一种用于电力物联网的业务并行调度方法和装置与流程

1.本技术涉及数据传输技术领域，尤其是一种用于电力物联网的业务并行调度方法和装置。


背景技术：

2.电力物联网中包括多个无线节点，实现基础电力设备业务的传感、记录、传输、控制等功能，也包括控制节点，对节点进行监测、控制与调度。无线节点之间有数据流需要进行传输，每条数据流都有各自的电力业务需求。在电力物联网应用场景中，往往包括控制节点和大量的边缘无线节点，部署环境复杂且频谱资源有限。目前，针对如何在电力物联网资源有限情况下实现高效利用，实现网络性能和业务支撑的全局最优，仍然存在一定的挑战。
3.现有技术中在对电力物联网中进行业务调度时，大多使用基于并行多信道传输的方法，但这种方法没有考虑网络中业务流之间冲突干扰的全局性信息，导致调度效率低；也有使用基于分布式传输功率控制的调度方法，但这种方法并没有考虑传输效率问题，无法实现对资源的充分有效利用。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中在对电力物联网中的电力业务进行调度时，调度效率低的问题，本技术公开了一种用于电力物联网的业务并行调度方法和装置。
5.本技术第一方面公开了一种用于电力物联网的业务并行调度方法，包括：
6.获取多条数据流以及所述多条数据流的电力业务需求；
7.针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目；
8.将所述多条数据流根据资源基本单元数目升序排序，确定预调度集；
9.根据所述预调度集，获取冲突图；其中所述冲突图包括节点和边，节点表示任意一条数据流，边表示任意两条数据流之间的冲突关系；所述任意两条数据流之间的冲突关系包括任意两条数据流之间是否存在共享节点，以及任意两条数据流之间的相对干扰值；
10.根据所述预调度集和所述冲突图，获取调度矩阵；其中所述调度矩阵中的元素表示任意两条数据流之间是否存在冲突，所述调度矩阵中的元素包括0和1，0表示两条数据流之间不存在冲突，1表示两条数据流之间存在冲突；若任意两条数据流之间存在共享节点和/或任意两条数据流之间的相对干扰值超过预设门限，判断两条数据流之间存在冲突，否则，判断两条数据流之间不存在冲突；
11.根据所述调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；所述可同时调度的数据流包括调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流；
12.根据预设规则，获取更新后的调度矩阵；
13.根据所述更新后的调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；所述可同时调度的数据流包括所述更新后的调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流；
14.重复获取更新后的调度矩阵，直至所述预调度集中所有数据流的电力业务需求都得到满足。
15.可选的，所述针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目之后，所述方法还包括：
16.删除所需的资源基本单元数目大于预设最大资源数目的数据流。
17.可选的，所述根据预设规则，获取更新后的调度矩阵，包括：
18.根据预设规则，获取更新后的冲突图；
19.根据所述更新后的冲突图，获取更新后的调度矩阵。
20.可选的，所述根据预设规则，获取更新后的调度矩阵，包括：
21.所述预设规则为每当一个资源基本单元结束时，判断任意数据流的电力业务需求是否得到满足，若得到满足，将数据流在调度矩阵中的对应元素更新为-1。
22.可选的，所述根据预设规则，获取更新后的调度矩阵，包括：
23.所述预设规则还包括：
24.每当一条数据流的电力业务需求得到满足时，针对预调度集中任一剩余的数据流，确定调度决策；
25.所述调度决策包括若所述数据流没有被调度过，获取所述数据流与可同时调度的数据流之间的冲突关系，以及获取所述数据流与正在进行调度的数据流之间的冲突关系，更新冲突图；
26.若所述数据流与可同时调度的数据流之间不存在冲突关系，以及所述数据流与正在进行调度的数据流之间不存在冲突关系，对所述数据流进行收益评估；
27.所述收益评估包括判断所述数据流加入调度行列后，是否可以增加当前网络的总吞吐量，所述调度行列包括可同时调度的数据流和正在进行调度的数据流；
