配用电路由负载均衡的方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及智能配用电通信技术领域，具体地涉及一种基于负载均衡的配用电路由方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.电网设备通过多类型传感器和采集终端获取电网状态基础信息，并利用物联网等信息通信技术构建数据链路，大部分传统的路由算法虽然实现简单，但对电力通信网络的结构特征和数据流量特性适应性较差，实际应用过程中无法实现网络资源的合理分配。轻载情况下，传统的路由算法能够保障网络的通信效率和通信质量，但随着网络负载的不断增多和突发性的业务需求，其弊端也显露无疑。由于电力通信业务具有明显的汇集特性和局部关联特性，导致重载条件下的链路利用效率分化明显，少数链路会承担网络中的大部分业务流量，容易出现过载而产生丢包现象，成为网络中的瓶颈链路，从而制约整体网络的传输性能；而大量的其他链路则处于相对空闲状态，链路利用率很低，造成网络资源的浪费。


技术实现要素：

3.为克服传统配电用路由存在的问题，本发明专利提出了一种配用电路由负载均衡的方法，综合考虑终端接入业务的实时性、优先级及网络带宽条件，选择合适的路由路径，且根据网络链路实际使用情况分配路径上的流量，实现负载均衡，减少时延和丢包率，提高通信链路利用率，实现各种接入业务的优先级编排。
4.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种配用电路由负载均衡的方法，包括： 确定初始节点的候选节点集合；根据路径代价值最小原则，从所述初始节点的候选节点集合中获取预分流候选节点集合；对所述预分流候选节点集合中的候选节点进行排序并依次转发数据包。
5.可选地，所述根据路径代价值最小原则，获取预分流候选节点集合，包括：通过调节因子调节所述候选节点预分配的流量。
6.可选地，所述通过调节因子调节所述候选节点预分配的流量，用如下公式表示：f
pre
(k)=f
out
(i)﹒p
ik
+f
adj
(k)其中，节点i为初始节点，则候选节点集合为；候选节点k属于所述候选节点集合，所述候选节点k的预分配的流量为f
pre
(k)；流出节点i的流量为f
out
(i)、p
ik
为候选节点k被选中的概率、调节因子为f
adj
(k)。
7.可选地，所述调节因子是变量，根据业务要求中的信噪比要求、带宽、延时或数据包大小的一者或多者来确定。
8.可选地，根据路径代价值最小原则，获取预分流候选节点集合，包括：根据业务量，计算从初始节点到目的节点任一条链路的利用率；选择所述利用率低于第一阈值的链路。
9.可选地，根据业务量，计算从初始节点到目的节点任一条链路的利用率，包括：根
据配用电路由的网络链路的带宽矩阵、链路的权重设置、节点的配置比例及业务数据量，得到任一条链路e的流量h
et
，则所述任一条链路e的利用率ze为：z
e =h
et /ce其中，h
et
为所述任一条链路e的流量；ce表示所述任一条链路e的容量。
10.可选地，获取预分流候选节点集合，还包括：计算所述候选节点集合中各节点的配置优先级；删除配置优先级高于第二阈值的所述候选节点集合中的节点；根据遍历所述利用率低于第一阈值的链路中包括的所述候选节点集合中的节点，获取所述预分流候选节点集合。
11.可选地，对所述预分流候选节点集合中的候选节点进行排序，包括：将所述利用率低于第一阈值的链路，按照代价值由低到高排序；将所述链路中对应所述预分流候选节点集合中的候选节点根据所述代价值由低到高排序。
12.另一方面，本发明提供一种配用电路由负载均衡的装置，包括：候选节点确认模块，用于确定初始节点的候选节点集合；获取模块，用于根据路径代价值最小原则，从所述初始节点的候选节点集合中获取预分流候选节点集合；执行模块，用于对所述预分流候选节点集合中的候选节点进行排序并依次转发数据包；其中所述获取模块包括调节模块，所述调节模块通过调节因子调节所述候选节点预分配的流量。
13.可选地，所述获取模块还包括：第一计算模块，用于根据业务量，计算从初始节点到目的节点任一条链路的利用率；选择模块，用于选择所述利用率低于第一阈值的链路；第二计算模块，用于计算所述候选节点集合中各节点的配置优先级；删除模块，用于删除配置优先级高于第二阈值的所述候选节点集合中的节点；匹配模块，用于根据遍历所述利用率低于第一阈值的链路中包括的所述候选节点集合中的节点，获取所述预分流候选节点集合。
14.可选地，所述执行模块被配置为：将所述利用率低于第一阈值的链路，按照代价值由低到高排序；将所述链路中对应所述预分流候选节点集合中的候选节点根据所述代价值由低到高排序。
