一种基于5G网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法及系统与流程

本发明涉及电动汽车与电网互动控制数据传输，尤其涉及一种基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法及系统。

背景技术：

1、车网互动通过智能有序充电、双向充放电等技术，能够有效提升配电网对于大规模电动汽车的接入能力，同时通过需求响应和辅助服务等市场机制，能够激发新能源汽车作为泛在灵活性资源的调节潜力。另一方面，充电设备数量众多、管理复杂，如果充电过程控制不当，可能会造成电池永久损坏，甚至引发电池爆炸。因此需要实时监控设备的运行状态，及时发现并处理故障，确保充电站的稳定运行。

2、第五代移动通信(以下简称5g)作为一种新兴技术，以其独特的优势给配网监测建设提供了一条新的途径。通信网络对充电站监测数据的采集有着十分重要的意义，充电运营、场站运维、互动调控不同环节的通信所需要达到的要求也不一样。5g通信具有高速率、高容量、高可靠性、低时延与低耗能三高两低的特点，能够为充电站的充电调控和安全监测提供稳定可靠的通信支撑。

3、目前充电桩的运行数据主要由每个充电桩通过4g公网网络传输到充电运营平台，而摄像头、烟雾传感器等充电场站环境监测数据主要存储在充电场站本地监控系统。上述数据采集传输方案存在几个问题：一是不同来源数据的采集和利用存在壁垒，难以通过多源数据综合分析处理，来实现充电场站充电运营、场站运维、安全监测、故障预警等功能；二是无线公网难以满足车网互动调控数据采集传输的安全需求，充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电调控指令等数据，涉及充电桩的安全稳定运行，一旦被恶意泄露和利用，将对充电安全乃至电力系统的安全造成严重的影响。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、第一方面，本发明提供了一种基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法，包括：

6、获取充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据；

7、预设网络切片部署的隔离等级计算逻辑，根据不同类型网络切片服务需求构建网络切片部署优化模型；

8、基于粒子群算法计算网络切片部署优化模型，获取网络切片虚拟节点的最佳部署方案；

9、根据网络切片虚拟节点的最佳部署方案建立网络切片分组传输网络，通过网络切片分组传输网络控制充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据在电动汽车与电网间传输。

10、作为本发明所述的基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法的一种优选方案，其中：所述预设网络切片部署的隔离等级计算逻辑包括：

11、记网络切片为vj，网络切片的隔离等级由性能隔离等级和安全隔离等级2部分构成，计算方法如下：

12、

13、其中，表示网络切片vj的隔离等级，表示网络切片vj的性能隔离等级，表示网络切片vj的安全隔离等级，k1、k2表示网络切片vj性能和安全需求的权重，满足k1+k2＝1。

14、作为本发明所述的基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法的一种优选方案，其中：所述预设网络切片部署的隔离等级计算逻辑还包括：

15、所述性能隔离等级计算方法如下：

16、计算网络切片vj中x个虚拟节点的性能隔离因子

17、

18、其中，和分别为网络切片vj中第x个虚拟节点的计算、存储和网络资源需求；ccpu cmey cnet为网络切片vj中第x个虚拟节点分配的信道剩余的计算、存储和网络等物理资源；ε1、ε2、ε3为对不同类型资源需求的权重系数；ε1+ε2+ε3＝1；

19、网络切片vj中m个节点的虚拟资源的需求不同，映射至信道的剩余物理资源也不同，故求出的不同数据标识符的性能隔离因子不同，将所有节点中最大的值作为vj整体的性能隔离水平，即

20、根据值将vj的性能隔离等级分为1～9级。

21、作为本发明所述的基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法的一种优选方案，其中：所述预设网络切片部署的隔离等级计算逻辑还包括：

22、对于网络切片vj的m个虚拟节点，将m个虚拟节点部署在不同物理信道上，设允许在物理信道上最多部署个虚拟节点，故与网络切片vj共存的网络切片数量介于0到之间，根据的值将的安全隔离等级分为1～9级。

23、作为本发明所述的基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法的一种优选方案，其中：所述根据不同类型网络切片服务需求构建网络切片部署优化模型包括：

24、设网络切片vj的服务需求是其中表示数据标识符所需的多种虚拟资源的集合；是vj所有虚拟节点可接受的性能隔离因子的最大值，是vj允许与其他网络切片共存的最大数量；由和可求出对应的性能隔离等级和安全隔离等级隔离等级

25、只允许固定隔离等级差值的网络切片共享物理资源，该差值即为用于保证vj的隔离水平；

26、网络切片vj优化部署的目标函数为最小化网络切片成本，网络切片成本包括租赁物理节点和物理链路所带来的成本支出。

27、作为本发明所述的基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法的一种优选方案，其中：所述根据不同类型网络切片服务需求构建网络切片部署优化模型还包括网络切片vj优化部署的约束条件，具体如下：

