CN115776524A

CN115776524A - 用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统

Info

Publication number: CN115776524A
Application number: CN202310091440.1A
Authority: CN
Inventors: 吴成锐; 陈涌发; 吴学勇; 李银凤; 陈嘉韶; 吴成福
Original assignee: Guangdong Ryan Technology Co ltd
Current assignee: Guangdong Ryan Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-10
Filing date: 2023-02-10
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2043-02-10
Also published as: CN115776524B

Abstract

本发明涉及数据传输领域，具体涉及用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块，数据采集模块用于获取任务集合，数据处理模块用于：构建多个优先级以及获取各优先级的时间片，根据各任务的优先级系数得到各任务的初始优先级，在各优先级对各任务进行一次处理，计算各任务的剩余优先级系数，根据各任务的剩余优先级系数和各优先级的区间范围得到各任务的优先级，在各优先级对各任务再次进行一次处理，对各任务每进行一次处理对各任务重新分配一次优先级，直至各任务处理完成。数据传输模块用于对各任务处理完成得到的相关数据的传输，从而实现职能制造物联网数据的高效传输。

Description

用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统

技术领域

本申请涉及数据传输领域，具体涉及用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统。

背景技术

智能制造物联网是目前一个极其热门的领域，所述智能制造物联网指利用智能化的管理方式来实现机器的自动化生产。但是在智能制造物联网领域，往往执行一个操作需要进行任务的建立以及不同任务对应的海量的数据调用传输，为了提高数据的传输效率，需要对建立的任务进行更快更好的处理，现有的解决办法是对多个任务利用多级反馈论调度算法进行处理。

现有的多级反馈轮调度算法对于多个任务进行处理时，待处理任务总是需要在每一优先级的队列的末尾进行排序，这种方式对于紧急任务和短处理时间的任务而言是不公平的，因为较为紧急的任务需要进行优先处理，但是现有算法对其进行处理的时候总是需要在每一个队列的末尾进行等待，而后依次进行队列降级，直至处理完成，对于处理时间较长的紧急任务而言，尤其是在最后一个优先级队列中需要进行多次处理，而每一次处理都需要有着较长的等待时间。并且短处理时间的任务处理时，其在较高优先级队列中可能仅需处理两次就结束，但是因为现有算法的排队缺陷，其在较高的优先级队列中未能一次处理完毕，不得不去次一级的队列重新排队等待，增加处理的时间成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统，所述系统包括数据采集模块、数据运行模块和数据传输模块；

数据采集模块：

获取得到智能制造物联网的任务集合，所述任务集合中包含多个任务；

数据处理模块：

构建多个优先级并获取各优先级的时间片；根据各任务所需时间和任务运行产生的传输数据量的大小得到各任务的优先级系数；根据各任务的优先级系数的取值范围得到各优先级的基础长度；根据各优先级的基础长度和各优先级的时间片得到各优先级的区间长度；根据各优先级的区间长度得到各优先级的区间范围；根据各优先级的区间范围和各任务的优先级系数得到各任务的初始优先级；物联网云平台根据初始优先级从小到大依次处理任务；

对各任务重新分配优先级，包括：计算各任务经过各初始优先级处理后各任务的优先级损失量，将各任务的优先级系数减去优先级损失量得到各任务的剩余优先级系数，根据各任务的剩余优先级系数和各优先级的区间范围得到各任务的优先级；

