物联网大数据系统中汇聚层嵌入系统的软件模型分析_刘平.pdf
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1、为了提高物联网大数据系统在处理海量数据时的效率和性能,减少系统资源的消耗,同时提高系统的可靠性、稳定性和可维护性,研究了物联网大数据系统中汇聚层嵌入系统的软件模型优化策略。通过对嵌入系统软件的数据接口、数据算法、服务模式进行模型优化,充分优化数据传输过程和数据处理过程。仿真分析发现,该模型在差动保护、逻辑压板接地、远程闭锁测试中的响应周期比硬件系统独立软件响应周期提升了、,比常规硬件布局响应周期提升了、,可知此模型的优化过程充分缩短了系统响应周期,且对嵌入系统硬件占用率、物联网带宽占用率、中央数据机房核心交换机占用率有充分优化效果。关键词:大数据;嵌入系统;软件模型;物联网;仿真分析中图分类号
2、:文献标志码:文章编号:()(,):,:;();实现物联网技术需要在每个数据采集探头处布置嵌入系统,即“微电脑”系统。早期的嵌入系统主要基于单片机或可编程控制器(,)技术,但在国内工业芯片厂商推动下,嵌入系统的计算核心、主频、动态存储、高速缓存等硬件配置已经与高端手机相当,美国谷歌的 系统和中国军工的 系统等也为嵌入系统提供了极大的开发自由度。但嵌入系统应用于大数据体系下仍有一定的局限性,本研究重点探讨在此局限性制约下,嵌入系统如何利用软件技术、互联网技术、物联网技术等充分服务大数据体系,使嵌入系统在物联网大数据系统中发挥最大的效能。嵌入系统的一般架构当前的通用嵌入系统,用于运行嵌入软件,其动
3、态存储器容量一般达到 ,前端总线频率可以达到.以上,通用处理器核心数量一般达到 年第 期刘刘平平:物物联联网网大大数数据据系系统统中中汇汇聚聚层层嵌嵌入入系系统统的的软软件件模模型型分分析析个以上,浮点处理器核心数量一般达到 个以上,可擦写存储器容量达到 甚至。因为大部分物联网探头内置嵌入系统的配置远低于该设定,所以一般针对 组探头设置 个通用嵌入系统。本嵌入系统与物联网中央网桥设备通过光纤网络或移动网络实现互联,经过中央网桥与大数据中央机房实现数据交互,如图 所示。图 物联网大数据系统一般模式及本研究范畴边界图 中,每个物联网探头均会配置专门的数据接口设备,这些数据接口设备为低配置的嵌入系统
4、(含嵌入硬件和嵌入软件)。经过数据汇聚接口后,所有数据汇入本嵌入系统中。嵌入系统硬件及软件用于区域数据初步整合,实现分布式计算,并实现与中央大数据机房的数据互通。嵌入系统经过网络接口,使用光纤链路或无线链路将数据汇总到物联网网桥系统中,进而接入中央交换机。经过上述系统模式统一管理,当前物联网系统形成了一整套分级别数据回路,如图 所示。图 物联网分级别数据回路模式由图 可以看出,在当前技术条件下,物联网系统一般服务于控制自动化系统,而自动化控制一般分为 个数据回路:)由探头系统直接驱动执行机构,或由探头系统经过 控制器简单逻辑直接控制执行机构,被称作电磁保护动作;)探头组经过本地数据接口低配嵌入
5、系统进行初步数据融合,一般采用决策矩阵或决策树算法,根据本地探头综合数据或本地探头时序及差值数据进行数据分析,从而实现本地逻辑保护动作;)多个数据接口数据汇总到本嵌入系统中,经过更丰富的数据来源和相对复杂的数据分析过程,一般涉及到简单神经网络分析、蚁群分布式计算、离群分析、回归分析及曲线估计分析等,作出多探头组的联动保护动作;)本嵌入系统将数据汇总到中央机房后,经过中央机房强大算力的支持,返回嵌入系统的配置信息,实现数据挖掘决策,本数据挖掘决策过程可以使用全功能的复杂机器学习算法,实现全面数据治理。嵌入系统的一般数据模型经过上述分析,本系统的数据输入方向共有 个:)来自管理物联网区域内所有数据
6、接口系统上报的数据信息,主要为探头的时序测量结果数据和执行机构开关位置、阀门位置数据;)来自中央机房的反馈信息,既包括经过中央机房挖掘的数据信息,也有经过专门设计的其他嵌入系统虚拟直通的相关探头数据信息。其数据输出方向共有 个:)面向管理物联网区域内执行机构发送开关动作和阀门动作指令信息;)面向中央机房报送探头数据信息,包括用于数据深度挖掘的信息、经过中央机房转发用于其他嵌入系统数据分析用途的转发信息。上述数据输入输出结构如图 所示。图 嵌入系统输入输出数据通道模型嵌入系统的直连硬件链路向上至中央机房物联网网桥,向下至物联网管理范围内的各个数据接口设备,但其逻辑链路共有 组,具体逻辑连接属性在
7、前文已经充分论述,现汇总到表 中。成都工业学院学报:第 卷表 嵌入系统数据逻辑链路结构链路编号发送方接收方中间转发数据用途探头组嵌入系统数据接口探头时序数据执行机构组嵌入系统数据接口开关量 阀门量嵌入系统执行机构组 数据接口动作指令嵌入系统数据仓库网桥、核心交换机监控数据嵌入系统平行嵌入系统网桥、核心交换机数据虚拟通道平行嵌入系统嵌入系统网桥、核心交换机数据虚拟通道计算中心嵌入系统核 心 交 换机、网桥配置指令 嵌入系统的接收数据包括、,发送数据包括、,其内部数据处理模型包含多个模块,包括时序数据管理、离群数据提取、简单数据挖掘等。一般模型下,内部数据处理模块如图 所示。图 嵌入系统内部数据处
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