一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法及组网系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，包括以下步骤：根据各采集节点的采集周期确定标准时间片；根据各采集节点所采集数据块的大小确定标准数据块；对采集周期大于标准时间片的时间片进行切片处理，对采集周期小于标准时间片的时间片进行累积处理，使经过切片处理和累积处理后的时间片的采集周期与标准时间片的采集周期保持一致；对占用内存大于标准数据块的数据块进行切片处理，对占用内存小于标准数据块的数据块进行累积处理，使经过切片处理和累积处理后的数据块占用内存与标准数据块的占用内存保持一致，从而提高了数据采集效率，也缩短了后续数据传输、处理和分析的时间，提高了整个组网系统的传输效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法及组网系统


[0001]本专利技术涉及数据处理
，尤其涉及一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法及组网系统。

技术介绍

[0002]工业互联网、自主车联网和智能健康系统等新兴技术均是重要的时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)应用。在工业自动化的设备中已经开始实施时间敏感控制回路以此来应对严格的延迟限制。随着工业4.0的发展，智能制造成为引领下一代工业技术发展的目标，工业互联网的规模越来越大，工业制造使用的生成设备越来越多由计算机控制的网络系统进行控制，网络中集成的传感器和执行器也越来越多，这些组成了物理控制系统；这些物理控制系统是智能制造的重点组成部分，他们的正常运行需要对应的网络的支持，在工业互联网中如何管理时间敏感拥塞的新挑战悄然而至。这些物理控制系统，很多都是对网络的传输速度有很高的要求，比如协作机器人的运动控制是有高度时间敏感的，其运行需要低延时传输网络。
[0003]为了处理上述应用中对于实时通信的要求，IEEE时间敏感网络任务工作组研发了一套叫做IEEE 802.1Qbv的标准，该标准包括依赖于同步时间周期的时间感知整型器(Time Aware Shaper,TAS)和用于高优先级预制拥塞的特征门时间周期。TAS致力于提供即时的包服务，为了应对动态网络场景，考虑采用多种重组机制来动态分配网络资源。特别地，针对给定边界的网络容量，需要对网络中被容许的交通流量进行最大化。在过去的数十年中，为了使网络资源分配最大化，网络效用最大化的方法成为一种通用策略。
[0004]目前在对节能数据进行采集传输时，由于节能现场端涉及到多个数据采集节点，节能数据的采集频次(周期)、每个节点采集一次数据的数据块大小各不相同，这会极大影响数据采集、传输和处理效率，不利于传输网络的高速低延时运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法及组网系统，解决了现有技术中数据采集、传输和处理效率低的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，包括以下步骤：
[0008]根据各采集节点的采集周期确定标准时间片；
[0009]根据各采集节点所采集数据块的大小确定标准数据块；
[0010]对采集周期大于标准时间片的时间片进行切片处理，对采集周期小于标准时间片的时间片进行累积处理，使经过切片处理和累积处理后的时间片的采集周期与标准时间片的采集周期保持一致；
[0011]对占用内存大于标准数据块的数据块进行切片处理，对占用内存小于标准数据块
的数据块进行累积处理，使经过切片处理和累积处理后的数据块占用内存与标准数据块的占用内存保持一致。
[0012]本专利技术主要从时间和数据两个维度出发，分别通过计算标准时间片和标准数据块的思路出发，实现对不同工业现场采集节点的节能数据在时间维度上的时间片切分和数据块维度上的数据块大小拆分，同时利用时间敏感网络在数据链路层上的时间片和数据块重组技术，从而实现节能数据的高效传输，进而达到简化监测数据的采集过程、缩短数据处理和分析的时间，以及整个组网系统进一步优化节能的目的。
[0013]作为本专利技术优选的方案，确定标准时间片的方法为：
[0014]收集各个采集节点的采集周期组成集合：
[0015]T＝{T1，T2，T3，
…
，T
n
}，n为采集节点的个数；
[0016]将集合T内任意两两元素进行差值计算并将差值按照从小到大的顺序进行排序，得到差值集合ΔT＝{ΔT
min
，
…
，ΔT
max
}
[0017]则标准时间片的采集周期为：
[0018][0019]其中，T
std
为标准时间片的采集周期。
[0020]作为本专利技术优选的方案，确定标准时间片的采集周期后，通过如下公式计算某个时间片的切片数量：
