CN107196874B - 一种队列调度算法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种队列调度算法，包括：初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；判断是否有分组到达空队列；当有分组到达空队列，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；判断队列中是否存在突发业务；当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；根据最小合格虚拟完成时间优先的分组选择策略调度分组。可见本发明提供的队列调度算法，通过引入虚拟延迟为高优先级的业务流提供了时延保证；通过对突发业务队列调整权值，引入权值调整机制，保证了突发性业务能得到及时有效的调度，减少丢包率从而提高了调度效率。
Description
技术领域
本发明涉及队互联网通信技术领域，特别是指一种队列调度算法及系统。
背景技术
现有广泛应用的队列调度算法是WF2Q+(Worst-case Fair Weighted FairQueuing+，最差情形公平加权公平排队)算法，WF2Q+算法是一种公平类调度算法，基于理想的流调度模型GPS(Generalized Processor Sharing，通用处理器共享)，通过定义系统虚拟时间函数以及虚拟开始时间和虚拟结束时间对理想化的GPS流媒体模型进行逼近，按照预先分配的权值为各个业务流分配带宽，提供公平的传输服务。
但是WF2Q+算法由于每个数据流严格按照权值比例公平地享有带宽，不能保证高优先级实时业务的时延性能；其次，WF2Q+算法中每一个队列都拥有一个固定的权值，开始运行时依据该权值为每个数据流分配固定的带宽，在后期调度的过程中用来计算分组的虚拟结束时间，当实时性的业务突发时，由于算法的权值没有发生变化，因此分组虚拟结束时间和分配的服务速率都没有变化，也就意味着分组的转发顺序没有发生变化，导致突发性业务不能得到及时有效的调度，增大丢包率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高效并具有延时性能的队列调度算法及系统。
基于上述目的本发明提供的队列调度算法包括：
初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；
判断是否有分组到达空队列；
当有分组到达空队列，对所述空队列重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
判断队列中是否存在突发业务；
当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
根据最小合格虚拟完成时间优先的分组选择策略调度分组。
进一步的，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间的方法包括：
通过公式：
计算更新系统虚拟时间，各队列按优先级从高到低编号，其中，i表示优先级为i的队列，V(t)表示t时刻对应的系统虚拟时间，V(t+τ)表示t+τ时刻对应的系统虚拟时间，W(τ)表示时间间隔τ内调度器服务的分组总量，
表示队列i队首分组的虚拟开始时间，
表示t时刻等待服务的中非空队列的集合；
通过公式：
计算更新虚拟开始时间和虚拟结束时间，其中，
为队列i中第k个分组到达队列头部的时间，
为队列i中第k个分组的长度，ri为队列i的服务速率，di表示队列i的虚拟延迟时间。
进一步的，通过公式：
计算虚拟延迟时间，其中β是时延系数，Li是队列i的平均分组长度；
计算平均分组长度Li方法为：记录到达分组的数目，设置记录周期为M，记录一个周期内到达所有分组的包长，每个记录周期更新一次Li。
进一步的，判断队列中是否存在突发业务的方法包括：
设置最小时间差Tmin，记录到达分组的数目，记录第一个分组和最后一个分组到达的时间，计算第一个分组和最后一个分组到达时间的差值Tn，比较Tmin和Tn的大小，若Tn＜Tmin，判断队列中存在突发业务，若Tn＞Tmin，判断队列中不存在突发业务；
调整突发业务队列的权值的方法包括：
通过公式：
其中，r′i表示调整后的所述突发业务队列的权值，α(i)为预设的队列i的权值系数，优先级越高的队列，α(i)值设置得越大。
所述队列调度算法，进一步包括：
判断所有队列是否为空队列；
当所有队列为空队列，设置系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间均为0；
否则更新系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间，并返回判断是否有分组到达空队列。
另一方面，本发明还提供一种队列调度系统，包括：
初始化单元，用于初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；
判断单元，用于判断是否有分组到达空队列；
更新单元，用于当有分组到达空队列，对所述空队列重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
判断单元，还用于当有没有分组到达空队列时，判断队列中是否存在突发业务；
更新单元，还用于当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
调度单元，用于根据最小合格虚拟完成时间优先的分组选择策略调度分组。
所述更新单元进一步用于：
通过公式：
计算更新系统虚拟时间，各队列按优先级从高到低编号，其中，i表示优先级为i的队列，V(t)表示t时刻对应的系统虚拟时间，V(t+τ)表示t+τ时刻对应的系统虚拟时间，W(τ)表示时间间隔τ内调度器服务的分组总量，
表示队列i队首分组的虚拟开始时间，
表示t时刻等待服务的中非空队列的集合；
通过公式：
