[0001] 本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于电力5G终端低时延双发优选方法及系统。

[0002] 随着分布式电源大规模并网，电网调度运行模式向源网荷储协调控制、输配微网多级协同转变，催生出分布式光伏调控、精准负荷控制、配网保护等新型电力系统业务应用。其中，以新型配网保护业务对通信通道的要求最为严苛，要求安全独立、时延30ms以内，对时精度<10us、可靠性99.99％以上。除配网差动保护外，5G网络基本满足控制类业务通信性能需求。主要受限于基站侧无线通信信道环境，5G基站空口存在数据重传可能，使得5G网络时延稳定性较差。因此有必要研制低时延5G通信终端，保障5G网络控制类业务承载。

[0003] 针对上述问题，现有技术主要通过以下几个方面进行应对：网络架构优化：采用分层次的网络结构，降低各层之间的通信时延，例如在核心层、汇聚层和接入层引入更高效的交换设备。采用更高的带宽以减少数据传输过程中的瓶颈；低时延协议：开发和应用低时延的通信协议，以尽量缩短数据包在网络中的传输时间；边缘计算：在接入层或边缘层引入边缘计算节点，以便将数据处理尽量靠近数据源进行，从而减少往返时延；网络切片：利用5G技术的网络切片功能，为不同类型的服务(例如配网保护)分配独立的资源，确保时延和带宽的需求得到满足；尽管上述技术措施能够在一定程度上缓解网络延迟和保证通信可靠性，但在实际应用中依然存在以下几个弊端：高成本：在网络架构优化和边缘计算方面，投资硬件和设备更新的成本较高，尤其是在广泛的分布式电源并网的场景下，推广难度大；复杂性提升：网络切片和多层次的网络结构增加了系统的复杂性，导致管理和维护成本上升，同时也增加了运行过程中的故障点；实时性不足：尽管边缘计算可以减少延迟，但在某些情况下，仍然可能存在数据处理后传输到终端的延迟，无法满足高精度时延的需求；无线信道质量影响：当前的5G无线通信仍然存在信道不稳定性，尤其在拥堵环境下，数据重传的可能性导致时延均衡不足，难以保证99.99％的可靠性。

[0056] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

[0057] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0058] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

[0059] 实施例1

[0060] 参照图1‑图3，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种基于电力5G终端低时延双发优选方法，包括：

