基于云平臺的電力客戶異地服務(wù)信息實時共享方法

陳競， 杜杰， 李宇遠

(南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司，廣東，廣州 510670)

0 引言

近年來，電力客戶異地服務(wù)信息實時共享問題成為電力研究開發(fā)的重點。隨著信息共享技術(shù)的飛速發(fā)展，電力客戶對異地服務(wù)信息實時共享的要求也越來越高[1]。讓電力客戶更便捷地獲取所需電力服務(wù)信息，對于電力信息事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

眾多學(xué)者已對此進行研究。文獻[2]提出了基于YNCIM模型的電網(wǎng)信息共享方法，構(gòu)建了統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型，對主網(wǎng)模型、配網(wǎng)模型和客戶模型進行了詳細闡述，使信息集成和數(shù)據(jù)共享過程得以有效實現(xiàn)；文獻[3]中提出了基于Stackelberg博弈的電網(wǎng)信息共享方法，通過構(gòu)建以產(chǎn)消者和云儲能(cloud energy storage,CES)為主的虛擬電廠主體，設(shè)計能源共享運營機制，分析供需互動過程，建立以虛擬電廠運營商為領(lǐng)導(dǎo)者、產(chǎn)消者為跟隨者的非合作博弈模型。然而，以上兩種方法在傳遞客戶異地服務(wù)信息時，信息容易丟失，傳遞信息速度較慢，從而導(dǎo)致電力客戶異地服務(wù)信息傳遞成功率較低。

為改變此種現(xiàn)狀，本文提出基于云平臺的Mediator節(jié)點電力客戶異地服務(wù)信息共享方法，實現(xiàn)電力客戶異地服務(wù)信息實時共享。

云平臺相對于傳統(tǒng)服務(wù)器，穩(wěn)定性更強、安全性更高,具有無限的容量，且運算速度快、存儲更方便、更容易實現(xiàn)協(xié)作與共享。在云平臺上布置Mediator節(jié)點的電力客戶異地服務(wù)信息實時共享流程，可以更好地實現(xiàn)電力客戶異地服務(wù)信息的共享[4],其在電力客戶異地服務(wù)信息共享過程中具有耗時短、系統(tǒng)負載均衡、信息傳遞成功率高等優(yōu)點[5]。

1 基于云平臺的電力客戶異地服務(wù)信息實時共享方法

1.1 云平臺Mediator節(jié)點架構(gòu)設(shè)定

不同的電力客戶和信息客戶，對電力服務(wù)信息系統(tǒng)與共享數(shù)據(jù)庫需求不同。Mediator節(jié)點憑借衛(wèi)星系統(tǒng)接收信號，能夠增強信號處理強度[6]。由Mediator節(jié)點構(gòu)成一個電力客戶異地服務(wù)信息共享網(wǎng)絡(luò)，Mediator節(jié)點通過接收、發(fā)送信息，可以將異地服務(wù)信息傳遞給其他電力客戶，實現(xiàn)電力客戶異地服務(wù)信息共享。

電力客戶異地服務(wù)信息Mediator節(jié)點資源共享架構(gòu)基本流程如下。

(1)Mediator節(jié)點向通信導(dǎo)航衛(wèi)星傳送電力客戶異地服務(wù)信息共享請求[7]。

(2)通信導(dǎo)航衛(wèi)星向目標(biāo)電力客戶Mediator節(jié)點傳送電力客戶異地服務(wù)信息共享請求[8]。

(3)用中介器、包裝器對Mediator節(jié)點架構(gòu)中異地信息進行提取、連接、預(yù)處理與共享。

圖1為Mediator節(jié)點的電力客戶異地服務(wù)信息共享轉(zhuǎn)換流程[9]。

圖1 Mediator節(jié)點的電力客戶信息共享流程

如圖1所示，包裝器模塊主要負責(zé)共享和轉(zhuǎn)換服務(wù)信息。中介器使用代理加密模式，實現(xiàn)原密文與電力客戶共享服務(wù)信息公匙的轉(zhuǎn)換，在電力客戶服務(wù)信息共享前驗證身份，可以保證電力客戶通信安全性[10]。

電力客戶云平臺環(huán)境下，實現(xiàn)電力客戶服務(wù)信息實時共享的步驟如下。

(1)發(fā)出共享服務(wù)信息請求的電力客戶利用云平臺系統(tǒng)公匙進行身份驗證。

(2)采用BF-IBE算法對Mediator傳遞的帶密文的電力客戶服務(wù)信息共享資源實現(xiàn)更高級的私匙加密。

(3)采用Mediator中介器、包裝器在電力客戶之間傳遞私匙加密的電力客戶服務(wù)信息共享資源。

(4)電力服務(wù)信息共享者輸入電力客戶ID、密匙進行認(rèn)證，提取所需電力服務(wù)信息共享資源。

1.2 DICOM中間件設(shè)計

Mediator節(jié)點架構(gòu)中的中介器應(yīng)用DICOM中間件，預(yù)處理與連接電力客戶異地服務(wù)信息，可提高電力客戶異地服務(wù)信息實時共享的效率。

