CN104601424B - 设备控制网中利用概率模型的主被动数据收集装置及方法 - Google Patents

设备控制网中利用概率模型的主被动数据收集装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开数据收集装置及方法。缓存单元存储从通过设备控制网连接的本地装置收集的数据，并构成缓存数据项；主动‑被动同步单元执行的第一收集操作通过设备控制网传送数据请求帧，收集关于本地装置的数据而存储为缓存数据项，第二收集操作通过设备控制网听取本地装置间的通信帧，收集关于本地装置的数据而存储为缓存数据项，在不执行第一收集操作而待到通过第二收集操作使缓存数据项被更新时，基于对第二收集操作过程的以概率模型作为基础而估计的预计延迟时间，确定对缓存数据项的第一收集操作时程；主动‑被动媒体访问单元将从通过设备控制网接收的帧中获得的数据传递给同步单元，并根据其请求而传送收集关于设备控制网的本地装置的数据的帧。

Description

设备控制网中利用概率模型的主被动数据收集装置及方法
技术领域
本发明涉及一种在设备控制网(Control Network)中利用概率模型的主动-被动数据收集装置及方法，具体而言，涉及一种可实现其他装置的数据与自身缓冲器的快速同步的数据收集装置及方法。
背景技术
设备控制网(Control Network)是为了在楼宇、工厂等特定空间内使空调机、传感器、生产设备、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition，数据采集与监控系统)等装置合乎目的地操作而使用于相互收发测定及控制(Measurement&Control)数据的本地网。设备控制网中可以使用多种多样的通信媒体及通信协议。例如，作为通信媒体可以使用TP(TwistedPair，双绞线)、无线、以太网(Ethernet)等，而作为通信协议可以使用BACnet(楼宇自动控制网络数据通讯协议)、KNX(Konnex)、Modbus、OPC(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE)等。
目前为止设备控制网一般是为了运转设置有网络的楼宇或工厂而在其内部使用的。然而近来却随着大数据分析或M2M(Machine to Machine，机器对机器)等应用的兴起而越来越多地出现利用设备控制网收集装置的测定及控制数据而提供给相关楼宇或工厂外部的系统的情况。作为这种系统之例有BEMS系统(Building Energy Management System，建筑物能源管理系统)、建筑群管理(Building Group Management)系统等。
为了收集设备控制网的测定及控制数据而提供给外部系统，主要利用在设备控制网内部的其他装置中收集数据并暂存于自身的缓冲器之后传送给外部服务器的数据收集装置。这种装置也被称为数据收集器(Data Gatherer)。数据收集器为了从设备控制网内部装置获得测定及控制数据而利用设备控制网通信媒体及通信协议，且为了与外部系统进行通信而利用互联网等通信网。
数据收集器在现场(Site：楼宇、工厂等)的内部系统(用于现场本身工序运行的系统)与外部系统(基于数据收集器所收集的测定及控制数据而操作的现场外部的系统)之间对整个系统的性能产生较大影响。然而现有技术中的数据收集器在所要收集的数据较多时在内部系统中造成较大负荷而导致通信障碍，并在外部系统中增加数据收集延迟时间而降低系统服务品质。
目前为止主要通过增设设备控制网或额外投入数据收集器而解决了有关数据收集的性能问题，其最终归于设备成本的增加。为了解决这种问题，需要在增设网络之前对考虑内外部系统特性的数据收集器自身性能的提高进行研究，然而目前为止还没有这样的解决方案。
另外，如果不局限于设备控制网而从现有的公开专利文献中考察与从多个装置中收集数据的装置相关的专利文献，则会发现这些文献仅仅主要关注与主动同步相关的多种外部变量的利用，却并没有考虑到被动同步最优化的专利。作为一例，韩国公开专利第2005-0000879号只公开了可根据设备状态而执行自适应轮询(Polling)的网管理中的设备信息收集系统及方法，而美国公开专利第2011-0264967号只公开了从多个装置收集数据时利用虚拟状态机(Virtual State Machine)的方法。
[现有技术文献]
韩国公开专利第2005-0000879号(公开日：2005年1月6日，发明名称：网管理中的设备信息收集系统及方法)；
美国公开专利第2011-0264967号(公开日：2011年10月27日，发明名称：利用虚拟状态机的计算机网络中的对象状态管理装置及方法)；
美国授权专利第7912950号(公开日：2011年3月22日，发明名称：用于网络监控系统的自适应轮询装置)；