28.若所述数据流可以增加当前网络的总吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为0；若所述数据流不能增加当前网络的吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为-1。
29.本技术第二方面公开了一种用于电力物联网的业务并行调度装置，所述装置应用于所述的一种用于电力物联网的业务并行调度方法，包括：
30.数据流获取模块，用于获取多条数据流以及所述多条数据流的电力业务需求；
31.单元数目获取模块，用于针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目；
32.预调度集获取模块，用于将所述多条数据流根据资源基本单元数目升序排序，确定预调度集；
33.冲突图获取模块，用于根据所述预调度集，获取冲突图；其中所述冲突图包括节点和边，节点表示任意一条数据流，边表示任意两条数据流之间的冲突关系；所述任意两条数据流之间的冲突关系包括任意两条数据流之间是否存在共享节点，以及任意两条数据流之间的相对干扰值；
34.第一调度矩阵获取模块，用于根据所述预调度集和所述冲突图，获取调度矩阵；其中所述调度矩阵中的元素表示任意两条数据流之间是否存在冲突，所述调度矩阵中的元素包括0和1，0表示两条数据流之间不存在冲突，1表示两条数据流之间存在冲突；若任意两条
数据流之间存在共享节点和/或任意两条数据流之间的相对干扰值超过预设门限，判断两条数据流之间存在冲突，否则，判断两条数据流之间不存在冲突；
35.第一调度模块，用于根据所述调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；所述可同时调度的数据流包括调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流；
36.第二调度矩阵获取模块，用于根据预设规则，获取更新后的调度矩阵；
37.第二调度模块，用于根据所述更新后的调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；所述可同时调度的数据流包括所述更新后的调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流；
38.迭代模块，用于重复获取更新后的调度矩阵，直至所述预调度集中所有数据流的电力业务需求都得到满足。
39.可选的，所述单元数目获取模块之后，所述装置还包括：
40.数据流删除模块，用于删除所需的资源基本单元数目大于预设最大资源数目的数据流。
41.可选的，所述第二调度矩阵获取模块，包括：
42.冲突图获取单元，用于根据预设规则，获取更新后的冲突图；
43.调度矩阵获取单元，用于根据所述更新后的冲突图，获取更新后的调度矩阵。
44.可选的，所述第二调度矩阵获取模块包括：
45.所述第二预设规则为每当一个资源基本单元结束时，判断任意数据流的电力业务需求是否得到满足，若得到满足，将数据流在调度矩阵中的对应元素更新为-1。
46.可选的，所述第二调度矩阵获取模块包括还包括：
47.所述第二预设规则包括：每当一条数据流的电力业务需求得到满足时，针对预调度集中任一剩余的数据流，确定调度决策；
48.所述调度决策包括若所述数据流没有被调度过，获取所述数据流与可同时调度的数据流之间的冲突关系，以及获取所述数据流与正在进行调度的数据流之间的冲突关系，更新冲突图；
49.若所述数据流与可同时调度的数据流之间不存在冲突关系，以及所述数据流与正在进行调度的数据流之间不存在冲突关系，对所述数据流进行收益评估；
50.所述收益评估包括判断所述数据流加入调度行列后，是否可以增加当前网络的总吞吐量，所述调度行列包括可同时调度的数据流和正在进行调度的数据流；
51.若所述数据流可以增加当前网络的总吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为0；若所述数据流不能增加当前网络的吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为-1。
52.本技术公开了一种用于电力物联网的业务并行调度方法和装置，所述方法包括：获取多条数据流以及所述多条数据流的电力业务需求；针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目；将所述多条数据流根据资源基本单元数目升序排序，确定预调度集；根据所述预调度集，获取冲突图；根据所述预调度集和所述冲突图，获取调度矩阵；根据所述调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；根据预设规则，获取更新后的调度矩阵；根据所述更新后的调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；重复获取更新后的调度矩阵，直至所述预调度集中所有
