[發(fā)明專利]一種用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備的內(nèi)存優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011642565.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112698950A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)義;吳紅娉;鄔惠峰;陳佰平;趙建勇
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F9/54;G06F3/06
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 陸永強(qiáng)

本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備的內(nèi)存優(yōu)化方法，首先提出了一種基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備多對象多可變緩存區(qū)塊的系統(tǒng)架構(gòu)，以支持將多個數(shù)據(jù)對象并行傳遞到多個可變長度緩存區(qū)塊；其次，智能設(shè)備接入邊緣設(shè)備，初始化設(shè)備列表得到設(shè)備交互協(xié)議幀的實(shí)際內(nèi)容數(shù)據(jù)大小；最后，根據(jù)不同的設(shè)備交互協(xié)議幀的大小，選擇最接近當(dāng)前緩存塊容量的信息幀優(yōu)先存儲，同時還考慮隨著邊緣工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用復(fù)雜性的升級，連接到邊緣設(shè)備的設(shè)備對象數(shù)量的爆炸性增長帶來的大量的計算和存儲需求超出了資源受限的邊緣設(shè)備的需求時，使用在時間維度上的內(nèi)存塊的可回收再分配方案，實(shí)現(xiàn)基于時間空間雙維度的協(xié)議幀到收發(fā)緩沖塊的最佳匹配方法。本方明通過最大化收發(fā)緩存區(qū)的空間利用率，達(dá)到節(jié)省內(nèi)存空間的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備的內(nèi)存優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

融合邊緣計算的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的主要方向。發(fā)展邊緣工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)首先要解決邊緣設(shè)備高效管理以及有限資源的競爭分配問題。邊緣設(shè)備是指連接云服務(wù)器和終端數(shù)據(jù)源(傳感器，設(shè)備)，并具有存儲、計算和網(wǎng)絡(luò)連接能力的設(shè)備。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，邊緣計算與可編程控制器PLC的結(jié)合產(chǎn)生了新一代的邊緣PLC產(chǎn)品，這些PLC集PC機(jī)、OPC服務(wù)器、邊緣網(wǎng)管為一體，具有監(jiān)控、控制、數(shù)據(jù)采集、可視化設(shè)備、過程控制、云服務(wù)等功能。近年來，鑒于PLC可編程以及高可靠性的特點(diǎn)，作為邊緣設(shè)備被大量應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中。我們以嵌入式PLC作為邊緣設(shè)備用于監(jiān)控系統(tǒng)中，通過接口或總線的方式將各類傳感器及智能設(shè)備接入嵌入式可編程控制器ePLC，以此提供可編程的邊緣服務(wù)，滿足環(huán)境監(jiān)控的管理要求。邊緣設(shè)備的存儲空間是有限的，當(dāng)大量的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備發(fā)出服務(wù)請求時，在邊緣物聯(lián)網(wǎng)中保障節(jié)點(diǎn)的存儲可靠性和效率是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的ePLC與終端設(shè)備交互的協(xié)議幀的收發(fā)是在內(nèi)存中開辟收發(fā)緩存區(qū)緩存交互的協(xié)議幀，分配方法是按照固定區(qū)塊映射的方式為連接到每個接口的設(shè)備分配，所有內(nèi)容都被劃分成大小相同的數(shù)據(jù)塊，默認(rèn)每塊大小是1MB，然而，在一些設(shè)備協(xié)議簡單以及采集數(shù)據(jù)點(diǎn)單一的情況下，比如門禁數(shù)據(jù)，由于需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，導(dǎo)致整個協(xié)議的數(shù)據(jù)幀通常都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1M。這種不考慮每個對象實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)的大小，按照固定分配的方式存在靈活性差以及空間浪費(fèi)的缺點(diǎn)，同時，當(dāng)接入邊緣設(shè)備的智能設(shè)備不斷增加時，由于受到邊緣設(shè)備節(jié)點(diǎn)資源有限的約束，收發(fā)緩沖區(qū)資源無法滿足固定區(qū)塊一對一映射分配的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供了一種基于時間空間雙維度的多對象多可變緩存塊的內(nèi)存優(yōu)化方法，以支持?jǐn)?shù)據(jù)對象和緩存塊之間的多對一分配。在分配過程中，將內(nèi)存中開辟的收發(fā)緩存區(qū)分成若干個可變大小的緩存塊(＝1M)，考慮實(shí)際交互的協(xié)議數(shù)據(jù)幀的大小，優(yōu)先緩存跟自身容量最接近的數(shù)據(jù)幀，提升每個緩存塊的利用率，從而騰出更多的內(nèi)存空間可用來緩存更多的數(shù)據(jù)，當(dāng)需求超過當(dāng)前可用的空間時，該方法還能夠在最短的時間增量內(nèi)回收緩沖塊，給到交互的協(xié)議幀對象有第二次機(jī)會匹配競爭緩存塊，通過上述提升空間利用率和重用率，達(dá)到節(jié)省內(nèi)存空間效果。

一種用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備的內(nèi)存優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟S1：在邊緣設(shè)備內(nèi)存中開辟的收發(fā)緩存區(qū)并分成若干個可變大小的緩存塊；協(xié)議幀數(shù)據(jù)至各個可變緩存塊，初始化設(shè)備列表得到設(shè)備交互協(xié)議幀的實(shí)際內(nèi)容數(shù)據(jù)大小以及各個可變收發(fā)緩存塊的大小，把每個設(shè)備交互協(xié)議幀的大小與邊緣設(shè)備中的每個緩沖塊的容量大小的比值作為該交互對象的權(quán)值，當(dāng)緩沖區(qū)的容量小于交互協(xié)議幀對象的大小時，表示該緩存塊不能緩存對應(yīng)數(shù)據(jù)；設(shè)置每個緩沖區(qū)的初始狀態(tài)為可存儲；

步驟S2：每一次分配完成后，檢查每個緩存塊的狀態(tài)，如果當(dāng)前的每個緩沖塊都已經(jīng)被占用，則計算新一輪的調(diào)度時間片；如果還有空閑塊，則直接執(zhí)行步驟S3；其中，調(diào)度時間片為時間維度上兩次連續(xù)分配之間的時間，其包括：

(1)計算每個終端設(shè)備通信數(shù)據(jù)的協(xié)議幀的大小；

(2)根據(jù)上述每個終端設(shè)備協(xié)議幀的大小計算邊緣設(shè)備與終端設(shè)備之間的通信時間；