CN114500286A - 一种物联网自适应外设调度方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网自适应外设调度方法、计算机设备及存储介质，属于物联网技术领域。本发明的调度方法包括：检测物联网系统中外围设备的设备类型，对于存储类型或执行类型的外围设备，采用固定的调度频率访问外围设备；对于传感器类外围设备，基于传感器返回的感知数据的变化程度配置其工作频率：若变化程度大于或等于指定阈值，采用第一工作频率；否则采用更小的第二工作频率。本发明能够根据每个外设的特点自动生成其合适的工作频率，能够在确保系统稳定运行的情况下极大程度的节省网络带宽，从而在相同的网络资源下容纳更多终端的接入，最终促进系统的大规模部署；此外，还能够有效降低终端的计算需求。

Description

一种物联网自适应外设调度方法、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明属于物联网技术领域，具体涉及一种物联网自适应外设调度方法、计算机设备及存储介质。
背景技术
物联网(Internet of Things，IoT)通过广泛部署具有嵌入式识别、传感和驱动功能的空间分布设备，将互联网和Web等应用扩展到物理领域。通过适当的信息和通信技术将数字世界和物理实体连接起来，从而实现一个全新的应用和服务类别—“万物互联”。目前，物联网技术飞速发展，在工业、智慧城市和智慧医疗等多个领域取得了广泛应用。
物联网系统通常由云服务器、网关、以及物联网终端构成。物联网终端作为系统末端的功能单元，负责环境数据的采集(比如：温度、湿度检测)以及动作执行(比如：控制路灯开关，LED显示等)。其中，物联网终端通过接入的外围设备(例如传感器，驱动电机等感知装置)采集数据。网关则负责物联网设备的远程控制，比如工作状态切换(开机、关机)，工作参数修改，固件升级等工作。云服务器则负责最后的物联网应用比如大数据、信息管理等等。在系统中，物联网终端是数量最多也是最重要的部分，就像神经末梢一样深入应用的各个角落。
在物联网系统中，为了使人们能够更加精细地、动态地管理生产和生活以提高资源利用率和生产效率，物联网系统中的海量终端需要向网关上报物联网数据，网关在侦听到终端设备上报的物联网数据后对其进行数据封装并上报给云服务器，以便于对数据内容进行分析和决策，从而可以为人们提供预警、异常等相关报告，在本发明的技术方案的实现过程中，发明人发现：基于对各类外设的合理调度，能够在确保系统稳定运行的前提下极大程度的节省网络带宽、从而在相同的网络资源下能够容纳更多终端的接入，从而实现物联网系统的大规模部署，即物联网系统中对终端的合理调度显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种物联网自适应外设调度方法，可用于降低物联网感知数据上传的网络带宽，提升物联网系统中的终端部署规模。
本发明采用的技术方案为：
一种物联网自适应外设调度方法，所述方法包括：
检测物联网系统中外围设备的设备类型，对于存储类型或执行类型的外围设备，采用固定的调度频率访问外围设备；
对于传感器类外围设备，基于传感器返回的感知数据的变化程度配置其工作频率：若变化程度大于或等于指定阈值，采用第一工作频率；否则采用第二工作频率；其中，外围设备通过其接入的物联网终端上传感知数据；其中，第一工作频率大于第二工作频率；
进一步的，基于传感器返回感知数据的二阶导数表征传感器返回数据的变化程度。
进一步的，传感器返回数据的二阶导数具体为：
对任意时刻C，该时刻返回数据的二阶导数SC基于时刻C的前K个最近的历史采样数据计算得到，对于最开始的K-1个采样数据，采用预设的初始工作频率获取：
Figure BDA0003445639160000021
其中，C≥K，且K≥3，Dj代表K个历史采样数据中的第j个数值，fj表示第第j个数值的采样频率；
进一步的，对于传感器类外围设备，直接基于传感器返回的感知数据的二阶导数配置每个外围设备的实时工作频率：
Figure BDA0003445639160000022
其中，
Figure BDA0003445639160000023
表示第i个外围设备在C时刻的实时工作频率，
Figure BDA0003445639160000024
表示物联网终端接入的第i个外围设备在C时刻返回的采集数据的二阶导数，
Figure BDA0003445639160000025
和
Figure BDA0003445639160000026
分别表示当前K个最近的历史采样数据的二阶导数的最小值和最大值，
Figure BDA0003445639160000027
和
Figure BDA0003445639160000028
分别表示预置的第i个外围设备的最小和最大工作频率。
另一方面，本发明提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以实现上述任一所述的物联网自适应外设调度方法。
另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以实现上述任一所述的物联网自适应外设调度方法。
本发明提供的技术方案至少带来如下有益效果：本发明能够根据每个外设的特点自动生成其合适的工作频率，能够在确保系统稳定运行的情况下极大程度的节省网络带宽，从而在相同的网络资源下容纳更多终端的接入，最终促进系统的大规模部署；此外，还能够有效降低终端的计算需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中，物联网系统中的网关采样序列示意图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了实现物联网系统的大规模部署，本发明实施例中，通过对物联网系统中的终端的合理调度来实现，即本发明实施例提供的物联网自适应外设调度方法适用于物联网系统中的网关，可以将该调度方法配置为网关的一个自适应调度器，实现对终端的合理访问，降低对网络资源带宽的需求。此外，基于本发明实施例所提供的物联网自适应外设调度方法，终端上外设的调度方案可以在没有用户干预的情况下由网关自动生成，进而使得外设的即插即用模式的实现可能。
本发明实施例提供的物联网自适应外设调度方法的核心思想是根据各外设(外围设备)的特点以及返回数据变化率，进而调整对其的调度频率。在保证数据采集需求的同时，最大限度地降低单外设的资源需求，从而增加外设容量。更具体的说，对于存储类型或执行类型的外设，网关采用固定的调度频率(即工作频率)。例如，定期将数据写入存储器或定期刷新LED屏幕。对于传感器类型的外设，调度频率根据其之前返回数据的变化情况进行动态调整。
