用于实时数据流编程的高效状态机制造技术

本公开涉及用于实时数据流编程的高效状态机。高效的基于状态机的模式匹配技术处理输入队列中的令牌并识别与一个或多个预定输入模式匹配的令牌序列中的模式而无需回溯。令牌可以包括数据或不包括数据，以及时间组分。令牌可以是由传感器生成的数据流，其将物理属性转换为数字量。模式匹配技术在单个方向上处理输入队列，并且不检查任何先前检查的令牌。在实现中，使用状态机指定要匹配的特定模式，其中状态机在状态表中指定并使用状态栈操作。中状态机在状态表中指定并使用状态栈操作。中状态机在状态表中指定并使用状态栈操作。

【技术实现步骤摘要】
用于实时数据流编程的高效状态机
[0001]分案申请说明
[0002]本申请是申请日为2017年03月23日、申请号为201780019780.6、名称为“用于实时数据流编程的高效状态机”的专利技术专利申请的分案申请。
[0003]相关申请交叉引用
[0004]本专利申请要求2016年3月23日提交的美国专利申请62/312,106、62/312,187、62/312,223和62/312,255的权益，其与本申请中引用的所有其他参考文献一起通过引用合并于此。

技术介绍

[0005]本专利技术涉及计算领域，更具体地涉及用于实时数据流编程的高效状态机，其可以用于边缘计算以处理由工业机器生成的大量数据。
[0006]传统的企业软件应用程序托管依赖于数据中心或“云”基础设施来利用规模经济和系统效率。然而，这些数据中心可能任意地远离物理操作点(例如，工厂、仓库、零售店等)，企业在这些地方进行其大部分业务操作。工业物联网(IIoT)是指依赖于具有传感器的物理操作仪器的设备或用例集合，这些传感器跟踪频率非常高的事件。
[0007]许多行业的工业机器都属于这种物联网(IoT)，包括制造业、石油和天然气、采矿、运输、电力和水力、可再生能源、医疗保健、零售、智能建筑、智能城市和联网车辆。尽管云计算取得了成功，但存在许多缺点：将所有数据发送到云存储是不切实际的，因为连接可能并不总是存在，带宽不够，延迟变化太大，或者即使带宽存在但成本太高。即使连接、带宽和成本都不是问题，也没有实时决策并且预测性维护可能导致对机器的重大损害。
[0008]因此，需要改进的计算系统、架构和技术，包括改进的边缘分析和用于实时数据流编程的更高效的状态机，以处理由工业机器生成的大量数据。

