动车组车地协同任务处理方法及其系统、设备及存储介质技术方案

本申请公开了一种动车组车地协同任务处理方法，包括：车地协同任务生成步骤：基于动车组车载运行状态数据生成车地协同处理任务，基于车地协同处理任务的原始数据容量、任务计算量、处理结果容量及最大可容忍服务时延，生成动车组协同处理任务集合；车地协同任务调度步骤：基于动车组协同处理任务集合，采用预构建的车地协同任务计算模型及资源分配模型，获得车地协同处理任务的调度策略，以及针对动车组车地网络系统中的各级设备的资源最优分配策略。本申请还公开了一种动车组车地协同任务处理系统、介质和存储介质。介质和存储介质。介质和存储介质。

【技术实现步骤摘要】
动车组车地协同任务处理方法及其系统、设备及存储介质


[0001]本申请涉及铁路机车车辆数据处理领域，特别是涉及一种动车组车地协同任务处理方法及其系统。

技术介绍

[0002]目前，动车组车载数据包含牵引、制动、轴温、车门、空调等多个子系统的过程及状态数据，对于监控动车组故障状态和运行技术条件具有重要参考价值，可用于列车各系统故障原因分析、趋势规律预测和运用状态评估等。动车组车载数据分为实时和非实时数据。实时数据是指列车运行过程中由无线车载传输设备从列车传感器网络及卫星导航系统采集并实时发送的动车组故障信息、状态信息等，通过4G或5G网络经过安全平台发送到地面数据中心。非实时数据是指无线车载传输设备从列车传感网络及卫星导航系统采集并记录，通过WLAN无线局域网向段所服务器传输的列车运行全量数据。
[0003]高铁动车组运行速度快、运行参数采样频率高、无线空口资源有限，因此对车载数据的移动传输及实时处理提出了极高的要求。不仅要保障车地间无线数据传输的大吞吐量和高稳定性，还要保证车载数据实时计算处理的高效低时延，以满足对行车安全隐患进行及时发现和应急处置的要求。当前各种车载传感器采样频率通常在毫秒级，动车组每组每日产生数据量达到了GB级，从动车组到地面数据中心的数据传输延时达到了分钟级。无论是通过4G、5G等移动通信手段的传输，还是通过WLAN手段的非实时数据传输，在整个过程中仅完成对车载数据的存储转发，尚未显性提出在网络接入点或汇聚点边缘侧采取清洗过滤或信息增强等边缘计算措施，更不用提车地通信环境下协同计算的任务调度和资源分配。
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，亟需研制一种完备的实现车地协同计算任务调度和资源分配的方法。
[0005]本专利技术专利提出了面向动车组实时数据4G/5G无线传输，以及非实时数据WLAN无线传输的车地协同计算场景的解决方案,面向车载传输设备、地面接入点(4G/5G基站或WLAN AP)、网络汇聚点、地面数据中心的动车组车地网络应用环境，综合考虑数据处理任务优先级、车地网络传输成本、边缘节点硬件资源等因素，提出一种实现车地协同计算任务调度和资源分配的方法。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提出了一种动车组车地协同任务处理方法及系统，完成了车地协同计算任务调度和资源分配。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种动车组车地协同任务处理方法，应用于包含相互之间通信连接的动车组车载设备、接入节点、多级汇聚节点及地面数据中心的动车组车地网络系统，该方法包括：
[0008]车地协同任务生成步骤：基于动车组车载运行状态数据生成车地协同处理任务，基于车地协同处理任务的原始数据容量、任务计算量、处理结果容量及最大可容忍服务时
延，生成动车组车地协同处理任务集合；
[0009]车地协同任务调度步骤：基于动车组车地协同处理任务集合，采用预构建的车地协同任务计算模型及资源分配模型，获得车地协同处理任务的调度策略，以及针对动车组车地网络系统中的各级设备的资源最优分配策略。