对于传感器类外设而言，其返回数据变化的剧烈程度反应了其所检测环境物理量的稳定性。当传感器返回数据不变或者呈线性变化时，说明其所检测物理量较为稳定或规律变化，且易于预测或插值填充，因此，仅需较低的采样率就能获取较为完整的数据。而当传感器返回的数据剧烈波动时，说明其所检测的物理量不稳定且呈现无规律变化，此时就需要更高的采样率提升采集数据的完整性从而降低误差。为此，本发明实施例中，尝试采用传感器返回数据的二阶导数来反映其变化的剧烈程度，从而进一步动态调节其调度频率。由于外设对物理量的采样上离散的，因此，其某一时刻(C)返回数据的二阶导数(SC)可由时刻C的前K个最近的历史采样数据计算得到，可以基于设置的时间窗口来实现计算，每个窗口内包含K个采样点，基于时刻C的前一个窗口内的K个采样数据(即时刻C的前K个最近的历史采样数据)计算得到：
Figure BDA0003445639160000031
其中，C≥K，且K≥3，Dj代表K个历史采样数据中的第j个数值，fj表示第第j个数值的采样频率。需要说明的是，对于最开始的K-1个采样数据，则直接采用预设的初始工作频率获取。
以此为基础，建立如下的计算公式以动态调节外设的实时调度频率(实时工作频率)：
Figure BDA0003445639160000041
其中，
Figure BDA0003445639160000042
表示第i个外围设备在C时刻的实时工作频率，
Figure BDA0003445639160000043
表示物联网终端接入的第i个外围设备在C时刻返回的采集数据的二阶导数，
Figure BDA0003445639160000044
和
Figure BDA0003445639160000045
分别表示当前K个最近的历史采样数据的二阶导数的最小值和最大值，
Figure BDA0003445639160000046
和
Figure BDA0003445639160000047
分别表示预置的第i个外围设备的最小和最大工作频率。
本发明实施例所设置的实时调度频率
Figure BDA0003445639160000048
同时考虑了外设返回数据变化率和其历史数据状况，能够在保证数据完整性(低误差)的情况下有效降低资源开销。实际运行时，最开始几次调度会按照初始预设的频率进行，在一个窗口之后就会根据返回的数据实时调节。
经实测，某加速度传感器在自适应调度器下单调度结果如图1所示。可以看到，在二阶导数变化不大(即曲率小，波动小)的区间段，采样频率明显减小(采样点稀疏)，这极大地降低了系统通信带宽占用，在相同资源配置都情况下大大提升了终端容量。经测试，本发明实施例提供的物联网自适应外设调度方法能在实际应用种降低70-85％的通信资源开销。
综上，本发明实施例提供的物联网自适应外设调度方法，能够根据每个外设的特点自动生成其合适的调度频率，能够在确保系统稳定运行的情况下极大程度的节省网络带宽，从而在相同的网络资源下容纳更多终端的接入，最终促进系统的大规模部署；此外，还能够有效降低终端的计算需求。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器和存储器，该存储器中存储有至少一条计算机程序。该至少一条计算机程序由一个或者一个以上处理器加载并执行，以实现上述任一种物联网自适应外设调度方法。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，该至少一条计算机程序由计算机设备的处理器加载并执行，以实现上述任一种物联网自适应外设调度方法。
在一种可能实现方式中，上述计算机可读存储介质可以是只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读光盘(Compact DiscRead-Only Memory，CD-ROMD)、磁带和光数据存储设备等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种物联网自适应外设调度方法，其特征在于，包括下列步骤：
检测物联网系统中外围设备的设备类型，对于存储类型或执行类型的外围设备，采用固定的调度频率访问外围设备；
对于传感器类外围设备，基于传感器返回的感知数据的变化程度配置其工作频率：若变化程度大于或等于指定阈值，采用第一工作频率；否则采用第二工作频率；其中，外围设备通过其接入的物联网终端上传感知数据；其中，第一工作频率大于第二工作频率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于传感器返回感知数据的二阶导数表征传感器返回数据的变化程度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，传感器返回数据的二阶导数具体为：
对任意时刻C，该时刻返回数据的二阶导数SC基于时刻C的前K个最近的历史采样数据计算得到，对于最开始的K-1个采样数据，采用预设的初始工作频率获取：
Figure FDA0003445639150000011
其中，C≥K，且K≥3，Dj代表K个历史采样数据中的第j个数值，fj表示第第j个数值的采样频率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对于传感器类外围设备，直接基于传感器返回的感知数据的二阶导数配置每个外围设备的实时工作频率：
Figure FDA0003445639150000012
其中，
Figure FDA0003445639150000013
表示第i个外围设备在C时刻的实时工作频率，
Figure FDA0003445639150000014
表示物联网终端接入的第i个外围设备在C时刻返回的采集数据的二阶导数，
Figure FDA0003445639150000015
和
Figure FDA0003445639150000016
分别表示当前K个最近的历史采样数据的二阶导数的最小值和最大值，
Figure FDA0003445639150000017
和
Figure FDA0003445639150000018
分别表示预置的第i个外围设备的最小和最大工作频率。
5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以实现如权利要求1至4任一所述的物联网自适应外设调度方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以实现如权利要求1至4任一所述的物联网自适应外设调度方法。
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