CN116708447B - 一种综合分叉电缆的数据耦合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种综合分叉电缆的数据耦合方法，涉及电缆数据耦合技术领域，在数据耦合系统中，为数据包发送源节点耦合多个综合分叉电缆；构建约束条件和目标函数，为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点；根据负载分布状况判断分叉端节点到数据传输目的节点的分叉电缆状态，找到的最优数据传输路径；目的节点的数据耦合处理模块对接收到的各分叉电缆传输的所有数据包进行数据耦合。

Description

一种综合分叉电缆的数据耦合方法
技术领域
本发明涉及电缆数据耦合技术领域，具体涉及一种综合分叉电缆的数据耦合方法。
背景技术
分叉电缆在通讯产品中被广泛应用，其主要用于实现信号多点传输，或用于设备接口备份。利用分叉电缆实现接口单板备份的方式，可以很容易实现故障单板在线更换，因此在通讯设备中应用比较广泛。分叉电缆是在普通塑力缆基础上发展而来，在高层建筑配电系统电气设计中，供电可靠性、工程经济性和施工便利性越来越重要。
不合理的分叉电缆布局会破坏系统的稳定性，导致产品故障率上升，在复杂机电产品电气系统中存在许多单根电缆和多分支电缆，单根电缆数据耦合优化使用简单的算法即可完成，多分支电缆数据耦合优化往往需要注意数据耦合优化问题。以最大化载流量并最小化安装成本为目标函数，并考虑了参数不确定性的电缆布置和回填尺寸。结果表明，参数的不确定性在载流量计算中起着重要作用，使用确定性方法和最坏情况会导致过度设计，从而增加电缆系统成本，因此有必要在设计阶段根据概率方法确定载流量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种综合分叉电缆的数据耦合方法，包括如下步骤：
S1、在数据耦合系统中，为数据包发送源节点耦合多个综合分叉电缆；
S2、构建约束条件和目标函数，为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点；
S3、根据负载分布状况判断分叉端节点到数据传输目的节点的电缆分支状态，找到的最优数据传输电缆分支；
S4、目的节点的数据耦合处理模块对接收到的各电缆分支传输的所有数据包进行数据耦合。
进一步地，步骤S2中，目标函数为maxf(I)，约束条件为：
；
式中：I=(I1, …, Ik, …, In)为n维实向量，其中Ik为第k 条电缆分支传输的电流数据流量，其最大取值为、最小取值为/>；n为电缆分支数；f(I)为断面总电流数据，maxf(I)则表示断面总电流数据最大化；/>为各条电缆分支的电流数据分别为I1,…,Ik, …, In情况下第k 条电缆分支的带宽。
进一步地，采用分离目标函数与约束条件的方法，将所述目标函数和约束条件转化为：
；
；
式中，maxf(Ik)表示第k条电缆分支断面电流数据最大化，C(I)表示约束优化函数。
进一步地，步骤S3中，用电缆分支利用率表示负载分布状况，电缆分支利用率Ui,j定义为:
；
；
其中，i为分叉端节点，j为数据传输目的节点，B为分叉电缆的总带宽。
进一步地，用方差δ来衡量每条电缆分支的负载均衡情况，设Ui,j的均值为，即:
；
其中，表示从分叉端节点i到数据传输目的节点j是否被占用，被占用时/>，反之，没被占用时/>；m1表示分叉端节点i的个数，m2表示数据传输目的节点j的个数，h(k)代表第k条电缆分支的变数。
进一步地，通过从分叉端节点i到数据传输目的节点j的路径p消耗的电力资源R(p)评价负载分布状况；
路径p消耗的电力资源R(p)与带宽B、时延函数D(P)、延时抖动函数J(P)密切相关，R(p)的定义如下所示:
；
其中，权重和/>的取值范围为(0,1)之间。
进一步地，步骤S4中，将完整的数据流进行异步处理包括如下步骤：
S41，对数据流在固定时间间隔生成的窗口内进行数据幅值变化的频率分布统计和固定时间间隔内的数据幅值分布运算，以建立数据耦合的耦合基值；
S42，将数据耦合的耦合基值中的数据幅值变化的频率分布差异、固定时间间隔内的数据幅值分布差异分别调制成差异匹配信号并分别发布。
相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：