数据流的电力业务需求都得到满足。
53.本技术可以让所需资源基本单元数目较少的数据流优先调度，从而节省出更多的资源基本单元数目调度更多的数据流；本技术只有被调度的数据流之间没有冲突，即不是相邻链路且相互干扰较小的数据流才能被同时调度，使得被调度的数据流保持较高的速率，从而提高业务并行调度的效率。
附图说明
54.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
55.图1为本技术实施例公开的一种用于电力物联网的业务并行调度方法的流程示意图；
56.图2为本技术实施例公开的一种用于电力物联网的业务并行调度装置的结构示意图。
具体实施方式
57.为了解决现有技术中在对电力物联网中的电力业务进行调度时，调度效率低的问题，本技术公开了一种用于电力物联网的业务并行调度方法和装置。
58.电力物联网典型应用场景中包括多个无线节点，实现基础电力设备业务的传感、记录、传输、控制等功能，也包括控制节点，对多节点进行监测、控制与调度。网络中的数据传输进行同步和协调，并且获得每条数据流的qos需求以及各个无线节点的位置。无线节点之间可能有数据流需要进行传输，每条数据流都有各自的电力业务qos业务需求。
59.本技术第一实施例公开了一种用于电力物联网的业务并行调度方法，参见图1所示的流程示意图，包括：
60.步骤101，获取多条数据流以及所述多条数据流的电力业务需求，发送至控制节点。
61.步骤102，针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目。
62.删除所需的资源基本单元数目大于预设最大资源数目的数据流。
63.步骤103，将所述多条数据流根据资源基本单元数目升序排序，确定预调度集。
64.步骤104，根据所述预调度集，获取冲突图。所述冲突图包括节点和边，节点表示任意一条数据流，边表示任意两条数据流之间的冲突关系。所述任意两条数据流之间的冲突关系包括任意两条数据流之间是否存在共享节点，以及任意两条数据流之间的相对干扰值。
65.步骤105，根据所述预调度集和所述冲突图，获取调度矩阵。所述调度矩阵中的元素表示任意两条数据流之间是否存在冲突，所述调度矩阵中的元素包括0和1，0表示两条数据流之间不存在冲突，1表示两条数据流之间存在冲突。若任意两条数据流之间存在共享节点和/或任意两条数据流之间的相对干扰值超过预设门限，判断两条数据流之间存在冲突，否则，判断两条数据流之间不存在冲突。
66.具体的，冲突图g＝(n,e)表示映了各个数据流之间的关系，是网络全局信息表现形式。节点n代表网络中的数据流，节点之间的边e代表着流之间是否有冲突。用一个方阵a＝(a
ij
)f×f来表示冲突图，当两条流i和j之间有冲突时，矩阵中对应元素a
ij
为1，否则a
ij
为0。该定义用数学公式表示如下：
[0067][0068]
步骤106，根据所述调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度。所述可同时调度的数据流为调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流。
[0069]
步骤107，根据预设规则，获取更新后的调度矩阵。
[0070]
步骤108，根据所述更新后的调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度。所述可同时调度的数据流包括所述更新后的调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流。
[0071]
步骤109，重复获取更新后的调度矩阵，直至所述预调度集中所有数据流的电力业务需求都得到满足。
[0072]
进一步的，所述根据预设规则，获取更新后的调度矩阵，包括：
[0073]
根据预设规则，获取更新后的冲突图。
[0074]
根据所述更新后的冲突图，获取更新后的调度矩阵。
[0075]
进一步的，所述根据预设规则，获取更新后的调度矩阵，包括：
[0076]
所述第二预设规则为每当一个资源基本单元结束时，判断任意数据流的电力业务需求是否得到满足，若得到满足，将数据流在调度矩阵中的对应元素更新为-1。
[0077]
进一步的，所述根据预设规则，获取更新后的调度矩阵，包括：
[0078]