DICOM中間件是一個中間層軟件，將響應(yīng)處理的電力客戶服務(wù)信息共享請求，交給云平臺電力客戶后端服務(wù)器，再將后端服務(wù)器處理后的結(jié)果返回給電力客戶端[11]。中間件的具體工作流程如下。

(1)服務(wù)信息處理模塊根據(jù)電力客戶的ID號，從電力中心PACS中查找符合條件的電力客戶記錄，將服務(wù)信息文件加載到服務(wù)信息緩沖區(qū)，提取電力服務(wù)相關(guān)信息、存儲路徑寫入服務(wù)信息數(shù)據(jù)庫。

(2)服務(wù)信息處理模塊加密、壓縮服務(wù)信息數(shù)據(jù)。

(3)服務(wù)信息處理模塊將連接請求發(fā)送給電力中心端。

(4)電力中心端接口服務(wù)器接收DICOM中間件的連接信息，并用數(shù)字證書對其進行安全性驗證。安全性驗證通過則建立連接，不通過則拒絕連接。

(5)建立連接后，依據(jù)服務(wù)信息數(shù)據(jù)庫記錄的服務(wù)信息存儲路徑，在服務(wù)信息緩沖區(qū)搜索對應(yīng)服務(wù)信息文件，由服務(wù)信息發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給電力中心端。

(6)電力中心端接收數(shù)據(jù)，將接收的服務(wù)信息數(shù)據(jù)解密，導(dǎo)入電力服務(wù)信息中心服務(wù)器。中間件的工作流程如圖2所示。

圖2 DICOM中間件工作流程

1.3 云平臺下電力客戶異地服務(wù)信息共享模式

1.3.1 對等網(wǎng)絡(luò)共享模式

通過云平臺下的分布式對等網(wǎng)絡(luò)管理資源節(jié)點相互協(xié)作，搜索信息資源[12-13]。

搜索資源，首先要獲得資源匹配率SuccessRation(key)，其計算公式如下：

(1)

式中，key代表搜索關(guān)鍵詞,SuccessCount(key)、RespectCount(key)分別代表搜索范圍內(nèi)響應(yīng)的資源數(shù)量和期望響應(yīng)的資源數(shù)量。

響應(yīng)速度Reratio在搜索中的計算公式為

(2)

其中，ω代表比例因子,Tused代表搜索過程所用時間,TTLmax、TTLused分別代表搜索所用信息機制TTL的最大生存時間、路徑開銷。

用戶搜索興趣度Interest(key)的計算公式如下：

Interest(key)=γSuccessRation(key)+

(1-γ)Reratio(key)

(3)

其中，γ表示Interest(key)中資源匹配所占比例，在Interest(key)中，γ值的大小與SuccessRation(key)的重要程度呈正相關(guān)。

兩個興趣資源愛好相同的節(jié)點i、j的興趣相似度Sim(i,j)表示為

(4)

節(jié)點i、j間通信頻率Iratio(key)通過公式(5)計算：

(5)

式中，節(jié)點i、j間與節(jié)點i、k間的通信次數(shù)用Cij與Cik表示。

用ε代表興趣相似度比例系數(shù)，節(jié)點i、j間用戶的偏愛度ηij計算公式如下：

ηij=εSim(i,j)+(1-ε)Iratio(key)

(6)

1.3.2 資源興趣搜索方法

本文采用資源興趣搜索方法，使資源搜索更快捷、更準(zhǔn)確[14-15]。

如果強度函數(shù)中用τij(t)代表關(guān)鍵詞key在節(jié)點i、j間的興趣信息素，式(7)可代表其定義、更新方式:

τij(t+1)=(1-ρ)τij(t)+Δτij

(7)

其中，揮發(fā)因子ρ滿足0≤ρ≤1。

如式(8)所示，計算興趣信息素增量Δτij：

Δτij=q·Interest(key)

(8)

式中，q代表一個常數(shù)，興趣信息素增量Δτij值越大，用戶搜索關(guān)鍵詞key的資源興趣度Interest(key)越高。

根據(jù)上式，個性興趣信息素的資源搜索選擇路徑概率函數(shù)pij(t)可表示為

(9)