美国公开专利第2005-0005010号(公开日：2005年1月6日，发明名称：用于在客户端管理工具中实现轮询代理(Polling agent)的系统及方法)；
美国公开专利第2004-0184431号(公开日：2004年9月23日，发明名称：用于通过网络管理装置信息的装置及方法)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为，提供一种通过有效的方法使其他装置的数据与自身缓冲器同步，从而在低层次的硬件规格中也能提高从设备控制网收集数据的性能的在设备控制网中利用概率模型的主动-被动数据收集装置及方法。
为了解决如上所述的技术问题，根据本发明的数据收集装置具有：缓存单元，存储从通过设备控制网连接的本地装置中收集的数据，并构成缓存的数据项；主动-被动同步单元，执行第一收集操作和第二收集操作，所述第一收集操作通过所述设备控制网传送数据请求帧，从而收集关于所述本地装置的数据而存储为缓存的数据项，而所述第二收集操作通过所述设备控制网听取所述本地装置之间的通信帧，从而收集关于所述本地装置的数据而存储为缓存的数据项，且在不执行所述第一收集操作而待到通过所述第二收集操作而使所述缓存的数据项分别得到更新的时间点时，基于针对所述第二收集操作过程的以概率模型作为基础而估计出的预计延迟时间，确定分别针对所述缓存的数据项的第一收集操作时程；主动-被动媒体访问单元，将从通过所述设备控制网接收的帧中获得的数据传递给所述主动-被动同步单元，并根据所述主动-被动同步单元的请求而传送用于收集关于所述设备控制网的所述本地装置的数据的帧。
为了解决所述的另一技术问题，根据本发明的数据收集方法具有如下步骤：(a)执行第一收集操作，该第一收集操作通过所述设备控制网传送数据请求帧，从而收集关于所述本地装置的数据而作为数据项存储于缓存单元中；(b)执行第二收集操作，该第二收集操作通过所述设备控制网而听取所述本地装置之间的通信帧，从而收集关于所述本地装置的数据而作为数据项存储于缓存单元中；(c)不执行所述第一收集操作而待到通过所述第二收集操作而使缓存的所述数据项分别得到更新的时间点的情况下，基于针对所述第二收集操作过程的以概率模型作为基础而估计出的预计延迟时间，确定分别针对缓存的所述数据项的第一收集操作时程。
根据按照本发明的数据收集装置及方法，通过有效的方法使其他装置的数据与自身缓冲器同步，从而在低层次的硬件规格中也能提高从设备控制网收集数据的性能。而且，在不增加内部系统负荷的情况下可对外部系统提供较短的延迟时间，并能够在将从控制网收集数据作为必要的多种多样的系统中为节省构筑费用做出贡献。
附图说明
图1为表示应用本发明中公开的数据收集装置的网络构成的图。
图2为表示根据本发明的数据收集装置的构成的模块图。
图3为表示配备于根据本发明的数据收集装置的主动-被动媒体访问单元的时隙的图。
图4为表示配备于根据本发明的数据收集装置的主动-被动媒体访问单元中的帧传送过程之例的图。
图5为表示借助于配备于根据本发明的数据收集装置的主动-被动同步单元的数据接收过程的流程图。
图6为表示基于配备于根据本发明的数据收集装置的主动-被动同步单元的第一实施例的主动同步执行过程的流程图。
图7为表示借助于配备于根据本发明的数据收集装置的主动-被动同步单元的低成本主动同步操作当中作为第五个操作的主动同步排程及执行过程的流程图。
图8为表示根据本发明的主动-被动同步单元的第二实施例以利用线程(Thread)的方法实现的实施例的流程图。
图9为表示根据本发明的数据收集方法的执行过程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明根据本发明的数据收集装置及方法的优选实施例。
本发明的技术特征为在收集数据时对主动同步方法和被动同步方法均予以考虑。在本发明中主动同步方法是指向设备控制网传送请求帧(Frame)而读取数据。这种主动同步操作也被称为轮询(Polling)。另外，在本发明中被动同步方法是指听取其他设备之间的通信帧而读取需要的数据。在被动同步方法中，通信帧的听取在设定于帧的接收器为数据收集器的情况和不是数据收集器的情况下(即，数据收集器听取三方之间的通信的情形)均可以完成。之所以考虑被动同步，是因为存在于设备控制网的本地区域(Local Area)中的内部系统一般自行收发大量的帧，而很多情况下这样的帧中包含有作为数据收集装置的收集对象的测定数据和控制数据。
图1为表示应用本发明中公开的数据收集装置的网络构成的图。
参照图1，整个网络由外部系统100、数据收集装置200、以及本地装置110-1至110-n构成。外部系统100与数据收集装置200通过互联网之类的有无线通信网120连接。并且，数据收集装置200与本地装置110-1～110n通过总线(Field Bus)之类的设备控制网130连接。此时，外部系统表示基于数据收集器所收集的数据而操作的现场(site)外部的系统，而本地装置110-1～110-n表示连接于设备控制网130的楼宇、工厂等中的运行装置。另外，数据收集装置200与本地装置110-1～110-n构成本地区域。
