[發明專利]一種基于邊緣計算的低能耗高鐵輪對軸溫監測及診斷方法

有效

• 申請號: 202110605767.7
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113361088B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 汪木蘭;周雪;劉婷婷;包永強;潘超;賈茜;余卓
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/62;G06F111/08;G06F119/06;G06F119/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

1.一種基于邊緣計算的低能耗高鐵輪對軸溫監測及診斷方法，用于通過數據采集進行軸溫診斷的高鐵輪對軸溫監測系統中，其特征在于，包括如下步驟：

S1：建立邊緣計算與云計算結合的模型；

S2：基于步驟S1所建立的模型，將軸溫數據分別發送給邊緣結點和云計算中心進行計算，以此來監測和診斷軸溫數據；高鐵輪對軸溫監測系統結合邊緣結點和云計算中心反饋的計算結果，完成對軸溫數據的故障診斷；

步驟S1具體如下：

S1.1：在對高鐵輪對進行軸溫監測時，將高鐵輪對的軸溫數據劃分為兩部分，一部分分配到多個邊緣結點進行邊緣計算，一部分分配到云計算中心進行云計算；

S1.2：分別計算出邊緣計算消耗的能量和數據傳輸到云計算中心消耗的能量；

S1.3：根據邊緣計算消耗的能量和數據傳輸到云計算中心消耗的能量，建立最小化總能量消耗問題并求解得出最佳的軸溫數據分配比例，即最佳的計算任務分配比例；

步驟S1.1中，將一部分軸溫數據，即計算任務分配到離數據源較近且計算能力較弱的n個邊緣結點進行計算，將另一部分軸溫數據，即計算任務分配到計算能力較強但是距離數據源較遠的編號為n+1的云計算中心進行計算；

步驟S1.2中，基于邊緣結點的計算時延和云計算中心的通信時延，進而得到邊緣結點和云計算中心的能量消耗，具體如下：

設軸溫數據在n個邊緣結點上的計算時延t_i為：

其中，V_i中V₁...V_n為n個邊緣結點的計算速率，單位為bit/s；B為輪對進行軸溫數據監測診斷時的總計算量，單位為bit；

軸溫數據傳輸到云計算中心的信道為瑞利信道，瑞利分布的概率密度函數p(γ)，其表達式為：

其中，γ為瑞利幅值且γ＞0，σ²為噪聲功率；

中斷概率為Pr_out，其表達式為：

其中，Pr()表示概率函數，γ₀為截止信道增益對應的信道幅值；

則軸溫數據成功傳輸到編號為n+1的云計算中心的平均傳播時延t_n+1為：

其中，α_n+1為分配給云計算中心的計算任務比例；r_n+1為軸溫數據傳輸到編號為n+1的云計算中心的傳播速率，單位為bit/s；由于中斷概率為Pr_out，因此成功傳輸的概率為1-Pr_out，軸溫數據通過瑞利信道傳輸到云計算中心的平均速率為單位為bit/s，用V_n+1來表示

建立n個邊緣結點的計算能耗表達式L_i為：

L_i＝P_i·α_iB·t_i，i＝1,2,…,n

其中，P_i為第i個邊緣結點計算單位比特需要消耗的功率，單位為W/bit；α_i為分配給第i個邊緣結點計算的任務比例；t_i為軸溫數據在第i個邊緣結點上的計算時延，單位為s；

建立數據源傳輸到編號為n+1的云計算中心能耗表達式L_n+1為：

L_n+1＝P_n+1·α_n+1B·t_n+1

其中，P_n+1為數據源向編號為n+1的云計算中心傳播單位比特需要消耗的功率，單位為W/bit；α_n+1為分配給云計算中心的計算任務比例；t_n+1為軸溫數據成功傳輸到編號為n+1的云計算中心的平均傳播時延，單位為s。