配电物联网业务计算负荷建模与云边协同策略

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电力物联网背景下,配电业务呈现出海量信息接入、并发用户交互、实时闭环控制等复杂多样化的趋势,给配电物联网业务决策的实时性、经济性和安全可靠性提出了更高的要求。配电物联网融合云计算和边缘计算技术实现配电业务的云边协同和资源调度,以充分发挥其流程软件定义、资源弹性配置的优势。因此,配电业务的计算负荷建模与云边协同策略的研究是一项重要的基础性工作。本文从配电物联网业务的需求出发,分析其计算负荷特性和云边协同机制,提出考虑不确定性的配电业务计算负荷建模方法。进一步,基于配电业务不确定性计算负荷模型,从云边协同业务卸载和边缘计算终端计算资源配置两个维度进行了配电物联网云边协同策略优化研究。本文主要研究工作如下:(1)分析了配电物联网整体架构、关键构成要素以及配电业务需求,阐述了配电物联网云边协同技术,并结合业务特性和云边协同资源提供模式,从云边协同业务卸载和云边计算资源配置两个层面对云边资源协同优化方式进行分析。(2)分析了配电业务计算负荷的不确定性性质和特点,将计算负荷不确定性映射为业务请求数量。提出了一种基于伪变量法的自适应核密度估计概率模型优化方法,生成了配电业务请求数量的概率密度曲线和概率分布曲线,并得到考虑不确定性的配电业务计算负荷模型。(3)研究了配电业务的云边协同卸载问题。以典型周期性业务能量管理业务为例,提出了一种考虑卸载成本的配电业务云边协同卸载方法。基于边云卸载、边边卸载两种不同的卸载路径分别建立计算成本、通讯成本和排队成本模型。以整体卸载成本最小为优化目标,求解业务的最优卸载路径。(4)研究了考虑业务计算负荷不确定性的云边协同业务卸载问题和边缘计算终端计算资源配置问题。针对业务数量随机波动性较强的电动汽车有序充电业务,基于业务不确定性计算负荷模型,提出了业务覆盖等级以刻画计算负荷不确定性,并建立边缘计算终端计算资源配置模型和以业务延时最小为优化目标的云边协同业务卸载模型,实现了边缘计算终端计算资源合理配置和不确定性配电业务的低延时云边协同卸载。
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