[0061] S1：进行5G通信模组的硬件安装、驱动加载和初始化设置；

[0062] S2：接收数据帧后进行复制，生成两份相同的数据帧副本；

[0063] S3：通过两个5G模组将复制后的数据帧并发上传至核心网；

[0064] S4：核心网接收到数据帧后，并发下发给目的5G终端；

[0065] S5：目的5G终端仲裁并选择最优帧，转发给最终业务设备；

[0066] S6：在数据帧的传输过程中，配置多链路聚合，合并物理链路带宽以提升传输速率；配置各个模块以优化数据帧的分发和接收流程。

[0067] S7：进行拔卡测试和时延抖动测试，验证系统性能和可靠性。

[0068] 在本申请实施例中，上述步骤S1中硬件安装、驱动加载和初始化设置，包括以下子步骤A1‑A3：

[0069] 在A1中：在电力5G终端中安装两个5G通信模组，确保硬件连接稳固，电源供应正常；

[0070] 在A2中：加载并配置两个5G模组的驱动程序，确保操作系统能够识别和管理5G模组；

[0071] 在A3中：对两个5G模组进行初始化设置，设置内容包括网络参数和认证信息。

[0072] 在本申请实施例中，上述步骤S3中将复制后的数据帧并发上传至核心网包括：

[0073] 如图2所示，为双发优选帧复制与删除原理示意图：

[0074] 将两份复制后的数据帧分别通过两个5G模组进行分发；两个5G模组通过各自的无线通信信道，将数据帧并发上传至核心网。

[0075] 在本申请实施例中，上述步骤S5中目的5G终端仲裁并选择最优帧，转发给最终业务设备包括：

[0076] 目的5G终端启动仲裁机制，比较两份数据帧的完整性和时效性；选择其中一份数据帧作为最优帧；将选择的最优帧转发给最终的目的业务设备。

[0077] 在本申请实施例中，选择的最优帧是首先到达且完整的帧；

[0078] 在另一种可能的实施方式中，选择的最优帧还可以是带宽利用率最高的帧：选择利用带宽效率最高的数据帧，以确保传输过程中带宽资源的有效利用。

[0079] 在另一种可能的实施方式中，选择的最优帧还可以是丢包率最低的帧：选择丢包率最低的数据帧，以确保数据的完整性和可靠性。

[0080] 在另一种可能的实施方式中，选择的最优帧还可以是时延最小的帧：选择时延最小(即传输速度最快)的数据帧，以确保数据传输的实时性和响应速度。

[0081] 在本申请实施例中，上述步骤S6中配置多链路聚合包括：

[0082] 将多个物理链路的带宽进行合并，提升逻辑链路的总带宽。

[0083] 在本申请实施例中，物理链路可以为交换机端口，交换机根据内部用户配置的负载分配策略决定数据报从哪个成员端口发送至对端的交换机；

[0084] 在另一种可能的实施方式中，物理链路也可以为多个以太网卡。在双发优选的复制和删除帧中，通过多链路聚合的方式来加以实现。

[0085] 示例性的，设某计算机存在三个以太网卡设备eth，eth2和eth3，分别对应着三条物理链路Link1，Link2和Link3，计算机根据内部发送策略同时使用三个网卡设备发送某应用的数据包，从逻辑上看，这些链路虚拟成一条带宽更大、传输速率更高的通信链路，对于接收端，这些应用数据将更高效更快速地到达。

[0086] 应说明的是，多链路聚合为点到点的通信链路提供了固有的冗余性，使得聚合后的链路可靠性显著提升。假设多链路传输时有个别链路出现通信故障，由于其他链路通信正常，数据包将继续在这些链路中传输，并不会中断整个通信过程。除此以外，多链路聚合可以实现链路的负载均衡，通过内部负载均衡算法，将数据包合理地分配给各链路，避免链路拥塞。多链路聚合的目标主要有：

[0087] (1)增加链路传输带宽。假设有N条完全相同的链路聚合，则聚合后的链路带宽理论上为单一链路传输时的N倍。

[0088] (2)提高链路可靠性。多链路聚合后，若其中有链路出现故障，不会影响逻辑链路的传输功能，直到所有链路均出现故障后，传输才会中断。

[0089] (3)实现负载均衡。多链路聚合中负载均衡算法可以根据各条链路的性能合理分配数据包，避免链路出现拥塞现象，更充分地利用网络资源。

[0090] (4)自适应维护非正常链路。当有链路出现故障后，可以由其他正常工作的链路对故障链路进行自适应维护，恢复链路传输功能。

[0091] 在本申请实施例中，上述步骤S6中配置各个模块以优化数据帧的分发和接收流程包括：

[0092] 为了针对在电力5G的应用，对协议进行了对应的设计，图3给出了双发优选协议聚合层结构图，链路聚合逻辑口内部实现原理涉及的模块较多，下面对主要功能模块进行描述：

[0093] 配置帧发送模块，包括帧发送器和Marker报文收发器；

[0094] 具体的，帧发送器根据帧发送算法，将MACClient层的帧分发到适当的成员端口上进行发送；Marker报文收发器则用在本端改变链路会话时，产生MarkerRequest报文向对端请求链路变更，并接收对端发的MarkerResponse应答报文来进行链路再分配。

[0095] 配置帧接收模块，包括帧接收器和MarkerResponder。

[0096] 具体的，帧接收器将从不同成员端口收到的帧提交给上层的MACClient层；MarkerResponder用来接收对端传来的Marker协议数据单元(MarkerProtocolDataUnit)和发送MarkerResponse协议数据单元(MarkerResponseProtocolDataUnit)。

[0097] 配置聚合解析/复用模块，负责报文的分发和接收。

[0098] 具体的，发送时，配置聚合解析/复用模块负责将帧发送器(FrameDistributor)、Marker报文收发器(MarkerGenerator/Receiver)的报文发送到适当的端口；接收时，负责分辨报文类型(标记请求、标记响应、上层协议数据单元)提交给适当的实体。