15.另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本技术上述任一项所述的配用电路由负载均衡的方法。
16.另一方面，本发明提供一种处理器，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行：如本技术上述任意一项所述的配用电路由负载均衡的方法通过上述技术方案，与现有技术相比，本发明配用电路由负载均衡的方法有如下优点：1、基于流量预分配机制和根据链路利用率筛选并删除配置优先级最高的候选节点，所有收到数据包的候选转发节点都有机会参与到数据包的转发中，不再局限于一条路由路径，避免了流量仅从一条路由路径经过导致的负载不均衡；2、本技术根据网络链路实际使用情况预分配候选节点流量，实现负载均衡，减少时延和丢包率，提高通信链路利用率，实现各种接入业务的优先级编排。
17.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：图1是根据实施例的配用电路由通信网络节点拓扑图；图2是配用电路由负载均衡的方法的流程图；图3是根据实施例的配用电路由负载均衡的装置模块图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
20.基于多维约束机制的本地通信qos路由模型。首先建立配用电本地通信网络的路由机制就是要保证满足配用电不同业务qos（quality of service）服务质量需求条件下，尽可能使通信网络成本最低。任意网络拓扑可以抽象为加权有向图，其中v为网络节点集合，e为链路集合。任意一条链路由代价参数cost(i,j)以及带宽b、时延d等qos性能指标表示；类似地，任意一个网络节点也由代价参数cost(n)、丢包率l和时延d等qos性能指标表示。设p(s,d)表示从源节点s至目的节点d所有链路和网络节点集合，则通信网络路由的约束条件如下：（1）（2）（3）式中，b
min
表示用户服务质量要求的最小带宽，d
max
表示本地通信网络的最大时延，l
max
表示用户qos要求允许的最大丢包率，目标函数cost［p(s,d)］定义为：求解获得某链路满足上述所有约束条件，并最小化链路代价的优化问题被称为多约束最优路径问题。
21.本技术首先基于流量预分配的路由度量，源节点到转发节点的局部代价、转发节点到目的节点的远端代价；其次，依此从候选节点集合中删除优先级高的候选节点，重新调整流量分配结果，以筛选出预分流候选节点集合；同时计算各个候选节点到目的节点的端到端的路径代价值，以确定代价小于阈值的集合为最优的候选节点集合并结合删除的候选节点，获取预分流候选节点集合；在确定预分流候选节点集合后，根据端到端的路径代价值对预分流候选节点集合中的候选节点进行排序，候选节点按照顺序依次转发数据包，实现
路由协议的负载的均衡及传输的可靠性。
22.图1是根据实施例的配用电路由通信网络节点拓扑图。
23.参见图1，初始节点s(source)，也可以理解为任意一节点i，目的节点d(destination)或者理解为链路上任意一节点j或者在实施例中理解为t，子节点1、2、3、4、5、6、7为该配用电路由通信网络拓扑上的节点，其中，节点1、2、3是初始节点s的候选节点，则该网络拓扑包括：4个路径s-1-4-t、s-1-5-t、s-2-5-t和s-3-6-7-t，则两个节点间的链路包括：s-1、s-2、s-3、1-4、1-5、2-5、3-6、6-7、4-t、5-t和7-t。
24.方法实施例图2是配用电路由负载均衡的方法的流程图。
25.参见图1，在s101，确定初始节点的候选节点集合。
26.根据实施例，由于初始节点s具有多个相邻接的节点1、2、3，初始节点s的候选集合可以看作是该节点s能够覆盖到的节点组成的集合，当初始节点s的子节点自身流量已经很大的情况下可能无法承担初始节点s预分配的流量转发任务，此外实际的电力通信网络的链路是复杂不稳定的，根据初始候选集合计算出的到目的节点的路径代价值不一定最小，因此需要考虑如何从初始候选集合中再确定一个合适的候选集合，即预分流候选节点集合，通过剔除初始候选集合中负载过重的节点，增大网络的吞吐率，提高网络的可靠性和稳定性。
27.在s103，根据路径代价值最小原则，从初始节点的候选节点集合中获取预分流候选节点集合。
28.根据实施例，根据流量的预分配原则，初始节点s的流量包括流入节点s的流量及节点s自身产生的流量。例如流入节点s的流量为f
in
(s)、自身的流量为f
