本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)打包方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，由于測(cè)點(diǎn)數(shù)量龐大，數(shù)據(jù)采集中心往往承擔(dān)著巨大的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)解析負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)中，利用多個(gè)匯集單元，可以對(duì)其下屬的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行有效的組織與管理，如圖1所示。通過匯集單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合打包上傳，可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)。合適的數(shù)據(jù)打包方法能夠大量減輕上級(jí)數(shù)據(jù)單元的負(fù)擔(dān)，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。

對(duì)于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總量大且上傳周期要求各異情況，有以下問題需要考慮：

第一、發(fā)送過程中如果產(chǎn)生錯(cuò)誤，往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)幀的重發(fā)。如果組合而成的數(shù)據(jù)包字節(jié)數(shù)過大，則更容易造成誤碼而導(dǎo)致重發(fā)，繼而同樣增加了發(fā)送總次數(shù)；如果數(shù)據(jù)包字節(jié)數(shù)過短，則直接增加了分組數(shù)以及協(xié)議頭等開支，增加了系統(tǒng)的連接與解析負(fù)擔(dān)。

第二、分組導(dǎo)致了組中數(shù)據(jù)的上傳周期降低到組內(nèi)的上傳周期最小值。減小數(shù)據(jù)的上傳周期，相當(dāng)于增加整體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也是對(duì)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的加大。而測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳周期上限由用戶自主設(shè)定，且網(wǎng)絡(luò)中測(cè)點(diǎn)的增添也可看作是動(dòng)態(tài)隨機(jī)的，因而以上傳周期為標(biāo)準(zhǔn)的分組邊界難以簡(jiǎn)單界定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)打包方法及系統(tǒng)，本發(fā)明針對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總量大、數(shù)據(jù)上傳周期各異的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，利用多尺度組合建模并優(yōu)化求解方法，使復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)達(dá)到最小，從而減輕上級(jí)數(shù)據(jù)中心的連接與解析負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)打包方法，將信道的誤碼率與測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳周期要求作為參數(shù)，建立包含時(shí)間的多尺度約束的優(yōu)化模型，利用基于種群的啟發(fā)式算法求解，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)的最小化。

進(jìn)一步的，預(yù)設(shè)多個(gè)固定格式與內(nèi)容的數(shù)據(jù)幀，將接收到的數(shù)據(jù)與其預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算得出匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元之間的信道誤碼率。

進(jìn)一步的，建立優(yōu)化模型時(shí)采集測(cè)點(diǎn)的數(shù)量、各測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)名、各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳周期上限、各測(cè)點(diǎn)每次上傳的字節(jié)數(shù)和傳輸協(xié)議所需要添加的固定字節(jié)數(shù)。

進(jìn)一步的，優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為單位時(shí)間內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)組的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)總和最小。

進(jìn)一步的，優(yōu)化模型的約束條件包括第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔與第i個(gè)測(cè)點(diǎn)是否在j組中的布爾變量的乘積小于等于第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的上傳周期要求。

具體的，優(yōu)化模型為：

s.t.kj＝nj/tj(2)

tj·xij≤ii(6)

其中，k表示單位時(shí)間內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)組的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)總和，jmax表示求解過程中所得到的j的最大值，kj表示單位時(shí)間內(nèi)第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，nj表示成功傳輸?shù)趈組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際發(fā)送次數(shù)期望，tj表示第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔，pj表示第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)所打包而成的數(shù)據(jù)幀的誤幀率，w表示求取數(shù)學(xué)期望過程中的中間變量，lj表示第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包大小，pe表示匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元之間信道的誤碼率，la表示協(xié)議封裝所需要的固定字節(jié)數(shù)，n表示匯集單元下的測(cè)點(diǎn)總數(shù)，ai表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量，xij表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)是否在j組中的布爾變量，ii表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的上傳周期要求。

進(jìn)一步的，按照上傳周期大小，對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行排序；通過誤碼率與最佳幀長(zhǎng)的對(duì)照表，獲得當(dāng)前誤碼率下的最佳幀長(zhǎng)；按照順序?qū)y(cè)點(diǎn)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量進(jìn)行累加至接近或首次超過最佳幀長(zhǎng)，并將參與該次求和的測(cè)點(diǎn)劃分為一組，其后此和清零，并繼續(xù)向后進(jìn)行累加，重復(fù)此過程至結(jié)束，由此快速獲取一個(gè)直觀較優(yōu)組合。

進(jìn)一步的，在求解過程中，將直觀的較優(yōu)解作為一個(gè)初始解，對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。這樣的做法可以明顯提高求解的速度與質(zhì)量。

優(yōu)選的，利用粒子群算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到數(shù)據(jù)打包的最優(yōu)組合方案。

一種復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)打包系統(tǒng)，包括上級(jí)數(shù)據(jù)單元、匯集單元和建模及求解服務(wù)器，其中：

所述上級(jí)數(shù)據(jù)單元向匯集單元發(fā)送非校驗(yàn)的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)幀，匯集單元將直接接收到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元之間傳輸信道的誤碼率；讀取傳輸協(xié)議所需添加的固定字節(jié)數(shù)、匯集單元下的測(cè)點(diǎn)數(shù)量、各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳周期設(shè)置與各測(cè)點(diǎn)每次上傳的數(shù)據(jù)量大?。?/p>