图2为表示根据本发明的数据收集装置的构成的模块图。
参照图2，根据本发明的优选实施例的数据收集装置200具有服务接口单元(Service Interface)210、缓存单元(Cache)220、主动-被动同步单元(Active-PassiveSynchronizer)230、同步统计管理单元(Synchronization Statistics Manager)240、以及主动-被动媒体访问单元(Active/Passive Medium Access Control)250。
服务接口单元210为用于从外部系统100接收数据或者向外部系统100发送数据的单元。例如，当外部系统100将数据标识符(Identifier)列表承载于请求消息中而传送给数据收集装置200时，服务接口单元210可以响应于所接收的请求消息而将数据标识符以及与之对应的测定数据和控制数据的内容承载于响应消息而传送给外部系统100。这种服务接口单元210具有用于通过通信网而与外部系统100进行通信的通信模块。
缓存单元220存储从本地区域内的本地装置110-1～110-n中收集的数据。这种缓存单元220可实现为存储缓冲器的形态。缓存单元220中存储有从多个本地装置110-1～110-n中收集的测定数据和控制数据，在本发明中将各个数据项定义为一个项目(Item)。与此相关，在BACnet标准和KNX标准中。各个对象(Object)和数据点(Data point)对应于项目。各个项目由如下的一对构成：(数据标识符，数据内容)。因此，缓存单元220可称为存储项目集合的存储器或存贮区域。服务接口单元210在寻找对应于数据标识符的值时查询缓存单元220。存储于缓存单元220中的各个数据项目通过主动-被动同步单元230而被更新为从本地装置110-1～110-n中收集的最新值。而且，缓存单元220确定究竟将从设备控制网内的本地装置中收集的数据中的哪一个存储于缓存单元。确定它时可以有多种多样的方法。既可以无条件地存储所有数据，也可以只存储对应于用户定义的项目集合的数据，还可以有动态改变存储哪一项目的方法。
主动-被动同步单元230向设备控制网130传送对应于存储在缓存单元220中的项目的数据请求帧，并从本地装置110-1～110-n接收响应帧而收集数据(第一收集操作-主动同步)，或者听取本地装置110-1～110-n之间的通信帧而收集对应于存储在缓存单元220中的项目的数据(第二收集操作-被动同步)，从而更新存储于缓存单元220中的数据。这样的主动-被动同步单元230为用于提高根据本发明的数据收集装置200的性能的核心构成要素。
主动-被动同步单元230利用针对数据更新时间间隔的概率模型而将主动同步部分排程(scheduling)为最优。通过这种方式，根据本发明的数据收集装置200可在不增加内部系统的负荷的同时对外部系统100提供最短的延迟时间。主动-被动同步单元230可具有用于高性能硬件(存储器、处理器等)的第一实施例和即使在硬件性能较低的情况下也要达到接近最优的排程的第二实施例。主动-被动同步单元230的第二实施例可称为“低成本主动-被动同步”，可包括用于将性能测定结果反馈给算法参数的方式的最优化算法。关于主动-被动同步单元230的第一实施例和第二实施例将在后面叙述。
同步统计管理单元240制作并管理数据更新周期等与主动-被动同步相关的统计。这种同步统计管理单元240针对存储于缓存单元220的各个项目分别测定如下事项。
首先，测定项目通过被动同步而得到更新的时间间隔的统计学积矩(Moment)。根据数据收集装置200的硬件规格而确定测定到几阶积矩，例如假设测定到二阶积矩，则将会测定一阶积矩(样本均值)和二阶积矩(样本方差)。统计学积矩的计算既可以在听取消息并更新项目之后马上进行，也可以在接收到消息时只进行简单的记录并在独立的流程(Process)或线程(Thread)中每隔预定时间进行批量处理。然后，通过主动和被动同步方式测定项目最后被更新的时间。
同步统计管理单元240为了测定上述的统计学积矩和更新时间而可通过访问主动-被动媒体访问单元250获取数据。
主动-被动媒体访问单元250执行用于使主动-被动同步单元230能够访问设备控制网130的媒体(即，各本地装置110-1～110-n)的接口作用。在说明主动-被动媒体访问单元250的功能之前，对时隙(Time Slot)和主动同步份额(Active SynchronizationQuarter)的概念进行如下说明。
图3为表示主动-被动媒体访问单元250的时隙的图。
