[發明專利]一種基于邊緣計算的工業網絡系統傳感器調度方法

有效

• 申請號: 202110459762.8
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113179318B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 王世更;紀智鐸;陳彩蓮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L67/12
• 分類號: H04L67/12;H04L67/60
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種基于邊緣計算的工業網絡系統傳感器調度方法，涉及工業網絡系統領域。包括以下步驟：在設備層n個傳感器和云端之間設置N個邊緣計算單元，將每個邊緣計算單元都連接所有的傳感器；如果存在一個邊緣計算單元連接的傳感器數目不符合連接數目要求，則提出新方案，計算新方案總代價，選取總代價最小的方案作為當前調度方案，直至每個邊緣計算單元連接的傳感器數目都符合連接數據要求，此時得到所有邊緣計算單元最終的傳感器調度方案。本發明考慮估計準確度、傳感器激活能耗、計算延時等方面的影響，有效減輕工業云端的計算壓力，具有低時延、隱私安全的優點，能夠得到比傳統方法更合理的傳感器調度方案。

技術領域

本發明涉及工業網絡系統領域，尤其涉及一種基于邊緣計算的工業網絡系統傳感器調度方法。

背景技術

工業物聯網將生產設備、產品等數據采集到云平臺計算，再利用機器學習等方法進行分析預測。隨著接入網絡設備的激增，需要大量的數據傳輸，這對工業網絡系統造成了很大的壓力。邊緣計算可以為工業網絡提供微型的數據處理中心，將本地數據處理后，再傳向云端，從而提高物聯網設備連接到云的效率，減輕云端壓力。另外，邊緣計算由于更靠近設備和用戶，還具有低時延、高可靠、隱私安全等優點。因此，為提高網絡系統的整體性能，可以采用邊緣計算的思想，利用多傳感器信息融合技術來進行分布式感知。在眾多傳感器中，依據系統執行任務的需要，選擇一組合理的傳感器進行感知估計和信息融合是尤為關鍵的。

目前最常用的傳感器調度方法仍是基于單層傳感器網絡的直接方法，即為了使狀態感知估計更準確，盡可能多的使用傳感器用于狀態估計。這在獲得估計準確度的同時，會造成其他損失，如傳感器激活能量代價、計算延時代價等。只是追求估計準確度，并非工業網絡系統傳感器調度的好方法。

國內申請號為CN109963262A的名稱為“一種無線傳感網絡中無線傳感器調度優化方法”的專利，其使用的傳感器調度方法只是考慮感知估計的準確性，并未考慮傳感器激活能量代價、計算延時代價等方面，在工業網絡系統中，并不是合適的方法。國內申請號為CN111459627A的名稱為“基于強化學習的智能終端傳感器調度方法”的專利，使用一種基于強化學習的傳感器調度方法，雖然在保證準確性的同時減少傳感器能耗，但是仍是采用單層傳感器網絡，沒有邊緣計算層，在面對工業背景的海量設備和數據時，會給云端帶來很大的壓力。國內申請號為CN112416532A的名稱為“一種工業數據處理系統及方法”的專利，其采用了邊緣計算的思想，主要涉及邊緣計算平臺如何處理來自終端的數據，但是并未涉及在多終端可以選擇的情景下，如何選擇終端的調度方法。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種基于邊緣計算的工業網絡系統傳感器調度方法，能夠綜合考慮估計準確度、傳感器激活能耗、計算延時等方面的影響，得到比傳統方法更合理的傳感器調度方案，可以有效減輕工業云端的計算壓力，兼有低時延、隱私安全等優點。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何綜合考慮估計的準確性、傳感器激活能量代價、計算延時代價等方面對工業網絡系統的影響，得到合理的傳感器調度方案，以及如何采用邊緣計算的思想，利用邊緣計算單元處理傳感器的數據，得到傳感器調度方案以減輕云端計算壓力。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于邊緣計算的工業網絡系統傳感器調度方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1、在設備層n個傳感器和云端之間設置N個邊緣計算單元，形成初始調度方案；

步驟2、第一次執行時，初始調度方案作為當前調度方案；判斷當前調度方案是否存在所述邊緣計算單元連接的所述傳感器的數目超過連接數目要求；

如果當前調度方案存在所述邊緣計算單元連接的所述傳感器的數目超過連接數目要求，則執行步驟3；

如果當前調度方案不存在所述邊緣計算單元連接的所述傳感器的數目超過連接數目要求，則執行步驟7；