在数据耦合系统中，为数据包发送源节点耦合多个综合分叉电缆；构建约束条件和目标函数，为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点；根据负载分布状况判断分叉端节点到数据传输目的节点的分叉电缆状态，找到的最优数据传输路径；目的节点的数据耦合处理模块对接收到的各分叉电缆传输的所有数据包进行数据耦合。
通过数据幅值变化的频率分布和固定时间间隔内的数据幅值分布来表示数据特征，能够减小数据耦合的计算复杂度，从而能够减少计算耗时、耗能，提高数据发布的实时性，通过将数据调制成差异匹配信号并发布，能够方便地实现分支数据空间内的数据无线匹配传输，通过多个分支数据之间的耦合，能够提升数据耦合和数据传输的可靠性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的综合分叉电缆的数据耦合方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
如图1所示，为综合分叉电缆的数据耦合方法的流程示意图，包括如下步骤：
S1、在数据耦合系统中，为数据包发送源节点耦合多个综合分叉电缆。
S2、构建约束条件和目标函数，为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点。
限定约束条件，在数据传输进程空间中为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点，数据传输目的节点作为数据包发送的目的节点。
约束条件即根据各决策变量间的关系定义等式或不等式及决策变量的范围，约束条件记为s.t.（subject to）。
目标函数即由要求的参数和各决策变量间的关系构建函数，建立的目标函数最终目的可以是求解函数最大值，反之，也可以求解函数最小值。
本实施例的目标函数为maxf(I)；
约束条件为：
；
式中：I=(I1, …, Ik, …, In)为n维实向量，其中Ik为第k 条电缆分支传输的电流数据流量，其最大取值为、最小取值为/>；n为电缆分支数；f(I)为断面总电流数据，即分叉后的电缆分支中电流数据的总和；maxf(I)则表示断面总电流数据最大化；/>为各条电缆分支的电流数据分别为I1,…, Ik, …, In情况下第k 条电缆分支的带宽。
采用分离目标函数与约束条件的方法，将上述目标函数和约束条件转化为：
；
；
式中，maxf(Ik)表示第k条电缆分支断面电流数据最大化，C(I)表示约束优化函数。
根据目标函数和约束条件，使得为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点时，能够在满足各条电缆分支的带宽的前提下，保证电缆分支断面总电流最大化。
S3、根据负载分布状况判断分叉端节点到数据传输目的节点的电缆分支状态，找到的最优数据传输电缆分支。
用电缆分支利用率表示负载分布状况，电缆分支利用率Ui,j，定义为:
；
；
其中，i为分叉端节点，j为数据传输目的节点，B为分叉电缆的总带宽。
用方差δ来衡量每条电缆分支的负载均衡情况，设Ui,j的均值为，即:
；
其中，表示从分叉端节点i到数据传输目的节点j是否被占用，被占用时/>，反之，没被占用时/>；m1表示分叉端节点i的个数，m2表示数据传输目的节点j的个数。
需要强调的是，从分叉端节点i到数据传输目的节点j的路径是小于电缆分支的总数的，即存在一条电缆分支连接两个数据传输目的节点的情况，因此，h(k)代表第k条电缆分支的变数。
从分叉端节点i到数据传输目的节点j的路径的方差δ为:
；
在优选实施例中，还可以通过从分叉端节点i到数据传输目的节点j的路径p消耗的电力资源R(p)评价负载分布状况。
路径p消耗的电力资源R(p)与带宽B、时延函数D(P)、延时抖动函数J(P)等指标密切相关，R(p)的定义如下所示:
；
其中，m1为数据传输目的节点数，权重和/>的取值范围为(0,1)之间。
根据各电缆分支的负载分布状况找到的最优路径PT，开始传输数据包。在数据包传输过程中，数据耦合系统能够实时获取到各电缆分支状态情况，当发现各各电缆分支的负载分布状况更新时，将开始新一轮最优路径PT的寻找，直到目的节点接收到所有的数据包才结束。
S4、目的节点的数据耦合处理模块对接收到的各电缆分支传输的所有数据包进行数据耦合。
数据耦合处理模块接收到耦合开始信号后，生成用于辨识所有数据包起始位置的帧头数据。
数据耦合处理模块依次发出各电缆分支的电流数据输入信号、幅值输入信号以及相位信号，并按照帧头数据保存在缓存器中。