参照图3，以预定单位划分时间而得到时隙，因此媒体访问时间是以时隙进行分割而管理。优选地，时隙的大小设定为具有小于相关现场中缓存项的平均更新时间间隔的值。例如，在项目的平均更新间隔为30秒～1分钟左右的系统中，时隙可设定为1～2秒。
主动同步份额被定义为主动-被动媒体访问单元250在一个时隙内为了主动同步而可以执行的帧传送的最大次数。可以用帧最大传送频率(Frequency)、帧最小传送周期等虽然表述不用却具有相同含义的各种形态的指标取代次数而使用。这种主动同步份额规定数据收集装置200可传送给设备控制网130的帧数量的极限。即，主动同步份额成为数据收集装置200施加于内部系统的通信负荷的尺度。允许多少通信负荷要根据各现场中的环境、协议、时机而确定，在本发明中为了说明的方便而假设主动同步份额预先确定且在数据收集器被驱动的时间内不改变。主动同步份额可通过实验确定，主动同步份额可根据时间的经过、各现场中的环境、协议以及时机而动态变化。
基于如上所述的时隙和主动同步份额的概念，主动-被动媒体访问单元250至少执行如下的两种功能。
首先，将从媒体(即，各个本地装置100-1～100-n)感测到的帧全部传递给主动-被动同步单元230。此时，主动-被动媒体访问单元250在显示于帧的接收方并非是数据接收装置200的情况下也全部传递给主动-被动同步单元230。然后，当主动-被动同步单元230请求了帧传送时，如果在对应时间点的时隙中不违反主动同步份额，则立即传送帧或者存储于传送缓冲器(Buffer)，并向主动-被动同步单元230报告传送成功。与此不同，当主动-被动同步单元230请求了帧传送时，如果在传送帧时将会违反对应时间点的时隙的主动同步份额，则不传送帧，并向主动-被动同步单元230报告传送失败。
主动-被动媒体访问单元250发送帧的具体时程可通过多种多样的方式实现。另外，主动-被动媒体访问单元250在主动-被动同步单元230请求了帧传送时，如果确认在对应时间点的时隙中不违反主动同步份额，则可以立即传送帧，或者也可以在存储于配备于主动-被动媒体访问单元250的缓冲器(Buffer)之后根据传送时程而进行传送。
图4为表示配备于根据本发明的数据收集装置200的主动-被动媒体访问单元250中的帧传送过程之例的图。
参照图4，主动-被动媒体访问单元250可将要传送的帧存储于缓冲器之后，在规定于下一个时隙的起始时间点的主动同步批量处理时间内进行批量传送。这种批量处理方式可根据现场内部系统的特性而应用。
主动-被动媒体访问单元250可以如此地实现多种多样的帧发送时程，其说明根据本发明的数据收集装置200可应用于多种多样的环境。这是根据本发明的数据收集装置200中配备的主动-被动同步单元230和主动-被动媒体访问单元250所具有的优点之一。
以下对主动-被动同步单元230的操作进行详细说明。
主动-被动同步单元230利用针对数据更新时间间隔的概率模型而对主动同步进行排程。在对主动-被动同步单元230的功能进行说明之前，先对“预计延迟时间”的概念进行如下说明。
预计延迟时间为对存储于缓存单元220中的各个项目进行计算的值，是在不进行主动同步而等到下一次被动同步实现之时的情况下对相关项目的更新时间间隔进行估计的值。其中，“更新时间间隔”是指任意的项目通过主动或被动同步方式得到更新的时间点之间的间隔。主动-被动同步单元230通过如下的数学式计算预计延迟时间。
[数学式1]
texpected_delay＝texpected_listen_period+tlast_listen-tlast_update
其中，texpected_delay表示预计延迟时间，texpected_listen_period表示预计被动同步周期，tlast_listen表示最后被动同步更新时刻，而tlast_update表示最后更新时刻。
预计被动同步周期表示以概率模型预测通过被动同步方式更新的周期的估计值，最后被动同步更新时刻表示最近一次通过被动同步使项目的值得到更新的时刻，最后更新时刻表示最近一次通过被动或主动同步使项目值得到更新的时刻。主动-被动同步单元230从同步统计管理单元240接收预计延迟时间的计算过程所需的时间测定数据。
另外，通过如下的过程计算预计被动同步周期。首先，将任意的项目通过被动同步得到更新的时间间隔设为概率变量X，并根据内部系统通信的特征而将X的概率分布假设为合适的模型。如果是没有特定图案的一般环境，则可以假设为正态分布(NormalDistribution)。然后，利用同步统计管理单元240提供的统计学积矩数据而设定适于假设的概率分布的累积分布函数(Cumulative Distribution Function：CDF)的因数的估计值(Estimator)。此时，可利用最大似然估计值(Maximum Likely-hood Estimator：MLE)而设定估计值。最后，利用完成的累积分布函数而计算具有足够的置信度的被动同步更新时间间隔估计值。在计算这样的预计被动同步周期时，可通过实验方式或统计方式确定概率分布的选择、估计值的置信度。作为一例，如下的数学式是将被动同步更新时间间隔假设为正态分布并计算置信度约为95％的被动同步更新时间间隔估计值的示例。