在优先级上对各任务进行再次处理，对各任务每处理一次就对各任务重新分配优先级，以此类推直至完成各任务的处理；

数据传输模块：

获取各任务处理完成后的相关数据，并将相关数据进行传输。

优选的，所述根据各任务所需时间和任务运行产生的传输数据量的大小得到各任务的优先级系数，包括的具体步骤为：

第i个任务的优先级系数的计算公式为：

其中，

表示第

个任务的所需处理时间，

表示第

个优先级的时间片大小，N表示优先级队列中包含的优先级的个数，

表示第

个任务处理之后得到的智能制造的物联网传输数据量的大小，I表示智能制造物联网的任务集合中任务总个数，

第i个任务的优先级系数，exp()表示以自然常数为底的指数函数。

优选的，所述根据各任务的优先级系数的取值范围得到各优先级的基础长度，包括的具体步骤为：

获取所有任务对应优先级系数中的最大值

和最小值

得到区间

，将区间均匀划分成N个小区间得到各优先级的基础长度：

其中，

为所有任务对应的优先级系数中最大的优先级系数；

为所有任务对应的优先级系数中最小的优先级系数，N表示优先级队列中优先级个数，

表示基础长度。

优选的，所述根据各优先级的基础长度和各优先级的时间片得到各优先级的区间长度，包括的具体步骤为：

第n个优先级的区间长度的计算公式为：

其中，

表示各优先级的基础长度，

表示第n个优先级的时间片大小，N表示优先级队列中优先级个数，

表示第n个优先级的区间长度，exp()表示以自然常数为底的指数函数。

优选的，所述根据各优先级的区间长度得到各优先级的区间范围，包括的具体步骤为：

第1，2，…，N个优先级的区间分别为

，

，…，

。

优选的，所述根据各优先级的区间范围和各任务的优先级系数得到各任务的初始优先级，包括的具体步骤为：

获取各任务的优先级系数所属的优先级区间，将各任务的优先级区间对应的优先级作为各任务的初始优先级。

优选的，所述计算各任务的优先级损失量，包括的具体步骤为：

第i个任务的优先级损失量计算公式为：

其中，

表示第

个优先级的时间片大小，

表示第i个任务的初始优先级的时间片大小，

表示第i个任务的所需时间，

表示优先级队列中优先级的个数，

表示第

个任务处理之后得到的智能制造的物联网传输数据量的大小，

表示第i个任务经过初始优先级处理后的优先级损失量，exp()表示以自然常数为底的指数函数。

本发明实施例至少具有如下有益效果：不同于现有的多级反馈轮调度算法，对于不同任务只在每个优先级队列中进行一个时间片后处理后，就将各任务防止在次一优先级的末尾排队等待，这样会使各任务的排队消耗较大，因而本实施例根据各任务的紧急性和所需时间来计算各任务的优先级系数，根据优先级系数划分各任务的优先级，这样可以有效考虑了各任务的紧急性和处理的时间来完成任务优先级划分，提高任务的处理效率；同时任务没处理一次还会再次计算各任务的剩余优先级系数，根据剩余优先级系数对各任务再次进行优先级划分，通过该方式能够保障紧急任务和处理时间较短的任务被多次调度，减少紧急任务和短时间任务的排队时间，提高紧急任务和短时间任务的处理效率，从而提高各任务相关数据的传输效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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附图。

图1为本发明提供的用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统中实施方法的流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001，获取智能制造物联网任务集合。

在智能制造物联网中的数据调用传输的过程中，每个待传输的数据均通过云平台对任务进行处理得到，所以需要建立智能制造物联网任务。

构建任务得到任务集合：云平台根据智能制造的相应环节建立相应的任务，得到任务集合。例如控制端通过物联网云平台将控制数据传输到设备上，进行设备控制，需要传输的控制数据包括：机床上所有电机的转速和输入的电功率、机械臂的位置，产品原料的进料速度等数据。为实现智能制造的准确快速，需要每个时刻传输海量的数据，现有的传输方法是为数据传输过程建立多个传输任务，每个任务对应一个优先级，物联网平台依据优先级对不同的任务对应的数据依次进行处理和传输，这里的处理是指利用数据处理单元，如CPU将各个任务对应的数据进行压缩并编码成二进制数据序列然后存储到数据处理单元的缓存队列中，传输是指利用数据传输模块，例如WIFI模块将缓存队列中的数据进行传输。

