[發明專利]邊緣計算節點的制造方法和邊緣計算節點

有效

• 申請號: 202011158895.3
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112244853B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王景峰;黃凱;陳樣新;張玉玲;郭思璐;宋日輝
• 申請（專利權）人: 生物島實驗室;中山大學孫逸仙紀念醫院
• 主分類號: A61B5/318
• 分類號: A61B5/318;A61B5/00;G06N3/04;G06N3/063;G06N3/08
• 代理公司: 北京智信四方知識產權代理有限公司 11519
• 代理人: 李成龍;宋海龍

1.一種邊緣計算節點，包括：

構造基于實數型神經網絡模型，所述實數型神經網絡模型的隱藏層的權值和激活值為實數型數據，所述實數型神經網絡包括一個輸入層、四個隱藏層和一個輸出層；

使用訓練數據訓練并壓縮所述實數型神經網絡模型，得到二值神經網絡模型，其中，所述訓練數據包括心電信號、生物阻抗數據以及基于所述生物阻抗數據確定的預提取特征，所述二值神經網絡模型的隱藏層的權值和激活值為二值數據，用于基于心電信號輸出健康狀態信息，所述壓縮包括以剪枝的方式壓縮；所述訓練數據通過以下方式獲取：獲取不同健康狀態的人的心電信號；對所述心電信號進行預處理得到訓練樣本，所述預處理包括心拍分割和數據重采樣；對所述訓練樣本標注得到樣本標簽，所述樣本標簽表示所述心電信號對應的不同健康狀態，將所述訓練樣本和樣本標簽確定為訓練數據；

基于所述二值神經網絡模型定制可編程邏輯門陣列；

將多個所述可編程邏輯門陣列和調度器部署在印制電路板上，形成邊緣計算節點，所述調度器被配置為接收心電信號，調度所述多個可編程邏輯門陣列以確定健康狀態信息，

其中，所述印制電路板包括固定部分和可重新配置部分，所述調度器設置在所述固定部分，所述調度器不參與運算，所述可重新配置部分包括多個運算器，所述多個運算器中的部分或全部固化地設置有所述二值神經網絡模型的任務運算單元；所述邊緣計算節點還包括供電管理單元，被配置為基于當前任務負載調整被供電的運算器的數量。

2.根據權利要求1所述的邊緣計算節點，其中，所述使用訓練數據訓練并壓縮所述實數型神經網絡模型，得到二值神經網絡模型包括：

獲取訓練數據；

通過所述訓練數據訓練所述實數型神經網絡模型，以更新實數型神經網絡模型的實數型權值；

對所述實數型神經網絡模型進行剪枝，并將所述實數型權值二值化，得到二值神經網絡模型；

通過所述訓練數據訓練所述二值神經網絡模型直至收斂。

3.根據權利要求1所述的邊緣計算節點，其中，所述使用訓練數據訓練并壓縮所述實數型神經網絡模型，得到二值神經網絡模型包括：

獲取訓練數據；

交替執行訓練操作和壓縮操作，直至滿足收斂條件，得到二值神經網絡模型，其中，在所述訓練操作中，通過所述訓練數據更新模型中的權值；在所述壓縮操作中，通過剪枝和/或二值化壓縮模型的大小。

4.根據權利要求3所述的邊緣計算節點，其中，所述通過剪枝壓縮模型的大小包括：

確定模型中的各連接關系對預測結果的貢獻值；

根據所述貢獻值刪除模型中的部分連接關系，以壓縮模型的大小。

5.根據權利要求2或3所述的邊緣計算節點，其中，

所述預處理還包括噪聲處理、基線漂移處理、特征預提取中的至少一種。

6.根據權利要求1～4任一項所述的邊緣計算節點，其中，所述基于所述生物阻抗數據確定的預提取特征包括心電信號、生物阻抗信號、左室排血功能指標、心肌收縮功能指標、前負荷指標以及后負荷指標，其中：

所述左室排血功能指標包括每搏輸出量、每搏指數、心輸出量、心臟指數中的至少一種；

所述心肌收縮功能指標包括心收縮力指數、左心做功指數、左心收縮時間、射血分數中的至少一種；

所述前負荷指標包括中心靜脈壓和/或左室舒張末期容積；

所述后負荷指標包括外周血管阻力和/或外周血管阻力指數。

7.根據權利要求1～4任一項所述的邊緣計算節點，其特征在于，所述二值神經網絡的權值為-1或1。

8.根據權利要求1～4任一項所述的邊緣計算節點，其中，所述調度器包括中央處理器，所述印制電路板上還設置有通用圖形處理器和/或基于所述可編程邏輯門陣列定制集成芯片。