计算更新虚拟开始时间和虚拟结束时间，其中，
为队列i中第k个分组到达队列头部的时间，
为队列i中第k个分组的长度，ri为队列i的服务速率，di表示队列i的虚拟延迟时间。
所述更新单元进一步用于通过公式：
计算虚拟延迟时间，其中β是时延系数，Li是队列i的平均分组长度；
记录到达分组的数目，设置记录周期为M，记录一个周期内到达所有分组的包长，每个记录周期更新一次Li。
进一步的，所述判断单元包括：
判断突发业务模块，用于判断队列中是否存在突发业务，进一步用于设置最小时间差Tmin，记录到达分组的数目，记录第一个分组和最后一个分组到达的时间，计算第一个分组和最后一个分组到达时间的差值Tn，比较Tmin和Tn的大小，若Tn＜Tmin，判断队列中存在突发业务，若Tn＞Tmin，判断队列中不存在突发业务；
调整权值模块，用于调整突发业务队列的权值，进一步用于通过公式：
得出调整后的权值，其中，r′i表示调整后的所述突发业务队列的权值，α(i)为预设的队列i的权值系数，优先级越高的队列，α(i)值设置得越大。
所述调度单元进一步用于：
判断所有队列是否为空队列；
当所有队列为空队列，设置系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间均为0；
否则更新系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间，并返回判断是否有分组到达空队列。
从上面所述可以看出，本发明提供的队列调度算法及系统，通过对有分组到达的空队列以及存在突发业务的队列，重新计算虚拟开始和结束时间并更新系统虚拟时间，引入虚拟延迟，为高优先级的业务流提供了时延保证；通过判断是否存在突发业务，对突发业务队列调整权值，引入权值调整机制，根据调整的权值重新分配宽带，分组的转发顺序相应发生变化，保证了突发性业务能得到及时有效的调度，减少丢包率，从而提高了调度效率。
附图说明
图1为本发明提供的队列调度算法实施例示意图；
图2为本发明提供的队列调度系统实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
如图1所示，本发明提供的队列调度算法，包括：
步骤101，初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；
步骤102，判断是否有分组到达空队列；
步骤103，当有分组到达空队列，对所述空队列重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间后，执行步骤104；当没有分组到达空队列，直接执行步骤104；
步骤104，判断队列中是否存在突发业务；
步骤105，当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间后，执行步骤106；当不存在突发业务，直接执行步骤106；
步骤106，根据SEFF(Smallest Eligible virtual Finish time First，最小合格虚拟完成时间优先)分组选择策略调度分组。在该策略下虚拟开始时间不大于虚拟系统虚拟时间且虚拟完成时间越小的队列中的分组优先得到调度。
进一步的，步骤103和步骤105中，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间的方法包括：
通过公式：
计算更新系统虚拟时间，各队列按优先级从高到低编号，其中，i表示优先级为i的队列，V(t)表示t时刻对应的系统虚拟时间，V(t+τ)表示t+τ时刻对应的系统虚拟时间，W(τ)表示时间间隔τ内调度器服务的分组总量，
表示队列i队首分组的虚拟开始时间，
表示t时刻等待服务的中非空队列的集合；
通过公式：
计算更新虚拟开始时间和虚拟结束时间，其中，
为队列i中第k个分组到达队列头部的时间，
为队列i中第k个分组的长度，ri为队列i的服务速率，di表示队列i的虚拟延迟时间。
其中，通过公式：
计算虚拟延迟时间，其中β是时延系数，Li是队列i的平均分组长度；
计算平均分组长度Li方法为：记录到达分组的数目，设置记录周期为M，记录一个周期内到达所有分组的包长，每个记录周期更新一次Li。
进一步的步骤104，判断队列中是否存在突发业务的方法包括：
设置最小时间差Tmin，记录到达分组的数目，记录第一个分组和最后一个分组到达的时间，计算第一个分组和最后一个分组到达时间的差值Tn，比较Tmin和Tn的大小，若Tn＜Tmin，判断队列中存在突发业务，若Tn＞Tmin，判断队列中不存在突发业务；
调整突发业务队列的权值的方法包括：
通过公式：
其中，r′i表示调整后的所述突发业务队列的权值，α(i)为预设的队列i的权值系数，优先级越高的队列，α(i)值设置得越大。
本发明提供的队列调度算法进一步包括：
步骤107，判断所有队列是否为空队列；
步骤108，当所有队列为空队列，设置系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间均为0；
步骤109，否则更新系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间，并返回步骤102，判断是否有分组到达空队列。
可见本发明提供的队列调度算法，通过对有分组到达的空队列以及存在突发业务的队列，重新计算虚拟开始和结束时间并更新系统虚拟时间，引入虚拟延迟，为高优先级的业务流提供了时延保证；通过判断是否存在突发业务，对突发业务队列调整权值，引入权值调整机制，根据调整的权值重新分配宽带，分组的转发顺序相应发生变化，保证了突发性业务能得到及时有效的调度，减少丢包率，从而提高了调度效率。
另一方面，如图2所示，本发明还提供队列调度系统，包括：
初始化单元201，用于初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；
判断单元202，用于判断是否有分组到达空队列；