建模及求解服務(wù)器，被配置為根據(jù)匯集單元獲得的參數(shù)，構(gòu)建含時(shí)間多尺度約束、以發(fā)送次數(shù)最少為優(yōu)化目標(biāo)的混合整數(shù)規(guī)劃優(yōu)化模型；并利用啟發(fā)式算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到數(shù)據(jù)打包的最優(yōu)組合方案。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能有效地對(duì)數(shù)量龐大、種類各異的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化管理，通過減少網(wǎng)絡(luò)連接與解析次數(shù)，減輕上級(jí)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，應(yīng)用范圍廣泛，可應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程、智能建筑系統(tǒng)等復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1為含匯集單元的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)打包方法的流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總量大且上傳周期要求各異情況，現(xiàn)有的打包方法存在以上傳周期為標(biāo)準(zhǔn)的分組邊界難以簡(jiǎn)單界定、增加系統(tǒng)的連接和解析負(fù)擔(dān)的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)打包優(yōu)化方法。本發(fā)明的整體思路在于，將信道的誤碼率與測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳周期要求作為參數(shù)，利用基于種群的啟發(fā)式算法，求解所建立含時(shí)間多尺度約束的優(yōu)化模型，以實(shí)現(xiàn)發(fā)送次數(shù)的最小化；同時(shí)，在求解過程中，將直觀的較優(yōu)解作為一個(gè)初始解，可明顯提高求解的速度與質(zhì)量。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，提供了一種復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)打包優(yōu)化系統(tǒng)，包括上級(jí)數(shù)據(jù)單元、匯集單元和建模及求解服務(wù)器，其中：

匯集單元接收各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，所述上級(jí)數(shù)據(jù)單元向匯集單元發(fā)送非校驗(yàn)的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)幀，匯集單元將直接接收到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元之間傳輸信道的誤碼率；讀取傳輸協(xié)議所需添加的固定字節(jié)數(shù)、匯集單元下的測(cè)點(diǎn)數(shù)量、各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳周期設(shè)置與各測(cè)點(diǎn)每次上傳的數(shù)據(jù)量大?。?/p>

建模及求解服務(wù)器，被配置為根據(jù)匯集單元獲得的參數(shù)，構(gòu)建含時(shí)間多尺度約束、以發(fā)送次數(shù)最少為優(yōu)化目標(biāo)的混合整數(shù)規(guī)劃優(yōu)化模型；并利用啟發(fā)式算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到數(shù)據(jù)打包的最優(yōu)組合方案。

如圖2所示，本發(fā)明提供的復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)打包方法，包括按順序執(zhí)行的下列步驟：

步驟1：獲取匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單源間的信道誤碼率與匯集單元下的測(cè)點(diǎn)信息，具體包含以下子步驟：

步驟1.1：在匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元中，預(yù)設(shè)多個(gè)固定格式與內(nèi)容的數(shù)據(jù)幀；在匯集單元的申請(qǐng)下，上級(jí)數(shù)據(jù)單元將預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)幀逐個(gè)發(fā)送至匯集單元，匯集單元對(duì)接受到的數(shù)據(jù)不進(jìn)行任何誤碼校驗(yàn)或請(qǐng)求重發(fā)等處理；匯集單元將接收到的數(shù)據(jù)與其預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算得出匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元之間的信道誤碼率。

步驟1.2：將測(cè)點(diǎn)的數(shù)量n、各測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)名ei、各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳周期上限ii、各測(cè)點(diǎn)每次上傳的字節(jié)數(shù)ai、傳輸協(xié)議所需要添加的固定字節(jié)數(shù)la，以配置文件的方式批量輸入當(dāng)匯集單元中；匯集單元通過讀取該配置文件，獲得上述參數(shù)。

步驟2：將步驟1中所獲得的參數(shù)輸入到本發(fā)明所提出的如下優(yōu)化模型中：

s.t.kj＝nj/tj(2)

tj·xij≤ii(6)

其中，k表示單位時(shí)間內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)組的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)總和，jmax表示求解過程中所得到的j的最大值，kj表示單位時(shí)間內(nèi)第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，nj表示成功傳輸?shù)趈組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際發(fā)送次數(shù)期望，tj表示第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔，pj表示第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)所打包而成的數(shù)據(jù)幀的誤幀率，w表示求取數(shù)學(xué)期望過程中的中間變量，lj表示第j組測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包大小，pe表示匯集單元與上級(jí)數(shù)據(jù)單元之間信道的誤碼率，la表示協(xié)議封裝所需要的固定字節(jié)數(shù)，n表示匯集單元下的測(cè)點(diǎn)總數(shù)，ai表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量，xij表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)是否在j組中的布爾變量，ii表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的上傳周期要求。

步驟3：使用改進(jìn)的啟發(fā)式算法進(jìn)行求解，得到數(shù)據(jù)打包的最優(yōu)組合方案，具體包含以下子步驟：

步驟3.1：按照上傳周期大小，對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行排序；通過誤碼率與最佳幀長(zhǎng)的對(duì)照表，獲得當(dāng)前誤碼率下的最佳幀長(zhǎng)；按照順序?qū)y(cè)點(diǎn)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量ai進(jìn)行累加至接近或首次超過最佳幀長(zhǎng)，并將參與該次求和的測(cè)點(diǎn)劃分為一組，其后此和清零，并繼續(xù)向后進(jìn)行累加，重復(fù)此過程至結(jié)束，由此快速獲取一個(gè)直觀較優(yōu)組合。

步驟3.2：對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并以步驟3.1獲得的直觀較優(yōu)組合作為一個(gè)初始解，使用粒子群算法等基于種群的啟發(fā)式算法，對(duì)步驟2所述的模型進(jìn)行求解，得到的xij即為最優(yōu)分組方案，得到的tj即為各分組的最優(yōu)上傳周期。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。