[数学式2]
其中，另外，x1、x2、…xk为被动同步更新时间间隔的k个样本。
主动-被动同步单元230的功能可利用这样的“预计延迟时间”概念来说明。主动-被动同步单元230的第一实施例包括如下的三种。
第一，主动-被动同步单元230时时从主动-被动媒体访问单元250收集数据。图5为表示借助于主动-被动同步单元230的数据接收过程的流程图。参照图5，主动-被动同步单元230从主动-被动媒体访问单元250接收包含有关于各个本地装置110-1～110-n的数据的帧(S500)。然后，如果所接收的帧中包含有与作为要存储于缓存单元220的对象的项目相关的数据(S510)，则主动-被动同步单元230利用承载于相关帧中的数据而更新存储于缓存单元220中的项目的信息(S520)。
第二，主动-被动同步单元230周期性地计算针对存储于缓存单元220中的所有项目的预计延迟时间。
第三，主动-被动同步单元230经常地执行针对存储于缓存单元220中的所有项目的主动同步。图6为表示基于主动-被动同步单元230的第一实施例的主动同步执行过程的流程图。参照图6，主动-被动同步单元230检索缓存单元220而寻找出预计延迟时间最长的项目(S600)。然后，主动-被动同步单元230向主动-被动媒体访问单元250请求传送用于请求与寻找出的项目相关的测定数据或控制数据的帧(S610)。这种主动同步执行过程可认为是用于确定下一次将主动同步缓存项中的哪一个的排程作业。
关于这种主动-被动同步单元230的第一实施例可通过流程、线程、事件计时器(Event Timer)等多种方法去实现。关于周期性执行，用于计算预计延迟时间的周期可根据所期望的性能和数据收集装置200的硬件性能等而通过多种多样的方式确定。并且，在执行主动同步时，在实现主动-被动媒体访问单元250时可能存在传送被延迟一个时隙左右的时间的情形，而掌握这样的状态以校正主动同步执行时程的方法可以有多种。
在参照图6说明的借助于主动-被动同步单元230的主动同步执行过程中包含有寻找预计延迟时间最长的缓存项的过程。根据环境，当缓存项很多时，这样的检索过程可能对硬件或存储器造成很大的负荷，并可能使实时性降低。因此，在本发明中作为主动-被动同步单元230的第二实施例公开低成本主动-被动同步。
低成本主动-被动同步沿用“预计延迟时间”概念，并额外使用“主动同步对象”、“主动同步执行率”、“主动同步总用时”以及“基准延迟时间”的概念。
“主动同步对象”为告知将在下一个执行同步的缓存项的变量。主动-被动同步单元230对存储于缓存单元220中的项目赋予任意的顺序，并按照对应的顺序应用主动同步排程算法。在此，主动同步对象为承载有对应顺序当中将在下一个应用到算法的项目是什么的信息的变量。
“主动同步执行率”为主动同步排程算法执行过程中测定的值。对应算法中有确定是否对各个项目执行用于主动同步的帧传送的过程，在反复执行算法的结果，对应用了算法的缓存项当中实际执行帧传送的情况究竟有多少进行统计学测定而设定为“主动同步执行率”。统计学测定方法根据怎样处理关于帧传送与否这一事件的样本而可以采用平均、移动平均、具有加权值的移动平均等多种多样的方法。例如，在利用所有样本并赋予同等的加权值的情况下，“主动同步执行率”可通过如下的数学式计算。
[数学式3]
其中，Eactive为主动同步执行率，Nreq为请求了帧传送的项目数，而Ntotal为应用于算法的整个项目数。
“主动同步总用时”是为了后述的“基准延迟时间”的最优化而引入的变量，其为在主动-被动同步单元230的第二实施例中将时隙内的所有主动同步份额毫无保留地使用的情况下在主动同步中所用的总时间。在此，“主动同步总用时”将通过如下的数学式计算。
[数学式4]
其中，Tactive为主动同步总用时，Ncache_total为整个缓存项数，Nquota为主动同步份额，而Tslot为时隙的大小。
“基准延迟时间”为主动同步排程算法中使用的变量，开始被设定为任意的值，而随着主动-被动同步单元230的操作而收敛为最优值。如果“基准延迟时间”增加则“主动同步总用时”减少，利用这一点，可将“基准延迟时间”的值逐渐变更为接近“主动同步总用时”，从而最终使“主动同步总用时”与“基准延迟时间”的值几乎相同。例如，可以采用周期性地利用如下的数学式变更“基准延迟时间”的方法。
[数学式5]
其中，Tthreshold为基准延迟时间。
根据后述的低成本主动-被动同步操作，“主动同步总用时”将反映应用了已设定的“基准延迟时间”的结果。因此，可认为主动-被动同步单元230的第二实施例利用了针对“基准延迟时间”变量的结果反馈原理。