本实施例中将所有任务构成一个任务集合。

步骤S002，计算每个任务的优先级系数，根据每个任务的优先级系数确定各任务的初始优先级。

传统多级反馈轮调度算法介绍：云平台在对各任务进行处理前需先对各任务进行优先级划分，每个优先级会对应一个时间片，云平台对各任务按优先级大小进行依次处理，但是云平台不能一次完成一个完整任务的处理，只能完成优先级对应时间片的任务处理，任务每处理完一次后，就会将任务下移一个优先级。因而通过分析可以得到传统的多级反馈轮调度算法对紧急任务和短时间的任务的处理效率较低。为了减少紧急任务和短时间任务的排队时间，提高任务的处理效率，根据各任务的时间和紧急情况来不断调整各任务的优先级。

1、优先级介绍：

(1)创建优先级队列：

为了获取每个任务的优先级，需先完成优先级队列的创建。

创建一个长度为N的优先级队列，优先级队列是由1，2…，N个优先级构成，本实施例中N取5，其他实施例中实施者可根据实际设置，在优先级队列中优先级序数越小，优先级越高。

(2)设置每个优先级的时间片：

为了保障任务的执行效率，需保障使单位时间内任务执行量，优先级越高的优先级队列，其对应的时间片大小越小，优先级越低的优先级队列，其对应的时间片大小越大，因而基于此设置每个优先级的时间片。

与优先级1，2，3，4，5对应的时间片分别为1，3，5，7，9。

2、计算各任务的优先级系数：

为了增加紧急任务和短时间任务的处理效率，避免紧急任务和短时间任务的排队低效问题，需根据各任务的所需处理时间和紧急情况得到各任务的优先级系数。

第i个任务的优先级系数的计算公式为：

其中，

表示第

个任务的所需处理时间，该值越大说明该任务所需的处理时间较长，因而为了提高任务的处理效率，需将该任务的优先级系数调低，

表示第

表示平均每个优先级的时间片大小，

表示第i个任务所需处理时间相较于平均优先级时间片的大小，该值越大说明第i个任务相较于平均优先级时间片较大，因而第i个任务所需时间较大，因而为了提高任务的处理效率，需将该任务的优先级系数调小，

表示第

表示平均每个任务处理之后得到的智能制造的物联网传输数据量大小，

表示第i个任务处理后得到的传输数据量相较于平均任务得到的传输数据量大小，该值越大说明相对于平均任务得到传输数据量第i个任务处理得到的传输数据量越大，为了提高数据的传输效率，第i个任务的处理紧急性越高，因而将第i任务的优先级系数调高，exp()表示以自然数为底的指数函数；

表示第i个任务的优先级系数。

3、划分各任务的初始优先级：

(1)计算基础长度：

为了根据各任务优先级系数来确定各任务的优先级，需划分各优先级的优先级系数区间，首先对优先级系数的整体取值区间进行均匀划分得到基础长度。

获取所有任务的优先级系数的最大值

和最小值

得到区间

，将区间均匀划分成N个小区间，因而每个区间的长度，即各优先级的基础长度为：

其中，

为所有任务对应的优先级系数中最大的优先级系数；

表示基础长度。

(2)计算区间长度：

利用基础长度划分优先级区间时，就会导致每个优先级区间的任务个数相近，这样每个优先级的处理效率相同，为了让优先级高的任务处理的较快，需将优先级高分配较少的任务，优先级较低的分配较小的任务，因而需基于此得到每个优先级的区间长度：

其中，

表示基础长度，

表示第n个优先级的时间片长度相较于平均优先级时间片长度大小，该值越大说明第n个优先级相较于平均优先级时间片长度较大，因而该优先级应该具有较长的区间长度，使得该优先级分配的任务数较多；

