CN108833356A - 一种多路队列共享资源访问控制装置及控制方法 - Google Patents

一种多路队列共享资源访问控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种多路队列共享资源访问控制装置，包括采集器、存储器、决策器和控制器；所述采集器用于监测多路队列的队长并生成结构性数据，并将采集到的数据传送至存储器和决策器；存储器用于存储采集器获取的结构性数据并供决策器调取；决策器根据采集器反馈的实时数据和存储器存储的历史数据进行控制决策；控制器接收决策器的控制决策信号，动态实时调整各队列在下一个访问竞争周期中占有或使用共享资源的数量或相对比例。本发明还提出一种采用上述多路队列共享资源访问控制装置的多路队列共享资源访问控制方法。提高了资源访问利用效率，提升了系统性能，并有助于降低系统部署和使用成本。

Description

一种多路队列共享资源访问控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种多路队列共享资源访问控制装置及控制方法，尤其涉及一种多路信号访问共享资源的控制系统和控制方法。
背景技术
共享资源访问一个广泛存在的技术问题，尤其在信号处理和控制领域，为了提高资源访问利用效率，改进现有的共享资源访问控制和调度算法，已经成为一种节省成本和提高系统性能的重要手段，是技术发展的主要创新趋势。目前，国内外针对不同场景设计的技术方案，主要包括以下几类：
1.在多路信号共享访问控制中，利用“侦听-碰撞检测-退避”算法来提高资源访问效率，由于没有队列系统和统一的调度控制算法，这种“事件驱动方法”在竞争和冲突较小的环境下工作良好，一旦进入大规模竞争和冲突环境下，就会由于频繁的冲突导致访问效率急剧下降，导致全系统阻塞。
2.自适应控制算法，典型的如基于上下游链路相位差的控制方法，根据与交叉口连接的一个或多个上游线路和一个或多个下游线路之间的当前差分积压，来使交叉口的多个相位中的一个激活预定时间周期，每个相位在交叉口处提供信号的唯一组合以用于引导从所述一个或多个上游线路到所述一个或多个下游线路的连接，从而使有向网络吞吐量最大化。这些自适应算法可以在一定程度上缓解系统队列临时积压情况，但是系统存在以下缺点：
(1)系统没有算法缓冲机制，直接暴露在大突发流量冲击中，短时工作状态极不稳定，震荡幅度极大，导致调节效果不佳、收敛速度慢；
(2)系统没有固定的工作节奏和工作规律，用户体验感差；
(3)系统没有自学习功能，不能挖掘队列流量所隐含的规律性、周期性信息，无法提前做出相应部署。
因此，需要提供一种寻求解决上述问题中的至少一个的多路队列共享资源访问控制装置及控制方法。
发明内容
鉴于以上情形，为了解决现有的多路队列共享资源访问控制装置系统震荡幅度大导致调节效果不佳、收敛速度慢、不具有学习能力的问题，本发明提出一种多路队列共享资源访问控制装置及控制方法，能够动态学习工作环境历史工作过程可能隐含的规律性信息，并结合当前实时工况，动态调整工作节奏，系统震荡幅度小、收敛效果快、工作节奏感强、能够自我学习以提前做出相应部署。
本发明的多路队列是指2条及2条以上实体或数据队列。
本发明所指的共享资源是指实体或数据环境中可被占有、使用的实体或数据资源。
根据本发明的多路队列共享资源访问控制装置，包括采集器、存储器、决策器和控制器；所述采集器用于监测多路队列的队长并生成结构性数据，并将采集到的数据传送至存储器和决策器；存储器用于存储采集器获取的结构性数据并供决策器调取；决策器根据采集器反馈的实时数据和存储器存储的历史数据进行控制决策；控制器接收决策器的控制决策信号，动态实时调整各队列在下一个访问竞争周期中占有或使用共享资源的数量或相对比例。
进一步地，所述采集器包括数据模块、时钟模块、存储模块和传输模块；数据模块负责采集所有队列排队情况数据，生成实时队列长度信息结构化数据，并通过传输模块将实时队列长度信息结构化数据传递给存储器和决策器；存储模块用于暂存生成的实时队列长度信息结构化数据，时钟模块在生成实时队列长度信息结构化数据的同时生成时间戳。
优选地，所述实时队列长度信息结构化数据至少包括时间戳、队列编号、排队长度三个要素/字段。
进一步地，所述决策器包括传输模块、决策模块和时钟模块；时钟模块用于根据当前时间生成时间戳；传输模块从采集器接收实时队列长度信息结构化数据，从存储器读取历史控制信息数据帧；决策模块依据实时队列长度信息结构化数据和历史控制信息数据帧，根据多路队列共享资源访问控制算法，生成当前实时控制信息数据帧，并传输给控制器和存储器。