所述第二预设规则还包括：
[0079]
每当一条数据流的电力业务需求得到满足时，针对预调度集中任一剩余的数据流，确定调度决策。
[0080]
所述调度决策包括若所述数据流没有被调度过，获取所述数据流与可同时调度的数据流之间的冲突关系，以及获取所述数据流与正在进行调度的数据流之间的冲突关系，更新冲突图。
[0081]
若所述数据流与可同时调度的数据流之间不存在冲突关系，以及所述数据流与正在进行调度的数据流之间不存在冲突关系，对所述数据流进行收益评估。
[0082]
所述收益评估包括判断所述数据流加入调度行列后，是否可以增加当前网络的总吞吐量，所述调度行列包括可同时调度的数据流和正在进行调度的数据流。
[0083]
若所述数据流可以增加当前网络的总吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为0。若所述数据流不能增加当前网络的吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为-1。
[0084]
进行收益评估时可以根据以下方法进行计算：
[0085]
无线节点之间可以具有多数据业务传输能力，数据流i的接收机ri接收到的来自对应发射机si的信号功率可以表示为：
[0086][0087]
其中，k是与(λ/4π)2成正比的常数因子，p
t
代表发射机的发射功率，g
t
(i,i)代表发
送天线增益，gr(i,i)代表接收天线增益，d
ii
代表流i的发射机与接收机之间的距离，n为路径损耗指数。流j的发射机对流i的接收机造成的干扰则可以表示为：
[0088][0089]
其中，m是与不同用户信号间的互相关有联系的干扰因子。在高斯加性白噪声信道中，流i可达的数据传输速率可以根据香农公式得到：
[0090][0091]
其中，η是描述收发机设计效率的因子，取值范围在(0,1)，w为信道带宽，n0为高斯白噪声的单边功率谱密度。
[0092]
中心收到f条数据流的传输请求，每条流i都有自己的qos需求qi。每个无线帧包含s个时间/频率等组成的无线资源基本单元，每个基本单元可以同时对多个流并行调度。在第s个资源基本单元中，用一个调度向量hs来表示在该资源基本单元有哪些流被调度。若该矩阵中与流i对应的元素则代表流i在第s个资源基本单元中被调度，若则代表流i在第s个资源基本单元中未被调度。无线节点之间可能相互干扰，只有当调度向量确定以后，流i实际传输速率才能被确定。在第s个资源基本单元中，流i的实际传输速率可以表示为：
[0093][0094]
而经过t个资源基本单元后流i已经达到的吞吐量则可以表示为:
[0095][0096]
其中，δt代表资源基本单元时长，t
bp
代表信标周期的时长，t
cap
则代表竞争访问周期的时长。
[0097]
数据流i传输所用的资源基本单元数目可以按照如下公式进行计算：
[0098][0099]
其中，δt代表资源基本单元时长，t
bp
代表信标周期的时长，t
cap
则代表竞争访问周期的时长，ri表示流i的实际传输速率。
[0100]
在计算两条数据流之间的相对干扰值时，可以根据以下方法进行计算：
[0101]
两条流之间的相对干扰ri
ji
可以定义为以下形式：
[0102][0103]
其中，n0为高斯白噪声的单边功率谱密度，w为信道带宽。
[0104]
本技术公开了一种用于电力物联网的业务并行调度方法和装置，所述方法包括：
获取多条数据流以及所述多条数据流的电力业务需求；针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目；将所述多条数据流根据资源基本单元数目升序排序，确定预调度集；根据所述预调度集，获取冲突图；根据所述预调度集和所述冲突图，获取调度矩阵；根据所述调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；根据预设规则，获取更新后的调度矩阵；根据所述更新后的调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度；重复获取更新后的调度矩阵，直至所述预调度集中所有数据流的电力业务需求都得到满足。
[0105]
本技术可以让所需资源基本单元数目较少的数据流优先调度，从而节省出更多的资源基本单元数目调度更多的数据流；本技术只有被调度的数据流之间没有冲突，即不是相邻链路且相互干扰较小的数据流才能被同时调度，使得被调度的数据流保持较高的速率，从而提高业务并行调度的效率。
[0106]
本技术第二实施例公开了一种用于电力物联网的业务并行调度装置，所述装置应用于所述的一种用于电力物联网的业务并行调度方法，参见图2所示的结构示意图，包括：