own
(s)，则目的节点为t的所有业务在链路e上的流量总和h
et
为：其中j(e)为链路e的终端，i(e)为链路e的起点。下面结合链路特性对节点流出的流量进行预分配。预分配的主要目的是在获取预分流候选节点集合后，将流量分配给预分流候选节点集合中的候选节点，而不是将流量分配给初始节点的所有候选节点。例如，节点i的初始候选节点集合为，考虑到通信网络业务的不同需求引入调节因子f
adj
(k)适当地调节候选节点分配的流量，则候选节点则候选节点预分配的流量f
pre
(k)可表示如下：f
pre
(k)=f
out
(i)﹒p
ik
+f
adj
(k)（6）其中，节点i为初始节点，则候选节点集合为；候选节点k属于所述候选节点集合，点k，所述候选节点k的预分配的流量为f
pre
(k)，其单位为比特；流出节点i的流量为f
out
(i)、p
ik
为候选节点k被选中的概率、调节因子为f
adj
(k)。
29.根据实施例，调节因子f
adj
(k)是变量，具体根据电力业务的信噪比要求、带宽需
求、时延要求或数据包大小的一者或多者来确定。
30.根据实施例，候选节点k被选中的概率p
ik
，根据下述公式确定：其中，为候选节点集合,为链路e的容量，j(e)=k，是以k为终点的链路e，统计的是任意候选节点k的流量。
31.设初始节点到任意候选节点的单跳代价为，为候选节点集合，可理解为上述的，则路径的代价值可以表示如下：根据实施例，根据路径代价值最小原则，从初始节点的候选节点集合中获取预分流候选节点集合，包括：根据业务量，计算从初始节点到目的节点任一条链路的利用率；选择所述利用率低于第一阈值的链路。
32.根据实施例，针对本技术网络拓扑，若已知网络链路的带宽矩阵，链路的权重设置，节点的配置比例及业务数据量，就可以得到任一条链路e上的流量h
et
，也可理解为承担的业务量，则任一条链路e的利用率ze为： z
e =h
et /ce（9）由各链路组成的路径如s-1-4-t具有三个链路，则该路径的业务量和为：（10）通过比较各条链路的利用率，可以定量的衡量某一链路成为瓶颈链路的可能性，ze越大，说明该条链路越有必要进行负载分担。ze=0说明该条链路不传输任何业务，处于空闲状态；ze=1说明该条链路的带宽已被全部利用，处于满载状态，如果链路上分担的业务量h
et
高于链路带宽容量ce，说明该链路超载，已经存在丢包现象，不能保证将数据信息完整的传输到目的节点。
33.根据实施例，选择所述利用率低于第一阈值的链路，举例而言，第一阈值在合理范围内，根据业务需要进行设置，理论上是0-100%，优选为50%-70%。
34.根据实施例，获取预分流候选节点集合，还包括：计算所述候选节点集合中各节点的配置优先级；删除配置优先级高于第二阈值的所述候选节点集合中的节点；根据遍历所述利用率低于第一阈值的链路中包括的所述候选节点集合中的节点，获取所述预分流候选节点集合。
35.根据实施例，每个业务流出的节点（例如，节点1流出到节点4和5）通过查找转发路
由表来确定是否在该链路分配流量，该路由表中会记载当前节点业务流出的下一个流量去向的节点。即以业务流出节点为基准来进行流量调整，定义在节点n属于候选节点集合，定义在节点n属于候选节点集合，（11）式中，n为候选节点集合中业务流出节点，ze为与n相连的链路利用率，kn为节点n的度。ze越大，节点度kn越高，则该候选节点的配置优先级越高，说明该候选节点排序越高，需要被优化；为此，可选地，删除配置优先级最高的候选节点，优选地，删除配置优先级高于第二阈值的所述候选节点集合中的节点，例如，第二阈值范围可以设置为50%-100%之间；根据遍历所述利用率低于第一阈值的链路中包括的所述候选节点集合中的节点，二者的候选节点中有交集的部分，作为获取所述预分流候选节点集合，然后根据上述流量预分配过程进行流量的重新分配。
36.优选地，删除配置优先级最高的候选节点后，然后根据上述流量预分配过程进行流量的重新分配，得到更新后的链路利用率和节点度，再一次删除更新后的配置优先级最高的候选节点；或者更优选的，设置删除更新的次数，每次重复执行上述优选实施例，例如设置3次。最终，可以从初始节点的候选集合中筛选出稳定的候选集合作为预分流候选节点集合。
37.在s105，对预分流候选节点集合中的候选节点进行排序并依次转发数据包。
38.根据实施例，在预分流候选节点集合确认后，将更新后利用率低于第一阈值的链路，按照代价值由低到高排序；将所述链路中对应所述预分流候选节点集合中的候选节点根据所述代价值由低到高排序。举例而言，可利用几种常见的排序算法：冒泡排序、选择排序、插入排序、归并排序等，其代码均采用java实现。