28、网络切片的性能隔离因子值均不超过允许的与其他网络切片共存的数量不超过规定的其中表示性能隔离因子值允许的最大值，表示网络切片共存数量规定值；

29、为了防止隔离等级差距大的网络切片共存，要求部署在相同物理信道上的多个网络切片的隔离等级的差值不超过表示预设隔离等级差值最大值。

30、作为本发明所述的基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法的一种优选方案，其中：所述基于粒子群算法计算网络切片部署优化模型，获取网络切片虚拟节点的最佳部署方案包括：

31、首先随机初始化一个含有s个粒子组成的种群，即种群规模为s，每一个粒子都是网络切片vj可能的部署位置，向量xγ＝(xγ1,xγ2,...,xγa)表示第γ个粒子，其中，γ是[1,s]上的整数，a是网络切片vj请求的节点总个数，xγa表示第γ个粒子中把第a个虚拟节点映射到物理信道的序号；

32、把网络切片成本作为适应度函数，将xγ代入适应度函数中求出第γ个粒子的适应度值：

33、

34、其中，αj,x为网络切片vj中第x个虚拟节点部署的物理节点的租赁价格；βj,ef为物理链路的租赁价格；为网络切片vj的通信链路的集合；

35、更新当前的个体最优解pγ,best和全局最优解gbest，判断当前迭代代数t是否小于最大迭代代数t或者计算精度是否满足要求，若是则停止计算，输出最优部署方案，否则进行下一步；

36、每个粒子根据飞行速度更新当前的部署位置，第γ个粒子的飞行速度可以用向量vγ＝(vγ1,vγ2,...,vγa)表示：

37、xγa(t+1)＝xγa(t)+vγa(t+1)

38、粒子根据飞行速度更新方式如下：

39、vya(t+1)＝vra(t)+c1r1a(pg,best,a(t)-xya(t))+c2r2a(gbest,a(t)-xaa(t))

40、其中，学习因子c1和c2分别代表粒子本身获得的经验以及其他粒子获得的经验，调整c1和c2的值可以控制粒子在网络切片隔离全局探测和局部开采的有效平衡，r1和r2是相互独立的伪随机数，服从[0,1]上的均匀分布；

41、在更新粒子位置后，利用遗传算法对当前的粒子位置进行再更新，其中，每一个粒子都是一条染色体，所部署的隔离物理信道序号即染色体的基因，首先对当前粒子的位置信息进行交叉操作，交叉概率是pc，随机选择两个粒子，随机选择两个虚拟节点所映射的物理信道序号作为交叉的位置，交叉结束后，再验证两个染色体的可行性，即是否满足唯一性约束条件、是否超过物理信道序号范围，然后进行变异操作，随机选择一个个体，并以pm的概率改变某个基因的值，之后验证染色体的可行性。

42、第二方面，本发明提供了一种基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输系统，包括：

43、数据获取模块，用于获取充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据；

44、模型构建模块，用于预设网络切片部署的隔离等级计算逻辑，根据不同类型网络切片服务需求构建网络切片部署优化模型；

45、最优网络获取模块，用于基于粒子群算法计算网络切片部署优化模型，获取网络切片虚拟节点的最佳部署方案；

46、传输模块，用于根据网络切片虚拟节点的最佳部署方案建立网络切片分组传输网络，通过网络切片分组传输网络控制充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据在电动汽车与电网间传输。

47、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

48、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

49、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提出一种基于5g网络切片的电动汽车与电网互动控制数据传输方法及系统，获取充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据；预设网络切片部署的隔离等级计算逻辑，根据不同类型网络切片服务需求构建网络切片部署优化模型；基于粒子群算法计算网络切片部署优化模型，获取网络切片虚拟节点的最佳部署方案；根据网络切片虚拟节点的最佳部署方案建立网络切片分组传输网络，通过网络切片分组传输网络控制充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据在电动汽车与电网间传输。设置5g网络切片架构，用于区分和隔离不同数据传输需求；根据充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据的安全等级和实时性要求，建立数据分类标准；基于数据分类标准建立网络切片服务需求模型，确保各类数据在5g网络切片中的安全传输和高效处理。通过5g网络切片技术，实现了充电桩运行数据、配变负荷数据以及充电站环境数据的分类、隔离和高效传输，提高了数据的安全性和处理效率，有效解决了现有数据传输方案存在的问题，为电动汽车与电网的互动控制提供了安全可靠的通信保障。同时，该方法具有良好的灵活性和可扩展性，能够适应不同场景和未来技术的发展需求。