更新单元203，用于当有分组到达空队列，对所述空队列重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
判断单元202，还用于当有没有分组到达空队列时，判断队列中是否存在突发业务；
更新单元203，还用于当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
调度单元204，用于根据最小合格虚拟完成时间优先的分组选择策略调度分组。
更新单元203进一步用于：
通过公式：
计算更新系统虚拟时间，各队列按优先级从高到低编号，其中，i表示优先级为i的队列，V(t)表示t时刻对应的系统虚拟时间，V(t+τ)表示t+τ时刻对应的系统虚拟时间，W(τ)表示时间间隔τ内调度器服务的分组总量，
表示队列i队首分组的虚拟开始时间，
表示t时刻等待服务的中非空队列的集合；
通过公式：
计算更新虚拟开始时间和虚拟结束时间，其中，
为队列i中第k个分组到达队列头部的时间，
为队列i中第k个分组的长度，ri为队列i的服务速率，di表示队列i的虚拟延迟时间。
更新单元203进一步用于通过公式：
计算虚拟延迟时间，其中β是时延系数，Li是队列i的平均分组长度；
记录到达分组的数目，设置记录周期为M，记录一个周期内到达所有分组的包长，每个记录周期更新一次Li。
进一步的，判断单元202包括：
判断突发业务模块，用于判断队列中是否存在突发业务，进一步用于设置最小时间差Tmin，记录到达分组的数目，记录第一个分组和最后一个分组到达的时间，计算第一个分组和最后一个分组到达时间的差值Tn，比较Tmin和Tn的大小，若Tn＜Tmin，判断队列中存在突发业务，若Tn＞Tmin，判断队列中不存在突发业务；
调整权值模块，用于调整突发业务队列的权值，进一步用于通过公式：
得出调整后的权值，其中，r′i表示调整后的所述突发业务队列的权值，α(i)为预设的队列i的权值系数，优先级越高的队列，α(i)值设置得越大。
调度单元204进一步用于：
判断所有队列是否为空队列；
当所有队列为空队列，设置系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间均为0；
否则更新系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间，并返回判断是否有分组到达空队列。
可见本发明提供的队列调度算法及系统，通过对有分组到达的空队列以及存在突发业务的队列，重新计算虚拟开始和结束时间并更新系统虚拟时间，引入虚拟延迟，为高优先级的业务流提供了时延保证；通过判断是否存在突发业务，对突发业务队列调整权值，引入权值调整机制，根据调整的权值重新分配宽带，分组的转发顺序相应发生变化，保证了突发性业务能得到及时有效的调度，减少丢包率，从而提高了调度效率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种队列调度算法，其特征在于包括：
初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；
判断是否有分组到达空队列；
当有分组到达空队列，对所述空队列重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
判断队列中是否存在突发业务；
当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
根据最小合格虚拟完成时间优先的分组选择策略调度分组；
判断队列中是否存在突发业务的方法包括：
设置最小时间差Tmin，记录到达分组的数目，记录第一个分组和最后一个分组到达的时间，计算第一个分组和最后一个分组到达时间的差值Tn，比较Tmin和Tn的大小，若Tn<Tmin，判断队列中存在突发业务，若Tn>Tmin，判断队列中不存在突发业务；
调整突发业务队列的权值的方法包括：
通过公式：
其中，r′i表示调整后的所述突发业务队列的权值，α(i)为预设的队列i的权值系数，优先级越高的队列，α(i)值设置得越大，ri为队列i的服务速率。
2.根据权利要求1所述的队列调度算法，其特征在于，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间的方法包括：
通过公式：
计算更新系统虚拟时间，各队列按优先级从高到低编号，其中，i表示优先级为i的队列，V(t)表示t时刻对应的系统虚拟时间，V(t+τ)表示t+τ时刻对应的系统虚拟时间，W(τ)表示时间间隔τ内调度器服务的分组总量，
表示队列i队首分组的虚拟开始时间，
表示t时刻等待服务中的非空队列的集合；
通过公式：
计算更新虚拟开始时间和虚拟结束时间，其中，
为队列i中第k个分组到达队列头部的时间，
为队列i中第k个分组的长度，ri为队列i的服务速率，di表示队列i的虚拟延迟时间。
3.根据权利要求1所述的队列调度算法，其特征在于，通过公式：
计算虚拟延迟时间，其中β是时延系数，Li是队列i的平均分组长度；
计算平均分组长度Li方法为：记录到达分组的数目，设置记录周期为M，记录一个周期内到达所有分组的包长，每个记录周期更新一次Li。
4.根据权利要求1所述的队列调度算法，其特征在于，进一步包括：
判断所有队列是否为空队列；
当所有队列为空队列，设置系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间均为0；
否则更新系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间，并返回判断是否有分组到达空队列。
5.一种队列调度系统，其特征在于包括：
初始化单元，用于初始化所有队列，设置各队列的权值并存储，设置系统虚拟时间和各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间；
判断单元，用于判断是否有分组到达空队列；
更新单元，用于当有分组到达空队列，对所述空队列重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