39.通过上述步骤，得到预分流候选节点集合，其集合中的候选节点数小于初始候选节点的集合中的候选节点数，使预分配的流量优化地分配到预分流候选节点集合中的候选节点，避免了流量仅从一条路由路径经过导致的负载不均衡。
40.装置实施例图3是根据实施例的配用电路由负载均衡的装置模块图。
41.参见图3，配用电路由负载均衡的装置300包括：候选节点确认模块301、获取模块303和执行模块305。
42.根据实施例，候选节点确认模块301用于确定初始节点的候选节点集合。
43.获取模块303用于根据路径代价值最小原则，在候选节点确认模块301中，从初始节点的候选节点集合中获取预分流候选节点集合。
44.执行模块305用于根据获取模块303中的预分流候选节点集合中的候选节点进行排序并依次转发数据包，其中获取模块303包括调节模块3031，调节模块3031通过调节因子调节候选节点预分配的流量。
45.根据实施例，所述获取模块303还包括：第一计算模块3033用于根据业务量，计算从初始节点到目的节点任一条链路的利
用率。
46.选择模块3035用于选择所述利用率低于第一阈值的链路。
47.第二计算模块3037用于计算所述候选节点集合中各节点的配置优先级。
48.删除模块3039用于删除配置优先级高于第二阈值的所述候选节点集合中的节点。
49.匹配模块30311用于根据遍历所述利用率低于第一阈值的链路中包括的所述候选节点集合中的节点，获取所述预分流候选节点集合。
50.根据实施例，所述执行模块305被配置为：将所述利用率低于第一阈值的链路，按照代价值由低到高排序；将所述链路中对应所述预分流候选节点集合中的候选节点根据所述代价值由低到高排序。
51.上述配用电路由负载均衡的装置与现有技术相比的优点与上述配用电路由负载均衡的方法相同，在此不赘述。
52.上述配用电路由负载均衡的装置包括处理器和存储器，上述候选节点确认模块301、获取模块303和执行模块305等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
53.处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来使得配用电路由负载均衡。
54.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)，存储器包括至少一个存储芯片。
55.本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述配用电路由负载均衡方法。
56.本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述配用电路由负载均衡方法。
57.本技术还提供了一种计算机程序产品，用于在上述配用电路由负载均衡的装置上执行。
58.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。
59.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。
60.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。
61.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。
62.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
63.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
64.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (pram)、静态随机存取存储器 (sram)、动态随机存取存储器 (dram)、其他类型的随机存取存储器 (ram)、只读存储器 (rom)、电可擦除可编程只读存储器 (eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (cd-rom)、数字多功能光盘 (dvd) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
65.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
66.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。