Deployment and Task Allocation Method of Edge Computing Terminals in Distribution Network Considering Task Coupling

CHEN Yuanju; CAI Zexiang; CEN Bowei; HU Kaiqiang; WU Zhigang; KANG Yiqun

doi:10.7500/AEPS20211212006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Deployment and Task Allocation Method of Edge Computing Terminals in Distribution Network Considering Task Coupling

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Deployment and Task Allocation Method of Edge Computing Terminals in Distribution Network Considering Task Coupling
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 22, Pages: 32-40(2022)
- 作者机构：
  
  华南理工大学电力学院，广东省广州市 510641
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Key-Area Research and Development Program of Guangdong Province(2019B111109002)
- DOI：10.7500/AEPS20211212006
  CLC：
- Received：12 December 2021，
  
  Revised：2022-02-19，
  
  Published Online：27 September 2022，
  
  Published：25 November 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
陈元榉,蔡泽祥,岑伯维等.考虑任务耦合的配电网边缘计算终端部署与任务分配方法[J].电力系统自动化,2022,46(22):32-40.

CHEN Yuanju,CAI Zexiang,CEN Bowei,et al.Deployment and Task Allocation Method of Edge Computing Terminals in Distribution Network Considering Task Coupling[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):32-40.
陈元榉,蔡泽祥,岑伯维等.考虑任务耦合的配电网边缘计算终端部署与任务分配方法[J].电力系统自动化,2022,46(22):32-40. DOI： 10.7500/AEPS20211212006.

CHEN Yuanju,CAI Zexiang,CEN Bowei,et al.Deployment and Task Allocation Method of Edge Computing Terminals in Distribution Network Considering Task Coupling[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):32-40. DOI： 10.7500/AEPS20211212006.

摘要

边缘计算是实现配电网海量异构信息深度感知和高效处理、满足多元化业务需求的关键技术，但当前存在资源部署冗余、利用率低等问题。文中提出一种考虑配电网任务耦合的边缘计算终端部署与任务分配方法。首先，提出基于节点簇划分的边缘计算架构与任务处理模型，刻画任务处理特征及任务耦合关系。其次，建立终端部署与任务分配的双层优化模型，上层模型求解任务在边缘计算终端间的分配问题，下层模型求解边缘计算终端在节点簇内的部署问题。再次，分析双层模型的耦合关系，提出改进的

-means法划分节点簇，并利用带边界条件的隐枚举法求解双层模型。最后，算例验证了所提方法的有效性与可行性。

Abstract

Edge computing is the key technology which realizes the deep perception and efficient processing of massive heterogeneous information and meets the needs of diversified services in the distribution network. However

there are some problems such as redundant resource deployment and low utilization rate. This paper proposes a deployment and task allocation method of edge computing terminal in distribution network considering the task coupling. First

the edge computing architecture based on node cluster classification in distribution network is described

and a task processing model is proposed to describe the processing characteristics of tasks and the coupling relationship among different tasks. Secondly

a bi-layer model considering terminal deployment and task allocation is established. The upper model solves the problem of task allocation in edge computing terminals

and the lower model solves the problem of deployment of edge computing terminals in node clusters. Thirdly

the coupling relationship of the bi-layer model is analyzed

an improved

-means method is proposed to divide the node clusters

and the implicit enumeration method with boundary conditions is used to solve the proposed bi-layer optimization model. Finally

an example is given to verify the effectiveness and feasibility of the proposed method.

关键词

Keywords

references

高仕斌，高凤华，刘一谷，等 . 自感知能源互联网研究展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1 - 17 .

GAO Shibin ， GAO Fenghua ， LIU Yigu ， et al . Prospect of research on self-aware Energy Internet ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1 - 17 .

聂峥，章坚民，傅华渭 . 配变终端边缘节点化及容器化的关键技术和应用场景设计［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 154 - 161 .

NIE Zheng ， ZHANG Jianmin ， FU Huawei . Key technologies and application scenario design for making distribution transformer terminal unit being a containerized edge node ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 154 - 161 .

李钦豪，张勇军，陈佳琦，等 . 泛在电力物联网发展形态与挑战［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 13 - 22 .

LI Qinhao ， ZHANG Yongjun ， CHEN Jiaqi ， et al . Development patterns and challenges of ubiquitous power Internet of Things ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 13 - 22 .

陈皓勇，蔡伟钧，陈健润 . 能量与信息融合的电力物联网技术［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 22 ）： 8 - 17 .

CHEN Haoyong ， CAI Weijun ， CHEN Jianrun . Power Internet of Things technology with energy and information fusion ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 22 ）： 8 - 17 .

应俊，蔡月明，刘明祥，等 . 适用于配电物联网的低压智能终端自适应接入方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 2 ）： 22 - 27 .

YING Jun ， CAI Yueming ， LIU Mingxiang ， et al . Adaptive access method of low voltage intelligent terminal for distribution Internet of Things ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 2 ）： 22 - 27 .