判断单元，还用于当有没有分组到达空队列时，判断队列中是否存在突发业务；
更新单元，还用于当存在突发业务，调整突发业务队列的权值，重新计算虚拟开始时间和虚拟结束时间，更新系统虚拟时间；
调度单元，用于根据最小合格虚拟完成时间优先的分组选择策略调度分组；
所述判断单元包括：
判断突发业务模块，用于判断队列中是否存在突发业务，进一步用于设置最小时间差Tmin，记录到达分组的数目，记录第一个分组和最后一个分组到达的时间，计算第一个分组和最后一个分组到达时间的差值Tn，比较Tmin和Tn的大小，若Tn<Tmin，判断队列中存在突发业务，若Tn>Tmin，判断队列中不存在突发业务；
调整权值模块，用于调整突发业务队列的权值，进一步用于通过公式：
得出调整后的权值，其中，r′i表示调整后的所述突发业务队列的权值，α(i)为预设的队列i的权值系数，优先级越高的队列，α(i)值设置得越大，ri为队列i的服务速率。
6.根据权利要求5所述的队列调度系统，其特征在于，所述更新单元进一步用于：
通过公式：
计算更新系统虚拟时间，各队列按优先级从高到低编号，其中，i表示优先级为i的队列，V(t)表示t时刻对应的系统虚拟时间，V(t+τ)表示t+τ时刻对应的系统虚拟时间，W(τ)表示时间间隔τ内调度器服务的分组总量，
表示队列i队首分组的虚拟开始时间，
表示t时刻等待服务中的非空队列的集合；
通过公式：
计算更新虚拟开始时间和虚拟结束时间，其中，
为队列i中第k个分组到达队列头部的时间，
为队列i中第k个分组的长度，ri为队列i的服务速率，di表示队列i的虚拟延迟时间。
7.根据权利要求5所述的队列调度系统，其特征在于，所述更新单元进一步用于通过公式：
计算虚拟延迟时间，其中β是时延系数，Li是队列i的平均分组长度；
记录到达分组的数目，设置记录周期为M，记录一个周期内到达所有分组的包长，每个记录周期更新一次Li。
8.根据权利要求5所述的队列调度系统，其特征在于，所述调度单元进一步用于：
判断所有队列是否为空队列；
当所有队列为空队列，设置系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间均为0；
否则更新系统虚拟时间以及各队列的虚拟开始时间和虚拟结束时间，并返回判断是否有分组到达空队列。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100070 Fengtai District, Feng Feng Road, the era of wealth on the 1st floor of the world's 28 floor, Beijing Applicant after: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant after: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant after: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant after: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. Address before: 100070 Fengtai District, Feng Feng Road, the era of wealth on the 1st floor of the world's 28 floor, Beijing Applicant before: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant before: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant before: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190725 Address after: 100085 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Applicant after: BEIJING CHINA POWER INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant after: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant after: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant after: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. Address before: 100070 Fengtai District, Feng Feng Road, the era of wealth on the 1st floor of the world's 28 floor, Beijing Applicant before: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant before: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant before: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant before: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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