；采用公開的基于智能路徑搜索代理與梯度下降結合的迭代算法，能夠有效解決網絡業(yè)務流量調度的組合優(yōu)化問題。