尚立，蔡硕，崔俊彬，等 . 基于软件定义网络的电网边缘计算资源分配［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 20 ）： 136 - 143 .

SHANG Li ， CAI Shuo ， CUI Junbin ， et al . SDN-based MEC resource allocation of a power grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 20 ）： 136 - 143 .

YU X H ， XUE Y S . Smart grids： a cyber-physical systems perspective ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2016 ， 104 （ 5 ）： 1058 - 1070 .

NIU X D ， SHAO S J ， XIN C ， et al . Workload allocation mechanism for minimum service delay in edge computing-based power Internet of Things ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 83771 - 83784 .

BEDI G ， VENAYAGAMOORTHY G K ， SINGH R ， et al . Review of Internet of Things （IoT） in electric power and energy systems ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2018 ， 5 （ 2 ）： 847 - 870 .

岑伯维，蔡泽祥，胡凯强，等 . 电力物联网边缘计算终端业务时序逻辑与计算负荷建模方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 107 - 114 .

CEN Bowei ， CAI Zexiang ， HU Kaiqiang ， et al . Modeling method for bussiness sequential logic and workload of edge computing terminal in electric Internet of Things ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 107 - 114 .

陈元榉，蔡泽祥，孙宇嫣，等 . 电力物联网边缘计算终端部署与业务分配优化方法［J］. 南方电网技术， 2022 ， 16 （ 3 ）： 100 - 107 .

CHEN Yuanju ， CAI Zexiang ， SUN Yuyan ， et al . An optimization method of edge computing terminal deployment and service allocation in power Internet of Things ［J］. Southern Power System Technology ， 2022 ， 16 （ 3 ）： 100 - 107 .

赵天阳，张华君，徐岩，等 . 不确定环境下含云计算数据中心的电网韧性增强调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 3 ）： 49 - 57 .

ZHAO Tianyang ， ZHANG Huajun ， XU Yan ， et al . Resilience-enhanced scheduling of power system with cloud computing data centers under uncertainty ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 49 - 57 .

刘嘉恒，张明，葛磊蛟，等 . 基于改进郊狼优化算法的光伏智能边缘终端优化配置方法［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 7 ）： 1368 - 1379 .

LIU Jiaheng ， ZHANG Ming ， GE Leijiao ， et al . Optimal configuration method of photovoltaic intelligent edge terminal based on improved coyote optimization algorithm ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 7 ）： 1368 - 1379 .

苏盛，汪干，刘亮，等 . 电力物联网终端安全防护研究综述［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 2 ）： 513 - 525 .

SU Sheng ， WANG Gan ， LIU Liang ， et al . Review on security of power Internet of Things terminals ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 2 ）： 513 - 525 .

GOUDARZI M ， WU H M ， PALANISWAMI M ， et al . An application placement technique for concurrent IoT applications in edge and fog computing environments ［J］. IEEE Transactions on Mobile Computing ， 2021 ， 20 （ 4 ）： 1298 - 1311 .

CHEN X ， LI W Z ， LU S L ， et al . Efficient resource allocation for on-demand mobile-edge cloud computing ［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology ， 2018 ， 67 （ 9 ）： 8769 - 8780 .

PILLAI A S ， ISHA T B . Optimal task allocation and scheduling for power saving in multiprocessor systems ［C］// 2014 Power and Energy Systems： Towards Sustainable Energy ， March 13-15 ， 2014 ， Bangalore， India .

YANG S ， LI F ， SHEN M ， et al . Cloudlet placement and task allocation in mobile edge computing ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2019 ， 6 （ 3 ）： 5853 - 5863 .

LEE H S ， LEE J W . Task offloading in heterogeneous mobile cloud computing： modeling， analysis， and cloudlet deployment ［J］. IEEE Access ， 2018 ， 6 ： 14908 - 14925 .

曹望璋，李彬，祁兵，等 . 一种考虑业务可靠性的需求响应边缘云部署方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 3 ）： 846 - 857 .

CAO Wangzhang ， LI Bin ， QI Bing ， et al . A deployment method of demand response edge cloud considering services reliability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 846 - 857 .

FUJII S ， HIROTA Y ， TODE H ， et al . On-demand routing and spectrum allocation for energy-efficient AoD nodes in SDM-EONs ［J］. Journal of Optical Communications and Networking ， 2017 ， 9 （ 11 ）： 960 - 973 .

孙浩洋，张冀川，王鹏，等 . 面向配电物联网的边缘计算技术［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 12 ）： 4314 - 4321 .

SUN Haoyang ， ZHANG Jichuan ， WANG Peng ， et al . Edge computation technology based on distribution Internet of Things ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 12 ）： 4314 - 4321 .

孙文文，何国庆，刘纯，等 . 物联网背景下应用于光伏发电的边缘计算设备关键技术研究及应用［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 7 ）： 38 - 43 .

SUN Wenwen ， HE Guoqing ， LIU Chun ， et al . Research and application of key technologies for edge computing equipment used in photovoltaic power generation under background of IoT ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 7 ）： 38 - 43 .