式中，α、β分別代表興趣信息素強度、選擇偏愛度權(quán)重。

至此，完成基于云平臺的電力客戶異地服務(wù)信息實時共享方法的設(shè)計。

2 實驗結(jié)果與分析

在OpenShift云平臺上以某市某電力公司為實驗對象，該電力公司設(shè)置7個職能部門進行日常工作管理，公司資產(chǎn)達200億元，員工12 000人，擁有110 kV以上變電站160座，變電容量4 680萬kVA，擁有區(qū)供電公司26家。這26家區(qū)供電公司作為該電力公司的電力客戶，對1 200 km2區(qū)域內(nèi)35萬余人進行工農(nóng)業(yè)以及生活供電。采用本文方法對其進行電力客戶異地服務(wù)信息共享，測試本文方法性能。

表1是計算機提取到的應(yīng)用本文方法共享的部分電力客戶信息。

從表1可看出，應(yīng)用本文方法成功共享了各電力客戶服務(wù)質(zhì)量、營業(yè)質(zhì)量以及供電質(zhì)量異地服務(wù)信息，驗證了本文方法共享電力客戶異地服務(wù)信息的可行性。

表1 供電公司客戶信息 %

圖3為本文方法加入和未加入中間件連接和預(yù)處理服務(wù)信息，共享不同服務(wù)信息耗用的時間情況。

圖3 異地信息服務(wù)共享時間

從圖3分析可得，加入中間件后進行電力客戶異地服務(wù)信息共享時所耗時間更短，且文件越大，中間件在服務(wù)信息耗時上所顯示出的優(yōu)勢越明顯。實驗結(jié)果表明,本文方法利用中間件可有效連接和預(yù)處理電力系統(tǒng)異地服務(wù)信息，使共享效率顯著提升。

圖4是應(yīng)用本文方法加入和未加入中間件在不同信道噪聲比環(huán)境下共享異地服務(wù)信息的丟包率。

圖4 異地服務(wù)信息共享丟包率

從圖4分析可得，本文方法加入中間件后，信道噪聲比不斷增大，丟包率卻不斷降低，而未加入中間件時，丟包率始終較高，且無明顯的下降趨勢。這說明加入中間件使信息傳遞誤差更小，可以更好地實現(xiàn)電力客戶異地服務(wù)信息的實時共享。

系統(tǒng)負載情況是衡量共享情況的指標(biāo)，圖5給出的是應(yīng)用本文方法共享不同大小文件時的系統(tǒng)負載情況。

由圖5可看出，采用本文方法共享不同大小文件時，隨著共享時間的增加，系統(tǒng)負載穩(wěn)定地小幅度上漲，負載曲線上下波動不大，說明應(yīng)用本文方法實時共享電力客戶異地服務(wù)信息，系統(tǒng)負載更加均衡。

圖5 不同文件大小系統(tǒng)負載情況

圖6為相同搜索次數(shù)下本文方法與文獻[2]方法、文獻[3]方法的信息搜索成功率對比圖。

圖6 不同方法的搜索成功率

由圖6可以看出，在相同搜索次數(shù)下，本文方法搜索資源的成功率要高于文獻[2]方法、文獻[3]方法，并且隨著搜索次數(shù)的增加，本文方法一直保持較高的搜索成功率，最高達到60%。

圖7為本文方法與文獻[2]方法、文獻[3]方法在發(fā)送相同數(shù)量的查詢請求包時得到的查詢反饋包數(shù)量。

由圖7可知，在發(fā)送相同數(shù)量的查詢請求包時，本文方法比文獻[2]方法、文獻[3]方法得到的反饋包數(shù)量更多，且隨著查詢請求包數(shù)量的增加，本文方法得到的查詢反饋包在數(shù)量上優(yōu)勢更加明顯，在查詢請求包數(shù)據(jù)量達到60個之前，本文方法可完全反饋查詢請求包，說明本文方法可良好響應(yīng)查詢請求，具備更好的電力客戶異地服務(wù)信息資源實時共享性能。

圖7 不同方法查詢反饋包

3 總結(jié)

針對當(dāng)前存在的電力客戶異地服務(wù)信息共享速度慢、信息容易丟失等缺點,本文研究基于云平臺的電力客戶異地服務(wù)信息共享方法，通過在云平臺中設(shè)計Mediator節(jié)點，使得電力客戶異地服務(wù)信息實時共享過程耗時更短，信息傳遞不容易丟失，系統(tǒng)負載更均衡。本文方法提升了資源搜索成功率與信息回應(yīng)速度，提高了電力客戶異地服務(wù)信息共享性能。