此时，“主动同步对象”和“基准延迟时间”的初始值可通过多种多样的方法来确定。“主动同步执行率”可根据如何处理针对帧传送与否这一事件的样本而通过平均、移动平均、具有加权值的移动平均等多种多样的统计方法来确定。并且，变更“基准延迟时间”以使“主动同步总用时”与“基准延迟时间”的值相等的数学式也是除了数学式5以外可以有多种多样的数学式。
可利用如上所述的“预计延迟时间”、“主动同步对象”、“主动同步执行率”、“主动同步总用时”以及“基准延迟时间”概念而说明主动-被动同步单元230的低成本主动-被动同步。主动-被动同步单元230可通过如下的5种操作而执行低成本主动-被动同步。
第一、主动-被动同步单元230时时收到由主动-被动媒体访问单元250接收的帧，并在收到的帧中包含有与存储于缓存单元220中的项目相关的数据时利用承载于相关帧中的数据而更新项目的信息。第二、主动-被动同步单元230周期性地计算针对所有缓存项的预计延迟时间。以上的操作与主动-被动同步单元230的第一实施例相同。第三、主动-被动同步单元230周期性地或时时计算“主动同步执行率”。第四、主动-被动同步单元230周期性地计算“主动同步总用时”，从而变更“基准延迟时间”以使“主动同步总用时”与“基准延迟时间”得以接近。第五、最后主动-被动同步单元230时时排程并执行(Schedule andExecute)针对所有缓存项的主动同步。
图7为用于表示借助于主动-被动同步单元230的低成本主动同步操作当中作为第五个操作的主动同步排程及执行过程的流程图。
首先，主动-被动同步单元230确认当前作为“主动同步对象”的项目的“预计延迟时间”是否大于基准延迟时间(S700)。如果预计延迟时间大于基准延迟时间，则主动-被动同步单元230向主动-被动媒体访问单元250请求用于请求与“主动同步对象”项目相关的测定数据或控制数据的帧传送(S710)。然后，主动-被动同步单元230在帧传送成功时(S720)，将“主动同步对象”变更为下一个缓存项(S730)。另外，如果预计延迟时间短于基准延迟时间，则主动-被动同步单元230执行步骤S730。
关于包括上述5种功能的主动-被动同步单元230的第二实施例可通过流程、线程、事件计时器(Event Timer)等多种多样的方法实现。关于周期性执行，用于计算预计延迟时间的周期可以与第一实施例相同地根据所期望的性能和数据收集器硬件性能等而通过多种多样的方式确定。而且，关于主动同步排程，在实现主动-被动媒体访问单元250时可能存在传送延迟一个时隙左右的时间的情况，掌握这样的状态而校正排程过程的方法可以有多种。
图8为表示根据本发明的主动-被动同步单元230的第二实施例以利用线程(Thread)的方法实现的实施例的图。
参照图8，主动-被动同步单元230执行用于执行如参照图5说明的被动同步的线程(S800)。然后，主动-被动同步单元230周期性地执行用于计算所有缓存项的“预计延迟时间”的线程(S810)。然后，主动-被动同步单元230周期性地执行用于计算“主动同步执行率”的线程(S820)。然后，主动-被动同步单元230周期性地执行通过计算“主动同步总用时”而变更“基准延迟时间”以使“主动同步总用时”与“基准延迟时间”得以接近的线程(S830)。然后，主动-被动同步单元230执行用于执行如参照图7说明的低成本主动同步排程及执行工作的线程(S840)。
图9为表示根据本发明的数据收集方法的执行过程的流程图。
参照图9，主动-被动同步单元230执行通过设备控制网传送数据请求帧而收集关于本地装置110-1～110-n的数据的第一收集操作(主动同步)(S900)。此时，如果用于收集数据的帧的传送为在请求的时间点的时隙内为了第二收集操作而所能执行的帧传送的最大次数即主动同步份额以内，则主动-被动同步单元230执行用于收集数据的帧的传送。并且，主动-被动同步单元230执行听取本地装置110-1～110-n之间的通信帧而收集关于本地装置110-1～110-n的数据的第二收集操作(被动同步)(S910)。
然后，主动-被动同步单元230对通过执行第一收集操作和第二收集操作而收集并存储于缓存单元中的各个数据不执行第一收集操作而是待到通过第二收集操作而使数据得到更新的时间点的情况下，基于针对第二收集操作过程的以概率模型作为基础而估计出的预计延迟时间，确定针对存储于缓存单元中的各个数据的第一收集操作时程(S920)。此时，主动-被动同步单元230相加作为将通过第二收集操作更新的周期以概率模型进行预测的估计值的预计被动同步周期与作为最近一次通过第二收集操作更新数据的时刻的最后被动同步更新时刻之后减去作为最近一次通过第一收集操作或第二收集操作更新数据的时刻的最后更新时刻而计算出预计延迟时间。
然后，同步统计管理单元240测定通过第二收集操作而使数据得到更新的时间间隔的统计学积矩(Moment)，并测定通过第一收集操作和第二收集操作而使数据最后一次得到更新的时间(S930)。