[0099] 配置聚合模块，由帧发送模块、帧接收模块和聚合解析/复用模块三部分组成；

[0100] 配置聚合控制模块，负责链路聚合的自动配置；

[0101] 配置控制解析/复用模块，负责报文的传递和解析。

[0102] 具体的，发送时，将聚合控制模块(AggregatorControl)模块和聚合模块(Aggregator)的帧传送请求传递到相应端口；接收时，解析报文类型，将LACP报文传递给聚合控制模块(AggregatorControl)处理，其他报文传递给聚合模块(Aggregator)。

[0103] 应说明的是，双发选优算法是将多个以太网适配器聚集到单独的虚拟适配器方面与“以太通道(EtherChannel)”的功能相同，能提供更高的带宽防止发生故障。例如，ent0和ent1可以聚集到称作ent3的双发选优链路聚合；然后用IP地址配置接口en3。系统将这些聚集的适配器作为一个适配器来考虑。因此，可以像在任何以太网适配器上一样配置它们的IP。

[0104] 如“以太通道”一样，双发选优也需要交换机的支持。然而与“以太通道”不同的是，该交换机不需要手工配置来了解哪些端口属于同一个聚合。使用双发选优“链路聚合”而不是“以太通道”的优势在于它在交换机中自动创建链路聚合，而且它允许您使用支持双发选优标准但不支持“以太通道”的交换机。在双发选优中，“链路聚合控制协议”(LACP)自动通知交换机应该聚集哪些端口。双发选优聚合配置之后，链路聚合控制协议数据单元(LACPDU)就会在服务器和交换机之间进行交换。LACP会通知交换机在聚合中配置的适配器应作为交换机上的一个适配器来考虑，而不再有用户干涉。根据双发选优的规范，前往相同IP地址的数据包都会通过相同的适配器进行发送。因此，当在8023ad方式下操作时，信息包会始终按照标准(Standard)的方式进行分发，而不会按照论询(Round－Robin)方式进行分发。备份适配器功能对于双发选优“链路聚合”是可用的，这就像对于“以太通道”一样。备份适配器无需连接到启用了双发选优的交换机上，但如果已经连接上了，备份适配器仍然会遵守双发选优LACP。

[0105] 通过双发优选技术，可以保证业务的连续性，在一路极端环境掉线的情况下，也能保证业务的正常通信，在双SIM卡的情况下，断开一路，端到端不丢包可以证明双发优选的优势。

[0106] 在本申请实施例中，上述步骤S7中进行拔卡测试和时延抖动测试，验证系统性能和可靠性包括：

[0107] 在128帧，140帧，190帧和200帧的帧长数据包下，通过拔卡测试来证明没有丢包的情况存在，证明了双发优选的优势，并且在此基础上也测试了时延和抖动，可以看出抖动小于1ms，时延小于20ms，满足现在的业务需要，也证明了双发优选的优势所在。

[0108] 上述为本实施例的基于电力5G终端低时延双发优选方法的示意性方案。需要说明的是，基于电力5G终端低时延双发优选系统的技术方案与上述基于电力5G终端低时延双发优选方法的技术方案属于同一构思，本实施例中基于电力5G终端低时延双发优选系统的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述基于电力5G终端低时延双发优选方法的技术方案的描述。

[0109] 本实施例中基于电力5G终端低时延双发优选系统，包括：

[0110] 初始化模块，用于进行5G通信模组的硬件安装、驱动加载和初始化设置；

[0111] 复制模块，用于接收数据帧后进行复制，生成两份相同的数据帧副本；

[0112] 上传模块，用于通过两个5G模组将复制后的数据帧并发上传至核心网；

[0113] 下发模块，用于核心网接收到数据帧后，并发下发给目的5G终端；

[0114] 选择转发模块，用于目的5G终端仲裁并选择最优帧，转发给最终业务设备；

[0115] 配置模块，用于在数据帧的传输过程中，配置多链路聚合，合并物理链路带宽以提升传输速率；配置各个模块以优化数据帧的分发和接收流程；

[0116] 验证模块，用于进行拔卡测试和时延抖动测试，验证系统性能和可靠性。

[0117] 本实施例还提供一种计算设备，适用于基于电力5G终端低时延双发优选方法的情况，包括：

[0118] 存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的基于电力5G终端低时延双发优选方法。

[0119] 本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的基于电力5G终端低时延双发优选方法。

[0120] 本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的基于电力5G终端低时延双发优选方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。

[0121] 应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。