优选地，所述控制信息数据帧至少包括当前所有队列的队列编号、控制数和调整量三个要素/字段，其中：调整量＝当前控制数-上一次控制数。
进一步地，所述存储器包括传输模块、存储模块和时钟模块；传输模块用于从采集器和/或决策器接收数据以及向决策器传输数据；时钟模块用于根据当前时间生成时间戳；存储模块对从采集器接收的实时队列长度信息结构化数据和从决策器反馈的控制信息数据帧进行存储。
进一步地，所述控制器接收决策器传输的控制信息数据帧，在下一个控制周期对多路队列共享资源访问实施控制行为。
一种采用上述多路队列共享资源访问控制装置的多路队列共享资源访问控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将所述多路队列共享资源访问控制装置的历史工作状态，按固定时间单位划分为长度相同的计算区间，每个计算区间内划分工作周期；在切换工作周期时调整多路队列共享资源访问控制权重；
步骤2：针对所有h个排队队列初始化工作状态，将所有队列对共享资源的访问控制时间设置初始值μ，其中第q个队列的访问时间记为tq，调整量基数设置为τ；
步骤3：针对所有h个排队队列中的第q个队列，从存储器读取前r个计算区间在同一时刻的n个历史控制信息数据帧，累计历史状态调整次数m，计算历史状态调整概率P1；历史状态调整概率计算方法为：
步骤4：针对所有h个排队队列中的第q个队列，根据决策器的存储模块本地缓存的当前计算区间当前时刻的前j个控制信息数据帧，累计实时状态调整次数k，计算实时状态调整概率P2；实时状态调整概率计算方法为：
步骤5：从采集器读取实时队列长度信息结构化数据，取得当前所有h个排队队列的排队长度，其中第q个队列的排队长度为lq，计算平均排队长度lave；平均排队长度计算方法为：
步骤6：针对所有h个排队队列中的第q个队列，计算不平衡系数Bq；不平衡系数Bq计算方法为：
步骤7：计算q队列的绝对调整系数Aq；绝对调整系数计算方法为：Aq＝(P1+P2)*Bq；
步骤8：重复上述步骤3、4、6和7，计算所有h个队列的绝对调整系数Ai(其中i为1到h的整数)；
步骤9：针对所有h个排队队列中的第q个队列，计算调整量Rq和控制数Cq；计算调整量方法为：Rq＝τ*Ai，计算控制数方法为：其中指上一个工作周期第q个队列的控制数；
步骤10：重复步骤9，计算所有h个队列的调整量Ri和控制数Ci(其中i为1到h的整数)；
步骤11：将所有h个队列的队列编号、控制数和调整量三个信息组成控制信息数据帧，传输给控制器和存储器，并缓存入决策器本地的存储模块。
步骤12：控制器执行控制信息数据帧，其中针对队列q，按队列编号赋予q队列对共享资源的Cq个访问控制时间。
步骤13：重复步骤3到步骤12，实时完成多路信号对共享资源访问的控制和调节。
优选地，所述的固定时间单位为年/季度/月/日/小时/分钟/秒/毫秒/微秒/纳秒/皮秒/飞秒。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的多路队列共享资源访问控制装置及其多路队列共享资源访问控制方法，具有以下有益效果：能动态学习工作环境历史工作过程可能隐含的规律性信息，并结合当前实时工况，动态调整工作节奏，系统震荡幅度小、收敛效果快、工作节奏感强、能够自我学习以提前做出相应部署。提高了资源访问利用效率，提升了系统性能，并有助于降低系统部署和使用成本。
附图说明
图1示出了本发明的多路队列共享资源访问控制装置结构图。
具体实施方式
下面将结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。所描述的实施例包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的，是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。同时，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。
本发明的多路队列是指2条及2条以上实体或数据队列。
本发明所指的共享资源是指实体或数据环境中可被占有、使用的实体或数据资源。
如图1所示，一种多路队列共享资源访问控制装置，包括采集器、存储器、决策器和控制器；所述采集器用于监测多路队列的队长并生成结构性数据；存储器用于存储采集器获取的结构性数据；决策器根据采集器反馈的实时数据和存储器存储的历史数据进行控制决策；控制器接收决策器的控制决策信号，动态实时调整各队列在下一个访问竞争周期中占有或使用共享资源的数量或相对比例。