在以上的说明中参照附图说明的方法的执行顺序并不局限于图中所示的顺序。例如，在图9中第二收集操作可以先于第一收集操作执行，或者与第一收集操作同时执行。并且，在图9中统计学积矩的测定以及更新时间的测定可以先于第一收集操作时程的确定而执行。
本发明还可以实现为计算机可读记录介质中的计算机可读代码。计算机可读记录介质中包括存储有可借助于计算机系统而被读取的数据的所有类型的记录介质。计算机可读记录介质的例中有ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储装置等，而且还包括以载波(例如通过网络的传送)形态实现的装置。并且，计算机可读记录介质可允许计算机可读代码以分散方式分散于通过网络连接的计算机系统而被存储和执行。
以上已对本发明的优选实施例进行了图示和说明，然而本发明并不局限于所述的特定优选实施例，只要是本发明所属技术领域中具有普通知识的人员均可以在不脱离权利要求书中请求保护的本发明主旨的条件下进行多种多样的变形实施，那样的变更包含于权利要求书中记载的范围内。

Claims (18)

1.一种数据收集装置，其特征在于，包括：
缓存单元，存储从通过设备控制网连接的本地装置中收集的数据，并构成缓存的数据项；
主动-被动同步单元，执行对应于主动同步的第一收集操作和对应于被动同步的第二收集操作，所述第一收集操作通过所述设备控制网传送数据请求帧，从而收集关于所述本地装置的数据而存储为缓存的数据项，而所述第二收集操作通过所述设备控制网听取所述本地装置之间的通信帧，从而收集关于所述本地装置的数据而存储为缓存的数据项，且基于预计延迟时间来确定分别针对所述缓存的数据项的第一收集操作时程，其中，所述预计延迟时间是在不执行所述第一收集操作而待到通过所述第二收集操作而使所述缓存的数据项分别得到更新的时间点时，基于针对所述第二收集操作过程的以概率模型作为基础而估计出的所述数据项的更新时间间隔；
主动-被动媒体访问单元，将从通过所述设备控制网接收的帧中获得的数据传递给所述主动-被动同步单元，并根据所述主动-被动同步单元的请求而传送用于收集关于所述设备控制网的所述本地装置的数据的帧。
2.如权利要求1所述的数据收集装置，其特征在于，还包括：
同步统计管理单元，测定通过所述第二收集操作而使数据得到更新的时间间隔的统计学积矩，并测定通过所述第一收集操作和所述第二收集操作而使数据最后一次得到更新的时间。
3.如权利要求1或2所述的数据收集装置，其特征在于，还包括：
服务接口单元，当从通过通信网连接的外部系统中接收到包含有数据标识符列表的请求消息时，响应于从所述外部系统中接收的请求消息而从所述缓存单元读取对应于所述数据标识符的数据之后将该数据包含于响应消息中而传送给所述外部系统。
4.如权利要求1所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动媒体访问单元在从所述主动-被动同步单元接收到用于收集数据的帧传送请求的时间点的时隙内传送的帧数量为作为所述主动-被动媒体访问单元为了所述第一收集操作而所能够执行的帧传送的最大次数的主动同步份额以内时，执行用于收集所述主动-被动同步单元所请求的数据的帧传送。
5.如权利要求4所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动媒体访问单元将所述主动-被动同步单元请求传送的、用于从所述本地装置收集数据的帧存储于配备于自身的缓冲器之后，在接收到所述数据请求帧的时间点的时隙的接下来的时隙的起始时间点上批量传送。
6.如权利要求2所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动同步单元相加作为将通过所述第二收集操作更新数据的周期以概率模型进行预测的估计值的预计被动同步周期与作为最近一次通过所述第二收集操作更新数据的时刻的最后被动同步更新时刻之后，减去作为最近一次通过所述第一收集操作或所述第二收集操作更新数据的时刻的最后更新时刻而计算出所述预计延迟时间。
7.如权利要求6所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动同步单元将所述设备控制网的内部系统的通信特性作为基础而设定针对存储于所述缓存单元中的数据通过所述第二收集操作而得到更新的时间间隔的概率分布，并利用从所述同步统计管理单元提供的统计学积矩数据而设定针对设定的所述概率分布的累积分布函数的因数的估计值，然后计算所述预计被动同步周期。
8.如权利要求1所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动同步单元从所述缓存单元检索所述预计延迟时间最长的数据，并从所述主动-被动媒体访问单元接收与检索的所述数据相关的数据，从而更新存储于所述缓存单元中的数据。