[0021][0022]其中，p为第i个采集节点采集的时间片切片后的数量；|
·
|表示取整；T
i
为第i个采集节点的采集周期且T
i
＞T
std
，i∈(1，2，3，
…
，n)。
[0023]作为本专利技术优选的方案，若为小数，则将切片后得到的p个标准时间片包含的数据统一打包传输，并将切片后剩下的时间片进行累积处理，待累积达到标准时间片的采集周期后再一并打包传输。
[0024]作为本专利技术优选的方案，确定标准数据块的方法为：
[0025]收集各个采集节点采集的数据块占用内存组成集合：
[0026]D＝{D1，D2，D3，
…
，D
n
}，n为采集节点的个数；
[0027]将集合D内任意两两元素进行差值计算并将差值按照从小到大的顺序进行排序，得到差值集合ΔD＝{ΔD
min
，
…
，ΔD
max
}
[0028]则标准数据块的占用内存为：
[0029][0030]其中，D
std
为标准数据块的占用内存。
[0031]作为本专利技术优选的方案，确定标准数据块的占用内存后，通过如下公式计算某个数据块的切片数量：
[0032][0033]其中，q为第i个采集节点采集的数据块切片后的数量；|
·
|表示取整；D
i
为第i个采集节点采集的数据块占用内存且D
i
＞D
std
，i∈(1，2，3，
…
，n)。
[0034]作为本专利技术优选的方案，若为小数，则将切片后得到的q个标准数据块包含的数据统一打包传输，并将切片后剩下的数据块进行累积处理，待累积达到标准标准数据块的占用内存后再一并打包传输。
[0035]根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于时间敏感网络的节能数据切片组网系统，包括：
[0036]现场端，通过搭建边缘云来处理现场数据采集端采集到的能耗监测数据，所述边缘云通过执行上述切片方法，来对现场数据采集端采集到的能耗监测数据进行处理；
[0037]与现场端通信连接的数据存储端，通过搭建公有云来接收并存储现场端的边缘云处理后的能耗监测数据；
[0038]与现场端通信连接的远程平台端，通过搭建私有云与现场端的边缘云进行数据流和控制流的交互；
[0039]政府监管平台，通过访问公有云和私有云对各用能企业进行能耗监管。
[0040]作为本专利技术优选的方案，所述现场数据采集端包括：
[0041]节点级器件，内置于耗能设备中，用于监测和采集耗能设备的实时能耗数据和设备运行数据；
[0042]车间级器件，内置于工厂各车间的存储设备上，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，其特征在于，包括以下步骤：根据各采集节点的采集周期确定标准时间片；根据各采集节点所采集数据块的大小确定标准数据块；对采集周期大于标准时间片的时间片进行切片处理，对采集周期小于标准时间片的时间片进行累积处理，使经过切片处理和累积处理后的时间片的采集周期与标准时间片的采集周期保持一致；对占用内存大于标准数据块的数据块进行切片处理，对占用内存小于标准数据块的数据块进行累积处理，使经过切片处理和累积处理后的数据块占用内存与标准数据块的占用内存保持一致。2.如权利要求1所述的一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，其特征在于，确定标准时间片的方法为：收集各个采集节点的采集周期组成集合：T＝{T1，T2，T3，
…
，T
n
}，n为采集节点的个数；将集合T内任意两两元素进行差值计算并将差值按照从小到大的顺序进行排序，得到差值集合ΔT＝{ΔT
min
，
…
，ΔT
max
}则标准时间片的采集周期为：其中，T
std
为标准时间片的采集周期。3.如权利要求2所述的一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，其特征在于，确定标准时间片的采集周期后，通过如下公式计算某个时间片的切片数量：其中，p为第i个采集节点采集的时间片切片后的数量；|
·
|表示取整；T
i
为第i个采集节点的采集周期且T
i
＞T
std
，i∈(1,2,3,
…
,n)。4.如权利要求3所述的一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，其特征在于，若为小数，则将切片后得到的p个标准时间片包含的数据统一打包传输，并将切片后剩下的时间片进行累积处理。5.如权利要求1所述的一种基于时间敏感网络的节能数据切片方法，其特征在于，确定标准数据块的方法为：收集各个采集节点采集的数据块占用内存组成集合：D＝{D1,D2，D3，
…
,D
n
}，n为采集节点的个数；将集合D...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵世运，王峰，路宁，杭波，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：