表示第n个优先级的区间长度。

(3)确定各任务的初始优先级：

第1，2，…，N个优先级的区间分别为

，

，…，

。

云平台根据初始优先级从小到大依次处理任务，各任务的处理时间长度为该任务所属优先级的时间片长度。

步骤S003，计算每个任务的剩余优先级系数，根据每个任务的剩余优先级系数调整每个任务的优先级。

由于对各任务只处理一个时间片长度，不会将各任务处理完成。为了防止紧急任务和短时间任务排队浪费需再次计算各任务的剩余优先级系数，根据剩余优先级系数对各任务进行重新划分优先级。

1、计算各任务的优先级损失量：

假设第i个任务的初始优先级为第n个优先级，在该优先级中已经对该任务处理一个时间片长度，传统的方法会将第i个任务放置在第n+1个优先级的末尾排队，这样会导致由于排队损失导致紧急任务和短时间任务无法快速处理完成。

为了确定第i个任务下次处理的优先级，需先获取该任务的优先级损失量，具体如下：

其中，

表示第i个任务的初始优先级的时间片大小，

表示第

个优先级的时间片大小，

表示第i个任务的所需时间，

表示优先级队列中优先级的个数，

表示第

表示第i个任务经过初始优选级处理后的优先级损失量，第

个任务的优先级损失量是指第

个任务在第

个优先级队列中消耗了一个时间片之后对其进行优先级系数进行动态调整的量，因为整体的过程与第

个任务处理后需要调度的数据量没有关系，所以对其不予考虑，在第

个任务在第

个优先级队列中消耗了一个时间片之后，为了对其余任务而言更为的公平，所以利用第

个任务中消耗的时间片大小对其整体预计消耗时间进行调节，使得

部分增大，从而使得整体的优先级系数进行损失。

在对每个任务消耗了一个时间片之后，进行优先级系数的重新定义，对于其余的任务而言，更加的公平，不会因为某个任务的优先级系数处于较大值而具有较长的任务处理时间片，使得其余的任务无法进行正常处理，需要较长的时间的等待。

2、计算各任务的剩余优先级系数：

得到各任务的优先级损失量时，需在各任务的优先级系数上去除优先级损失量即可得到各任务的剩余优先级系数：

其中，

表示第i个任务的优先级系数，

表示第i个任务经过初始优选级处理后的优先级损失量，

表示第i个任务的剩余优先级系数。

3、根据各任务的剩余优先级系数重新划分各任务的优先级：

获取第i个任务的剩余优先级系数所属的优先级区间，将该优先级区间对应的优先级作为第i个任务的优先级。

将第i个任务放置在对应的优先级序列中，云平台根据优先级从小到大依次运行任务，每个任务在对应优先级中处理一个时间片的时长，当第i个再次消耗一个对应的优先级队列时间片后，重新计算基于当前优先级队列的优先级系数损失量，以此来获得其对应的剩余优先级系数，并重复上述过程，直至该任务被完整的处理完毕。同理完成各任务的运行。

步骤S004，将每个任务数据进行传输处理。

每个任务运行完成后就会生成该任务的相关数据，需将该任务的相关数据传输给设备来控制设备执行。

获取各任务运行后得到各任务的相关数据，并将各任务的相关数据传输至设备。

综上所述，本发明实施例提供了用于智能制造的物联网海量数据多级调度传输系统，不同于现有的多级反馈轮调度算法，对于不同任务只在每个优先级队列中进行一个时间片后处理后，就将各任务防止在次一优先级的末尾排队等待，这样会使各任务的排队消耗较大，因而本实施例根据各任务的紧急性和所需时间来计算各任务的优先级系数，根据优先级系数划分各任务的优先级，这样可以有效考虑了各任务的紧急性和处理的时间来完成任务优先级划分，提高任务的处理效率；同时任务没处理一次还会再次计算各任务的剩余优先级系数，根据剩余优先级系数对各任务再次进行优先级划分，通过该方式能够保障紧急任务和处理时间较短的任务被多次调度，减少紧急任务和短时间任务的排队时间，提高紧急任务和短时间任务的处理效率，从而提高各任务相关数据的传输效率。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。