技术实现思路

[0009]高效的基于状态机的模式匹配技术处理输入队列中的令牌并识别与一个或多个预定输入模式匹配的令牌序列中的模式而无需回溯。令牌可以包括数据或不包括数据和时间组分。令牌可以是由传感器生成的数据流，其将物理属性转换为数字量。模式匹配技术在单个方向上处理输入队列，并且不检查任何先前检查的令牌。在实现中，使用状态机指定要匹配的特定模式，其中状态机在状态表中指定并使用状态栈操作。
[0010]在具体实现中，模式匹配技术用于边缘计算系统；一种在边缘实现智能的方法。功能包括：在网关设备或嵌入式系统上托管的软件层中通过传感器数据触发。软件层连接到局域网。软件层可以访问服务、应用程序和数据处理引擎的存储库。通过软件层提供的表达语言将传感器数据与特定条件出现的语义描述相匹配。通过连续执行表达式自动发现模式事件。智能地组合由软件层管理的跨网络嵌入式系统和跨网关设备的服务和应用程序，以链接应用程序和分析表达式。根据资源可用性优化应用程序和分析的布局。监控软件层的运行状况。将原始传感器数据或表达式结果存储在本地时间序列数据库或云存储中。可以
对服务和组件进行容器化，以确保在任何网关环境中平稳运行。
[0011]在物联网(IoT)数据源处启用边缘智能。系统为实时边缘分析和应用程序提供对于IoT设备传感器数据的丰富的访问(流或批处理模式，或两者)。该系统包括一个高效且富有表现力的计算机语言，用于通过在低内存占用机器中运行的高性能分析引擎，执行分析功能和表达式。该系统允许将聚合数据发布到云以进一步进行机器学习。该系统包括用于开发边缘应用程序的软件开发工具包。基于云的管理控制台允许管理边缘部署、配置、应用程序和分析表达式。
[0012]边缘基础设施和平台的具体实现是FogHorn Systems公司。(FogHorn)。FogHorn网站www.foghorn
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systems.com、出版物(包括白皮书、用户指南、教程、视频和其他)以及关于FogHorn技术和产品的其他出版物通过引用并入本文。
[0013]FogHorn提供平台以为工业和商业物联网(IoT)数据提供边缘智能。数百亿工业和商业IoT设备产生的数据量将足以压倒整个互联网。FogHorn平台在IoT数据产生的地方来
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网络边缘处理、分析和响应IoT数据。FogHorn的“智能边缘”软件平台可实现前所未有的自动化水平、运营效率、成本节约等等。
[0014]工业物联网(IIoT)由互联的工业和商业设备组成，如传感器、机械和计算机。IIoT的目标是跨分布式企业实现更好的设备控制、数据管理、机器自动化和运营效率。公司可以在边缘应用雾计算，以利用实时分析和自动响应捕获绿色地带IIoT机会，同时利用云计算进行系统级管理和优化。如果添加额外的计算资源不可行，FogHorn边缘计算平台还设计为在现有可编程逻辑控制器(PLC)(例如，棕色地带机会)中运行。棕色地带指的是新系统的实现以解决信息技术(IT)问题领域，同时考虑已建立的系统。新的软件架构考虑了现有和正在运行的软件。
[0015]边缘智能平台是一种基于雾计算概念的基于软件的解决方案，其可将数据处理和分析扩展到靠近IIoT设备所在的边缘。保持与边缘设备的紧密接近，而不是将所有数据发送到远程集中式云，最大限度地降低了延迟，从而实现最大化性能、更快的响应时间以及更高效的维护和运营策略。它还显著降低了总体带宽要求和管理广泛分布式网络的成本。
[0016]专注于边缘IIoT操作降低了整体带宽需求，并能够立即自动响应时间敏感条件。工业界正在增加数十亿台新的IIoT设备，这些设备每天总共会产生数拍字节的数据。将所有这些数据发送到云不仅成本过高，而且还会产生更大的安全风险。边缘操作可确保更快的响应时间、降低风险并降低总体成本。
[0017]2015年8月27日提交的美国专利申请62/210,981和2016年8月29日提交的美国专利申请15/250,720通过引用并入本文并描述了边缘计算环境和平台。2017年3月23日提交的美国专利申请15/467,313通过引用并入本文，并描述了实时数据流编程中的模式驱动反应的组合。2017年3月23日提交的美国专利申请15/467,318通过引用结合于此，并描述了用于实时数据流编程语言的工具和方法。
[0018]在一种实现中，一种方法包括：从传感器(例如，监视物理量并将所监视的物理量转换为数字形式的数据流的硬件设备)接收数据流；将数据流存储在输入队列(例如，FIFO存储器)中，其中每个令牌包括与接收数据时的时间戳一起存储的数据流的数据(或无数据)；通过在单个方向上通过输入队列读取令牌，并且不重新读取任何先前读取的令牌，识别数据流中与一个或多个预定模式匹配的模式；并且在识别数据流中的预定模式时，在输