[0010]优选的，上述动车组车地协同任务处理方法，还包括：
[0011]车地协同服务质量保障步骤：优化车地协同处理任务的调度策略及资源最优分配策略，计算车地协同处理任务的总处理时间，以保证车地协同处理任务的总时延最小，满足车地协同服务质量。
[0012]优选的，上述车地协同任务生成步骤，进一步包括：
[0013]任务优先级划分步骤：根据车地协同处理任务的处理紧急程度，设置为高优先级、中等优先级、低优先级车地协同处理任务；
[0014]任务集合生成步骤：基于采集的本地车载数据划分为N个车地协同处理任务J
n
，且n∈{1,
…
,N}，其中，N为正整数，D
n
为J
n
的原始数据容量，C
n
为J
n
的计算量，O
n
为J
n
的处理结果容量，为不同优先级的J
n
的最大可容忍服务时延，动车组车地协同处理任务集合为：Λ＝{J1,J2,
…
,J
n
...J
N
}。
[0015]优选的，上述车地协同任务调度步骤，进一步包括：
[0016]车地协同任务计算模型构建步骤：车地协同任务计算模型为计算车地协同处理任务J
n
的总处理时间其中，分别为任务J
n
在动车组车地网络系统中各级设备进行任务处理的时间，分别为的调度决策变量，基于车地协同任务处理的优化目标和资源约束，在总处理时间T
n
最优时，获得车地协同处理任务J
n
的调度策略为其中，n∈{1,
…
,N}，m∈{0,1,
…
,M}，N为车地协同处理任务个数，M为动车组车地网络系统的多级处理设备的级数；
[0017]资源分配策略模型构建步骤：基于车地协同任务处理的优化目标和资源约束，在总处理时间T
n
最优时，获得处理设备上的资源分配策略β＝{β1,β2,
…
,β
N
}，其中，n∈{1,
…
,N}；N为车地协同处理任务个数。
[0018]优选的，上述车地协同服务质量保障步骤，进一步包括：
[0019]任务处理时间计算步骤：计算车地协同处理任务J
n
的总处理时间：
[0020]其中，为任务J
n
在列车本地处理时间；
[0021]为在动车组车地网络系统在第一级设备处理时间，为在动车组车地网络系统在第一级设备处理时间，其中，为任务J
n
传输到第一级设备的时间，为J
n
在第一级设备的处理时间，为两相邻第一级设备间的J
n
处理结果传输时间，为任务J
n
处理结果发送到列车端的时间，γ1为车地协同处理任务J
n
处理完成后，列车驶离初始接入点所经过的第一级设备数量；
[0022]为在动车组车地网络系统在第m级设备处理时间，为在动车组车地网络系统在第m级设备处理时间，为任务J
n
从第一级设备传输到第m级设备的时间，为任务J
n
在第m级设备的处理时间,为任务J
n
在两相邻第m级设备间处理结果传输时间，为任务J
n
从第m级设备传输到第一级设备的时间；γ
m
为任务J
n
处理完成后，列车驶离初始接入点所经过的第m级设备数量；
[0023]任务处理时间最小化步骤：通过优化车地协同处理任务J
n
的调度策略及资源分配策略，在保证最大可容忍服务时延的情况下，最小化动车组任务集合的总处理时间，采用数学公式：min∑
n∈N T
n
；受限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动车组车地协同任务处理方法，应用于包含相互之间通信连接的动车组车载设备、接入节点、多级汇聚节点及地面数据中心的动车组车地网络系统，其特征在于，所述动车组车地协同任务处理方法包括：车地协同任务生成步骤：基于动车组车载运行状态数据生成车地协同处理任务，基于所述车地协同处理任务的原始数据容量、任务计算量、处理结果容量及最大可容忍服务时延，生成动车组车地协同处理任务集合；车地协同任务调度步骤：基于所述动车组车地协同处理任务集合，采用预构建的车地协同任务计算模型及资源分配模型，获得所述车地协同处理任务的调度策略，以及针对所述动车组车地网络系统中的各级设备的资源最优分配策略。