数据耦合处理模块将缓存器中对应的电流数据输入信号、幅值输入信号以及相位信号耦合成一个完整的数据流，将完整的数据流进行异步处理，并将异步处理后的数据流通过上位机显示模块进行显示。
在优选实施例中，将完整的数据流进行异步处理包括如下步骤：
S41，对数据流在固定时间间隔生成的窗口内进行数据幅值变化的频率分布统计和固定时间间隔内的数据幅值分布运算，以建立数据耦合的耦合基值。
数据幅值变化的频率分布代表某一区间内事件发生数，发生频率越高，说明该数据幅值变化内事件发生几率越大；固定时间间隔内的数据幅值分布代表时域窗口内，具有相同频率发生的数据集合，集合中数据幅值分布越大代表该固定时间间隔内的数据越分散，相反，集合中数据幅值分布越小代表发生该频率次数的数据越集中。
S42，将数据耦合的耦合基值中的数据幅值变化的频率分布差异、固定时间间隔内的数据幅值分布差异分别调制成差异匹配信号并分别发布。
具体地，可分别以数据耦合的耦合基值中的数据幅值变化的频率分布差异、固定时间间隔内的数据幅值分布差异作为匹配参数，选择其中一个频率分布和幅值分布为基准进行调制。
通过数据幅值变化的频率分布和固定时间间隔内的数据幅值分布来表示数据特征，能够减小数据耦合的计算复杂度，从而能够减少计算耗时、耗能，提高数据发布的实时性，通过将数据调制成差异匹配信号并发布，能够方便地实现分支数据空间内的数据无线匹配传输，通过多个分支数据之间的耦合，能够提升数据耦合和数据传输的可靠性。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种综合分叉电缆的数据耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在数据耦合系统中，为数据包发送源节点耦合多个综合分叉电缆；
S2、构建约束条件和目标函数，为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点；
目标函数为maxf(I)，约束条件为：
；
式中：I=(I1, …, Ik, …, In)为n维实向量，其中Ik为第 k 条电缆分支传输的电流数据流量，其最大取值为、最小取值为/>；n为电缆分支数；f(I)为断面总电流数据，maxf(I)则表示断面总电流数据最大化；/>为各条电缆分支的电流数据分别为I1, …,Ik, …, In情况下第 k 条电缆分支的带宽；
所述目标函数为：
；
式中，maxf(Ik)表示第k条电缆分支断面电流数据最大化，根据目标函数和约束条件，使得为每个综合分叉电缆的分叉端节点动态链接数据传输目的节点时，能够在满足各条电缆分支的带宽的前提下，保证电缆分支断面总电流最大化；
S3、根据负载分布状况判断分叉端节点到数据传输目的节点的电缆分支状态，找到的最优数据传输电缆分支；
所述负载分布状况采用电缆分支利用率或路径消耗的电力资源进行评价：
所述电缆分支利用率Ui,j定义为:
；
；
其中，i为分叉端节点，j为数据传输目的节点，B为分叉电缆的总带宽；
从分叉端节点i到数据传输目的节点j的路径p消耗的电力资源R(p)的定义如下所示:
；
其中，权重和/>的取值范围为(0,1)之间，h(k)代表第k条电缆分支的变数，B为分叉电缆的总带宽，D(P)为时延函数，m1表示分叉端节点i的个数，h(k)代表第k条电缆分支的变数，J(P)为延时抖动函数；
根据各电缆分支的负载分布状况找到的最优路径，开始传输数据包，在数据包传输过程中，数据耦合系统能够实时获取到各电缆分支状态情况，当发现各电缆分支的负载分布状况更新时，将开始新一轮最优路径的寻找，直到目的节点接收到所有的数据包才结束；
S4、目的节点的数据耦合处理模块对接收到的各电缆分支传输的所有数据包进行数据耦合。
2.根据权利要求1所述的数据耦合方法，其特征在于，
设Ui,j的均值为，即:
；
其中，表示从分叉端节点i到数据传输目的节点j是否被占用，被占用时/>，反之，没被占用时/>；m1表示分叉端节点i的个数，m2表示数据传输目的节点j的个数，h(k)代表第k条电缆分支的变数。
3.根据权利要求1所述的数据耦合方法，其特征在于，步骤S4中，将完整的数据流进行异步处理包括如下步骤：
S41，对数据流在固定时间间隔生成的窗口内进行数据幅值变化的频率分布统计和固定时间间隔内的数据幅值分布运算，以建立数据耦合的耦合基值；
S42，将数据耦合的耦合基值中的数据幅值变化的频率分布差异、固定时间间隔内的数据幅值分布差异分别调制成差异匹配信号并分别发布。
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