下面具体介绍本发明的多路队列共享资源访问控制装置的组成部件。
(1)采集器由数据模块、时钟模块、存储模块和传输模块组成。时钟模块生成时间戳；数据模块负责采集所有队列排队情况数据，生成实时队列长度信息结构化数据并通过传输模块将数据传递给存储器和决策器。其中，实时队列长度信息结构化数据至少应包括：时间戳、队列编号、排队长度三个要素/字段。
(2)决策器由传输模块、决策模块和时钟模块组成，其中：
(a)时钟模块用于根据当前时间生成时间戳；
(b)传输模块从采集器接收实时队列长度信息结构化数据，从存储器读取历史控制信息数据帧；
(c)决策模块根据实时队列长度信息结构化数据和历史控制信息数据帧，根据多路队列共享资源访问控制算法，生成当前实时控制信息数据帧，并传输给控制器和存储器。控制信息数据帧至少包括当前所有队列的队列编号、控制数和调整量三个字段，其中：调整量＝当前控制数-上一次控制数；
(d)还包括存储模块，存储模块用于缓存前n次控制信息数据帧，以提高访问速度，提高效率。
所述多路队列共享资源访问控制算法即下文所述的多路队列共享资源访问控制方法，可通过事先写入程序的方法设置于决策器的存储模块中，并通过在决策模块设置CPU来执行决策模块所需的运算功能。
(3)存储器由传输模块、存储模块和时钟模块组成，其中：
(a)传输模块完成从采集器和决策器接收数据和向决策器传输数据；
(b)时钟模块用于根据当前时间生成时间戳；
(c)存储模块对从采集器接收的实时队列长度信息结构化数据和从决策器反馈的控制信息数据帧进行存储。
(4)控制器接收决策器传输的控制信息数据帧，在下一个控制周期对多路队列共享资源访问实施控制行为。
下面具体介绍采用上述多路队列共享资源访问控制装置的多路队列共享资源访问控制方法，包括以下步骤：
(1)将所述多路队列共享资源访问控制装置的历史工作状态，按固定时间单位划分为长度相同的计算区间，每个计算区间内划分工作周期；在切换工作周期时调整多路队列共享资源访问控制权重；
(2)所述的固定时间单位可以是年、季度、月、日、小时、分钟等类似划分方式；
(3)针对所有h个排队队列初始化工作状态，将所有队列对共享资源的访问控制时间设置初始值μ，其中第q个队列的访问时间记为tq，调整量基数设置为τ；
(4)针对所有h个排队队列中的第q个队列，从存储器读取前r个计算区间在同一时刻的n个历史控制信息数据帧，累计历史状态调整次数m，计算历史状态调整概率P1；历史状态调整概率计算方法为：
(5)针对所有h个排队队列中的第q个队列，根据决策器本地缓存的当前计算区间当前时刻的前j个控制信息数据帧，累计实时状态调整次数k，计算实时状态调整概率P2；实时状态调整概率计算方法为：
(6)从采集器读取实时队列长度信息结构化数据，取得当前所有h个排队队列的排队长度，其中第q个队列的排队长度为lq，计算平均排队长度lave；平均排队长度计算方法为：
(7)针对所有h个排队队列中的第q个队列，计算不平衡系数Bq；不平衡系数Bq计算方法为：
(8)计算q队列的绝对调整系数Aq；绝对调整系数计算方法为：Aq＝(P1+P2)*Bq；
(9)重复上述步骤4、5、7和8，计算所有h个队列的绝对调整系数Ai(其中i为1到h的整数)；
(10)针对所有h个排队队列中的第q个队列，计算调整量Rq和控制数Cq；计算调整量方法为：Rq＝τ*Ai，计算控制数方法为：其中指上一个工作周期第q个队列的控制数；
(11)重复步骤10，计算所有h个队列的调整量Ri和控制数Ci(其中i为1到h的整数)；
(12)将所有h个队列的队列编号、控制数和调整量三个信息组成控制信息数据帧，传输给控制器和存储器，并缓存入本地存储模块。
(13)控制器执行控制信息数据帧，其中针对队列q，按队列编号赋予q队列对共享资源的Cq个访问控制时间。
(14)重复步骤4到步骤13，根据动态工况，结合工作过程可能隐含的规律性信息，实时完成多路信号对共享资源访问的控制和调节。

Claims (9)

1.一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，包括采集器、存储器、决策器和控制器；所述采集器用于监测多路队列的队长并生成结构性数据，并将采集到的数据传送至存储器和决策器；存储器用于存储采集器获取的结构性数据并供决策器调取；决策器根据采集器反馈的实时数据和存储器存储的历史数据进行控制决策；控制器接收决策器的控制决策信号，动态实时调整各队列在下一个访问竞争周期中占有或使用共享资源的数量或相对比例。