2.根据权利要求1所述动车组车地协同任务处理方法，其特征在于，还包括：车地协同服务质量保障步骤：优化所述车地协同处理任务的调度策略及所述资源最优分配策略，计算所述车地协同处理任务的总处理时间，以保证所述车地协同处理任务的总时延最小，满足车地协同服务质量。3.根据权利要求1或2所述动车组车地协同任务处理方法，其特征在于，所述车地协同任务生成步骤，进一步包括：任务优先级划分步骤：根据所述车地协同处理任务的处理紧急程度，设置为高优先级、中等优先级、低优先级车地协同处理任务；任务集合生成步骤：基于采集的本地车载数据划分为N个所述车地协同处理任务J
n
，且n∈{1,
…
,N}，其中，N为正整数，D
n
为J
n
的原始数据容量，C
n
为J
n
的计算量，O
n
为J
n
的处理结果容量，为不同优先级的J
n
的最大可容忍服务时延，所述动车组车地协同处理任务集合为：Λ＝{J1,J2,
…
,J
n
,...J
N
}。4.根据权利要求1或2所述动车组车地协同任务处理方法，其特征在于，所述车地协同任务调度步骤，进一步包括：车地协同任务计算模型构建步骤：所述车地协同任务计算模型为计算所述车地协同处理任务J
n
的总处理时间的总处理时间其中，分别为任务J
n
在所述动车组车地网络系统中各级设备进行任务处理的时间，分别为的调度决策变量，基于车地协同任务处理的优化目标和资源约束，在所述总处理时间T
n
最优时，获得所述车地协同处理任务J
n
的调度策略为其中，n∈{1,
…
,N}，m∈{0,1,
…
,M}，N为所述车地协同处理任务个数，M为所述动车组车地网络系统的多级处理设备的级数；资源分配策略模型构建步骤：基于车地协同任务处理的优化目标和资源约束，在所述总处理时间T
n
最优时，获得所述处理设备上的资源分配策略β＝{β1,β2,
…
,β
N
}，其中，n∈{1,
…
,N}；N为所述车地协同处理任务个数。5.根据权利要求2所述动车组车地协同任务处理方法，其特征在于，所述车地协同服务质量保障步骤，进一步包括：任务处理时间计算步骤：计算所述车地协同处理任务J
n
的总处理时间：
其中，为任务J
n
在列车本地处理时间；为在所述动车组车地网络系统在第一级设备处理时间，为在所述动车组车地网络系统在第一级设备处理时间，其中，为任务J
n
传输到所述第一级设备的时间，为J
n
在第一级设备的处理时间，为两相邻第一级设备间的J
n
处理结果传输时间，为任务J
n
处理结果发送到列车端的时间，γ1为所述车地协同处理任务J
n
处理完成后，列车驶离初始接入点所经过的第一级设备数量；为在所述动车组车地网络系统在第m级设备处理时间，为在所述动车组车地网络系统在第m级设备处理时间，其中，为任务J
n
从第一级设备传输到第m级设备的时间，为任务J
n
在第m级设备的处理时间,为任务J
n
在两相邻第m级设备间处理结果传输时间，为任务J
n
从第m级设备传输到第一级设备的时间；γ
m
为任务J
n
处理完成后，列车驶离初始接入点所经过的第m级设备数量；任务处理时间最小化步骤：通过优化所述车地协同处理任务J
n
的调度策略及所述资源分配策略，在保证最大可容忍服务时延的情况下，最小化动车组任务集合的总处理时间，采用数学公式：min∑
n∈N
T
n
；受限于：条件C1:所述各任务的处理时间小于最大可容忍服务时延；条件C2:其中，U表示所述各...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，张惟皎，杨春辉，贾志凯，杨凯，郭悦，陈彦，李莉，喻冰春，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司北京经纬信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：