出队列中输出已经识别出预定模式的肯定指示。
[0019]在另一实现中，一种系统包括：输入队列，包括组织为FIFO存储器的计算机存储器中的存储器位置，其中输入队列存储要处理的令牌，其中每个令牌包括数据(或没有数据)和当令牌进入输入队列时的时间戳。一种驱动器组件，其在没有回溯的情况下处理输入队列中的令牌并识别与一个或多个预定输入模式匹配的令牌序本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：输入队列，所述输入队列包括计算机存储器中的第一存储器位置，其中所述输入队列在所述第一存储器位置中存储要处理的令牌的先进先出序列，其中所述队列中的每个令牌包括数据或不包括任何数据，以及存储指示所述令牌进入所述输入队列的时间的时间戳，并且所述令牌由所述输入队列通过网络接收；驱动器组件，所述驱动器组件被耦合到所述输入队列，其中所述驱动器组件以不回溯的方式处理所述输入队列中的令牌，并识别与一个或多个预定输入模式匹配的令牌序列中的模式，并且在识别到匹配的预定输入模式时，生成传出事件输出；输出队列，所述输出队列被耦合到所述驱动器组件，所述输出队列包括所述计算机存储器中的第二存储器位置，其中所述输出队列在所述第二存储器位置中存储由所述驱动器组件生成的所述输出事件的先进先出序列；状态表组件，所述状态表组件被耦合到所述驱动器组件，其中所述状态表组件以状态表格式存储所述预定输入模式；以及状态栈组件，所述状态栈组件被耦合到所述驱动器组件，所述状态栈组件包括所述计算机存储器中的第三存储器位置，其中所述状态栈组件在所述第三存储器位置中存储帧的后进先出顺序存储，并且帧包括转换状态号、符号和截止日期。2.如权利要求1所述的系统，其中在所述输入队列处接收的令牌由硬件传感器生成，所述硬件传感器将物理属性转换为数字量。3.如权利要求1所述的系统，其中所述驱动器组件的操作包括：检查所述状态栈的顶部帧上引用的状态；检查所述输入队列中的下一输入令牌，并基于所述状态栈确定其类别；以及针对由所述状态表指示的类别的令牌，执行由所述状态表指示的动作。4.如权利要求1所述的系统，其中所述输入队列基于由所述输入队列接收的时间将所述令牌存储在有序列表中，并且所述队列中的第一方向是从最早接收的令牌到最新接收的令牌的时间顺序，以及所述驱动器组件通过在所述第一方向上检查所述输入队列来处理所述令牌，并且不检查任何先前检查的令牌。5.如权利要求1所述的系统，其中所述输入队列按照所述输入队列接收的时间顺序将所述令牌存储在列表中，所述队列中的第一方向是从最早接收的令牌到最新接收的令牌的时间顺序，所述队列中的第二方向是从最新接收的令牌到最早接收的令牌的时间顺序，并且所述第二方向与所述第一方向相反，所述驱动器组件通过仅在所述第一方向或所述第二方向上而不是既在所述第一方向上也在所述第二方向上检查所述输入队列来处理所述令牌。6.如权利要求1所述的系统，其中所述驱动器仅读取所述输入队列的每个令牌一次，并且不将读取的令牌保留在缓冲器中以便稍后再次读取。7.如权利要求1所述的系统，其中要匹配的预定输入模式具有多个不定长度的令牌。8.如权利要求1所述的系统，其中所述状态表组件指定状态机并包括多个行，每个行提供所述状态机的转换状态，包括：动作集合，其将输入令牌类别值或输入中断类别值映射到接收到该值的输入令牌时要
采取的动作，转换集合，其将衍生符号类型映射到所述驱动器在合成该类型的衍生符号时应改成的状态，以及超时，其指示允许所述状态机保持特定状态的时间间隔。9.如权利要求1所述的系统，其中所述转换状态号是对所述状态表中的行的引用，所述符号是从输入令牌或其他符号或组合导出的令牌或中间符号，并且所述截止日期是所述驱动器将所述帧从所述栈中弹出的未来时刻。10.如权利要求1所述的系统，其中所述驱动器组件和所述状态表组件实现在可编程门阵列中。11.如权利要求1所述的系统，其中所述驱动器组件和所述状态表组件使用计算机实现。12.如权利要求1所述的系统，其中所述状态表组件指定状态机，并且所述驱动器组件基于在所述输入队列中没有接收到具有流数据的令牌一段时间，而从所述状态机的第一状态改变到所述状态机的第二状态。13.如权利要求1所述的系统，其中所述状态表组件指定状态机，并且所述驱动器组件基于在第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森，
申请(专利权)人：江森自控泰科知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：