9.如权利要求1所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动同步单元在作为主动同步对象的数据的预计延迟时间大于预先设定的基准延迟时间时，从所述主动-被动媒体访问单元接收与所述主动同步对象的数据相关的数据而更新存储于所述缓存单元中的数据。
10.如权利要求9所述的数据收集装置，其特征在于，所述主动-被动同步单元根据如下的数学式而变更所述基准延迟时间：
其中，Tthreshold为基准延迟时间，Tactive是定义为的主动同步总用时，Ncache_total为存储于所述缓存单元中的全部数据的数量，Eactive是定义为的主动同步执行率，Nreq为请求帧传送的数据数量，Ntotal为应用于算法的全部数据的数量，Nquota为作为所述主动-被动媒体访问单元为了所述主动同步而所能够执行的帧传送的最大次数的主动同步份额，而Tslot为时隙的大小。
11.一种数据收集方法，在用于从通过设备控制网连接的本地装置中收集数据的数据收集装置中执行，其特征在于，包括如下步骤：
(a)执行与主动同步对应的第一收集操作，该第一收集操作通过所述设备控制网传送数据请求帧，从而收集关于所述本地装置的数据而作为数据项存储于缓存单元中；
(b)执行与被动同步对应的第二收集操作，该第二收集操作通过所述设备控制网而听取所述本地装置之间的通信帧，从而收集关于所述本地装置的数据而作为数据项存储于缓存单元中；
(c)基于预计延迟时间来确定分别针对所述缓存的数据项的第一收集操作时程，其中，所述预计延迟时间是不执行所述第一收集操作而待到通过所述第二收集操作而使缓存的所述数据项分别得到更新的时间点的情况下，基于针对所述第二收集操作过程的以概率模型作为基础而估计出的所述数据项的更新时间间隔。
12.如权利要求11所述的数据收集方法，其特征在于，还包括如下步骤
(d)：
测定通过所述第二收集操作而使数据得到更新的时间间隔的统计学积矩，并测定通过所述第一收集操作和所述第二收集操作而使数据最后一次得到更新的时间。
13.如权利要求11所述的数据收集方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，当用于收集所述数据的帧的传送为作为在请求的时间点的时隙内为了所述第一收集操作而所能够执行的帧传送的最大次数的主动同步份额以内时，执行用于收集所述数据的帧的传送。
14.如权利要求11所述的数据收集方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，相加作为将通过所述第二收集操作得到更新的周期以概率模型进行预测的估计值的预计被动同步周期与作为最近一次通过所述第二收集操作更新数据的时刻的最后被动同步更新时刻之后，减去作为最近一次通过所述第一收集操作或所述第二收集操作更新数据的时刻的最后更新时刻而计算出所述预计延迟时间。
15.如权利要求14所述的数据收集方法，其特征在于，所述步骤(c)包括如下步骤：
(c1)将所述设备控制网的内部系统的通信特性作为基础而设定针对存储于所述缓存单元中的数据通过所述第二收集操作而得到更新的时间间隔的概率分布；
(c2)利用将通过所述第二收集操作而使数据得到更新的时间间隔作为基础计算出的统计学积矩数据而设定针对设定的所述概率分布的累积分布函数的因数的估计值，然后计算所述预计被动同步周期。
16.如权利要求11所述的数据收集方法，其特征在于，所述步骤(c)包括如下步骤：
(c3)从所述缓存单元中检索所述预计延迟时间最长的数据；
(c4)从与检索到的所述数据相关的本地装置中收集数据而更新存储于所述缓存单元中的数据。
17.如权利要求11所述的数据收集方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，如果作为主动同步对象的数据的预计延迟时间大于预先设定的基准延迟时间，则从与所述主动同步对象的数据相关的本地装置中收集数据而更新存储于所述缓存单元中的数据。
18.如权利要求17所述的数据收集方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，根据如下的数学式而变更所述基准延迟时间：
其中，Tthreshold为基准延迟时间，Tactive是定义为的主动同步总用时，Ncache_total为存储于所述缓存单元中的全部数据的数量，Eactive是定义为的主动同步执行率，Nreq为请求帧传送的数据数量，Ntotal为应用于算法的全部数据的数量，Nquota是为了所述主动同步而所能够执行的帧传送的最大次数的主动同步份额，而Tslot为时隙的大小。
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