吕军，栾文鹏，刘日亮，等 . 基于全面感知和软件定义的配电物联网体系架构［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3108 - 3115 .

LÜ Jun ， LUAN Wenpeng ， LIU Riliang ， et al . Architecture of distribution Internet of Things based on widespread sensing & software defined technology ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3108 - 3115 .

SUN Y Y ， CAI Z X ， GUO C S ， et al . Collaborative dynamic task allocation with demand response in cloud-assisted multiedge system for smart grids ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2022 ， 9 （ 4 ）： 3112 - 3124 .

康逸群，蔡泽祥，曾兴，等 . 考虑卸载成本的配电网能量管理业务云边协同调度方法［J］. 南方电网技术， 2021 ， 15 （ 9 ）： 61 - 68 .

KANG Yiqun ， CAI Zexiang ， ZENG Xing ， et al . An offloading cost based cloud-edge collaborative scheduling method for power distribution network energy management applications ［J］. Southern Power System Technology ， 2021 ， 15 （ 9 ）： 61 - 68 .

曹华珍，吴亚雄，李浩，等 . 基于海量数据的多维度负荷特性分析系统开发［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 6 ）： 155 - 166 .

CAO Huazhen ， WU Yaxiong ， LI Hao ， et al . Development of a multi-dimensional load characteristic analysis system based on massive data ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 6 ）： 155 - 166 .

DENG R L ， LU R X ， LAI C Z ， et al . Optimal workload allocation in fog-cloud computing toward balanced delay and power consumption ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2016 ， 3 （ 6 ）： 1171 - 1181 .

祁兵，曹望璋，李彬，等 . 计及负载特征及响应特性的多数据中心双层优化模型［J/OL］. 电力系统自动化［ 2021-12-12 ］. http：//doi. org/10.7500/AEPS20211114001 http://doi.org/10.7500/AEPS20211114001 .

QI Bing ， CAO Wangzhang ， LI Bin ， et al . Bi-level optimization model of multiple data centers considering workload features and response characteristics ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2021-12-12 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS2021111 4001 http://doi.org/10.7500/AEPS20211114001 .

陈颖毅 . 考虑弃水电量的水火电电力电量平衡模型与算法研究［D］. 北京：华北电力大学（北京）， 2020 .

CHEN Yingyi . Research on the model and algorithm of the electric power and energy balance of hydrothermal considering abandoned hydropower ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2020 .

黄煜，徐青山，夏元兴，等 . 考虑自适应传输备用的含风电电力系统双层随机调度方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 20 ）： 29 - 37 .

HUANG Yu ， XU Qingshan ， XIA Yuanxing ， et al . Bi-level stochastic scheduling method for power system with wind power considering adaptive transmission reserve ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 20 ）： 29 - 37 .

程维杰，程韧俐，徐洲，等 . 基于隐枚举法的快速分级切负荷优化方法［J］. 智慧电力， 2021 ， 49 （ 5 ）： 63 - 68 .

CHENG Weijie ， CHENG Renli ， XU Zhou ， et al . Fast hierarchical load shedding optimal method based on implicit enumeration method ［J］. Smart Power ， 2021 ， 49 （ 5 ）： 63 - 68 .

李求洋，李新，王淑娟 . 基于分支定界法的电能表计量电路容差设计方法［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 5 ）： 102 - 107 .

LI Qiuyang ， LI Xin ， WANG Shujuan . Tolerance design based on branch-and-bound method for metering circuit of electrical energy meter ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 5 ）： 102 - 107 .

谢哲学 . 基于匈牙利法的引航员任务指派研究［D］. 宁波：宁波大学， 2017 .

XIE Zhexue . The study of pilot assignment base on Hungary algorithm ［D］. Ningbo ： Ningbo University ， 2017 .

PIRAGHAJ S F ， DASTJERDI A V ， CALHEIROS R N ， et al . ContainerCloudSim： an environment for modeling and simulation of containers in cloud data centers ［J］. Software： Practice and Experience ， 2017 ， 47 （ 4 ）： 505 - 521 .

郑应俊，杨艺宁，舒一飞，等 . 基于边缘计算的低压用户窃电检测［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 11 ）： 111 - 120 .

ZHENG Yingjun ， YANG Yining ， SHU Yifei ， et al . Electricity theft detection for low-voltage users based on edge computing ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 111 - 120 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Analysis of Key Issues and Prospect for Digital Transformation of Distribution Networks Based on Edge Computing

Analysis on Operation Security Management and Control for User-side Heterogeneous Power Internet-of-Things Devices in Distribution Network

Related Author

Yuanju CHEN

Zexiang CAI

Bowei CEN

Kaiqiang HU

Zhigang WU

Yiqun KANG

LI Peng

XI Wei

Related Institution

Novel Electric Power System (Beijing) Research Institute of China Southern Power Grid

Key Laboratory of the Ministry of Education on Smart Power Grid (Tianjin University)

College of Electrical and Information Engineering, Hunan University

Economic & Technical Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Company Limited

Power Dispatch Control Center of Guangxi Power Grid

⁰