[0107]
数据流获取模块10，用于获取多条数据流以及所述多条数据流的电力业务需求。
[0108]
单元数目获取模块20，用于针对所述多条数据流中的任一数据流，获取任一数据流满足电力业务需求时所需的资源基本单元数目。
[0109]
预调度集获取模块30，用于将所述多条数据流根据资源基本单元数目升序排序，确定预调度集。
[0110]
冲突图获取模块40，用于根据所述预调度集，获取冲突图。其中所述冲突图包括节点和边，节点表示任意一条数据流，边表示任意两条数据流之间的冲突关系。所述任意两条数据流之间的冲突关系包括任意两条数据流之间是否存在共享节点，以及任意两条数据流之间的相对干扰值。
[0111]
第一调度矩阵获取模块50，用于根据所述预调度集和所述冲突图，获取调度矩阵。其中所述调度矩阵中的元素表示任意两条数据流之间是否存在冲突，所述调度矩阵中的元素包括0和1，0表示两条数据流之间不存在冲突，1表示两条数据流之间存在冲突。若任意两条数据流之间存在共享节点和/或任意两条数据流之间的相对干扰值超过预设门限，判断两条数据流之间存在冲突，否则，判断两条数据流之间不存在冲突。
[0112]
第一调度模块60，用于根据所述调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度。所述可同时调度的数据流包括调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流。
[0113]
第二调度矩阵获取模块70，用于根据预设规则，获取更新后的调度矩阵。
[0114]
第二调度模块80，用于根据所述更新后的调度矩阵，获取可同时调度的数据流，进行数据调度。所述可同时调度的数据流包括所述更新后的调度矩阵中元素值为0的任意两条数据流。
[0115]
迭代模块90，用于重复获取更新后的调度矩阵，直至所述预调度集中所有数据流的电力业务需求都得到满足。
[0116]
进一步的，所述单元数目获取模块20之后，所述装置还包括：
[0117]
数据流删除模块，用于删除所需的资源基本单元数目大于预设最大资源数目的数据流。
[0118]
进一步的，所述第二调度矩阵获取模块70，包括：
[0119]
冲突图获取单元，用于根据预设规则，获取更新后的冲突图。
[0120]
调度矩阵获取单元，用于根据所述更新后的冲突图，获取更新后的调度矩阵。
[0121]
进一步的，所述第二调度矩阵获取模块70包括：
[0122]
所述第二预设规则为每当一个资源基本单元结束时，判断任意数据流的电力业务需求是否得到满足，若得到满足，将数据流在调度矩阵中的对应元素更新为-1。
[0123]
进一步的，所述第二调度矩阵获取模块70包括还包括：
[0124]
所述第二预设规则包括：每当一条数据流的电力业务需求得到满足时，针对预调度集中任一剩余的数据流，确定调度决策。
[0125]
所述调度决策包括若所述数据流没有被调度过，获取所述数据流与可同时调度的数据流之间的冲突关系，以及获取所述数据流与正在进行调度的数据流之间的冲突关系，更新冲突图。
[0126]
若所述数据流与可同时调度的数据流之间不存在冲突关系，以及所述数据流与正在进行调度的数据流之间不存在冲突关系，对所述数据流进行收益评估。
[0127]
所述收益评估包括判断所述数据流加入调度行列后，是否可以增加当前网络的总吞吐量，所述调度行列包括可同时调度的数据流和正在进行调度的数据流。
[0128]
若所述数据流可以增加当前网络的总吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为0。若所述数据流不能增加当前网络的吞吐量，将所述数据流在调度矩阵中对应的元素更新为-1。
[0129]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0130]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0131]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0132]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0133]
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当
理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。