2.根据权利要求1所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述采集器包括数据模块、时钟模块、存储模块和传输模块；数据模块负责采集所有队列排队情况数据，生成实时队列长度信息结构化数据，并通过传输模块将实时队列长度信息结构化数据传递给存储器和决策器；存储模块用于暂存生成的实时队列长度信息结构化数据，时钟模块在生成实时队列长度信息结构化数据的同时生成时间戳。
3.根据权利要求2所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述实时队列长度信息结构化数据至少包括时间戳、队列编号、排队长度三个要素/字段。
4.根据权利要求1所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述决策器包括传输模块、决策模块和时钟模块；时钟模块用于根据当前时间生成时间戳；传输模块从采集器接收实时队列长度信息结构化数据，从存储器读取历史控制信息数据帧；决策模块依据实时队列长度信息结构化数据和历史控制信息数据帧，根据多路队列共享资源访问控制算法，生成当前实时控制信息数据帧，并传输给控制器和存储器。
5.根据权利要求4所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述控制信息数据帧至少包括当前所有队列的队列编号、控制数和调整量三个要素/字段。
6.根据权利要求1所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述存储器包括传输模块、存储模块和时钟模块；传输模块用于从采集器和/或决策器接收数据以及向决策器传输数据；时钟模块用于根据当前时间生成时间戳；存储模块对从采集器接收的实时队列长度信息结构化数据和从决策器反馈的控制信息数据帧进行存储。
7.根据权利要求1所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述控制器接收决策器传输的控制信息数据帧，在下一个控制周期对多路队列共享资源访问实施控制行为。
8.一种采用权利要求1至7中任一项所述的多路队列共享资源访问控制装置的多路队列共享资源访问控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将所述多路队列共享资源访问控制装置的历史工作状态，按固定时间单位划分为长度相同的计算区间，每个计算区间内划分工作周期；在切换工作周期时调整多路队列共享资源访问控制权重；
步骤2：针对所有h个排队队列初始化工作状态，将所有队列对共享资源的访问控制时间设置初始值μ，其中第q个队列的访问时间记为tq，调整量基数设置为τ；
步骤3：针对所有h个排队队列中的第q个队列，从存储器读取前r个计算区间在同一时刻的n个历史控制信息数据帧，累计历史状态调整次数m，计算历史状态调整概率P1；历史状态调整概率计算方法为：
步骤4：针对所有h个排队队列中的第q个队列，根据决策器的存储模块本地缓存的当前计算区间当前时刻的前j个控制信息数据帧，累计实时状态调整次数k，计算实时状态调整概率P2；实时状态调整概率计算方法为：
步骤5：从采集器读取实时队列长度信息结构化数据，取得当前所有h个排队队列的排队长度，其中第q个队列的排队长度为lq，计算平均排队长度lave；平均排队长度计算方法为：
步骤6：针对所有h个排队队列中的第q个队列，计算不平衡系数Bq；不平衡系数Bq计算方法为：
步骤7：计算q队列的绝对调整系数Aq；绝对调整系数计算方法为：Aq＝(P1+P2)*Bq；
步骤8：重复上述步骤3、4、6和7，计算所有h个队列的绝对调整系数Ai(其中i为1到h的整数)；
步骤9：针对所有h个排队队列中的第q个队列，计算调整量Rq和控制数Cq；计算调整量方法为：Rq＝τ*Ai，计算控制数方法为：其中指上一个工作周期第q个队列的控制数；
步骤10：重复步骤9，计算所有h个队列的调整量Ri和控制数Ci(其中i为1到h的整数)；
步骤11：将所有h个队列的队列编号、控制数和调整量三个信息组成控制信息数据帧，传输给控制器和存储器，并缓存入决策器本地的存储模块。
步骤12：控制器执行控制信息数据帧，其中针对队列q，按队列编号赋予q队列对共享资源的Cq个访问控制时间。
步骤13：重复步骤3到步骤12，实时完成多路信号对共享资源访问的控制和调节。
9.根据权利要求1所述的一种多路队列共享资源访问控制装置，其特征在于，所述的固定时间单位为年/季度/月/日/小时/分钟/秒/毫秒/微秒/纳秒/皮秒/飞秒。
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