鄒梓秀

(福州理工學(xué)院，福建 福州 350506)

社會的發(fā)展，交互式網(wǎng)絡(luò)信息具有多樣化、復(fù)雜化特征，對網(wǎng)絡(luò)信息的獲取與傳輸造成一定的影響。傳統(tǒng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)雖然能夠區(qū)分信息大小流，但是忽略對應(yīng)急信息的收益和位置的更新，導(dǎo)致交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度效果不理想，存在應(yīng)急調(diào)度信息少的問題。為解決這一問題，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計中，以保證交互式網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、有序運行。

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別、傳感器網(wǎng)絡(luò)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中。因此，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)中，具有重要的應(yīng)用意義。

此次設(shè)計從提高應(yīng)急信息調(diào)度系統(tǒng)的信息調(diào)度量角度出發(fā)，首先設(shè)計了系統(tǒng)硬件，主要包括微控制器、微處理器和通信芯片，然后設(shè)計系統(tǒng)軟件，主要建立基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度模型，并將調(diào)度時間作為評價調(diào)度算法的重要性指標，最后計算適應(yīng)度函數(shù)，完成基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度。實驗對比結(jié)果表明，在相同調(diào)度時間內(nèi)，此次設(shè)計的系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)的信息調(diào)度量多，具有一定的實際應(yīng)用意義。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過物聯(lián)網(wǎng)感知、處理交互式網(wǎng)絡(luò)信息中的重點信息，將其中的每項業(yè)務(wù)匯聚到該系統(tǒng)中，具體的基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖1可知，交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括三層，最上層為應(yīng)用層[1]，主要對系統(tǒng)中的信息管理與監(jiān)控；中間層為感知層，該層中主要包括系統(tǒng)硬件部分，為系統(tǒng)提供信息感知功能；底層為數(shù)據(jù)庫，該層能夠?qū)⒑Ａ康慕换ナ骄W(wǎng)絡(luò)信息快速存儲與分析，是此次系統(tǒng)設(shè)計中的核心部分。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 微控制器設(shè)計

此次選擇SPCE061A型號微控制器[2]，該控制器內(nèi)置32K字Flash，2K字SRAM，CPU時鐘最高達49，具有32位I/O端口，2路D/A轉(zhuǎn)換，8路A/D轉(zhuǎn)換，和14個中斷源，其結(jié)構(gòu)框如圖2所示：

圖2 SPCE061A結(jié)構(gòu)框圖

該微控制器主要負責與微處理器相連，一方面將微處理器的信息傳輸?shù)较到y(tǒng)中進行實時計算[3]，另一方面將計算信息傳回到微控制器的芯片組[4]中，進行后續(xù)操作。

2.2 微處理器設(shè)計

由于交互式網(wǎng)絡(luò)信息較多，因此需要選擇數(shù)據(jù)處理能力和控制能力強大的微處理器作為系統(tǒng)的核心。選擇TI公司的OMAP-L138DSP，該芯片具有以下特點：

第一，具有雙核結(jié)構(gòu)以及300MHz的單位內(nèi)核頻率，能夠為系統(tǒng)提供高強度的實時處理計算能力；

第二，內(nèi)部存儲器[5]資源豐富，具有16KB的L1程序Cache和16KB的數(shù)據(jù)Cache，能夠為系統(tǒng)提供高效、高速的數(shù)據(jù)共享功能，可以被ARM核、DSP核以及片外存儲器訪問；

第三，外設(shè)資源豐富，可接16bit SDRAM，還包含一個EMIFA口，3個UART接口；2個SPI接口、4個64位通用定時器，能夠為系統(tǒng)提供通信設(shè)備的接口功能；

第四，低功耗，該芯片內(nèi)核電壓為1.2V，在深度睡眠下，功耗僅有6mW。

2.3 通信芯片設(shè)計

采用APC3通信芯片，為系統(tǒng)提供與其他系統(tǒng)的通信功能。該芯片功耗低并具有更快報文響應(yīng)時間，支持Intel、Freescale和ARM微處理器接口[6]，同時該芯片中集成1.5k雙口RAM，作為該芯片與處理器之間的數(shù)據(jù)接口。支持最大通信速率為12Mbit/s，并支持波特率自動檢測功能，工作電壓為3.3V，封裝形式為PQFP44。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

在上述交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)硬件設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，設(shè)計系統(tǒng)軟件。針對交互式網(wǎng)絡(luò)信息類型的多樣性，利用物聯(lián)網(wǎng)[7]獲得交互式網(wǎng)絡(luò)信息，并給每個信息塊J分配一個動態(tài)的等待時間閾值Ti，等待時間閾值Ti隨著交互網(wǎng)絡(luò)信息的執(zhí)行速度以及云計算分析下網(wǎng)絡(luò)因素、節(jié)點因素等的動態(tài)變化自動調(diào)整[8]，在此基礎(chǔ)上，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度數(shù)學(xué)模型，將其表示為：

(1)

除此之外，在基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度中，需要考慮調(diào)度時間[9]需求，將其表達為：

(2)

基于交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度模型，通過優(yōu)化粒子算法[10]實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的云計算分析下交互式網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度，調(diào)度過程如圖3所示：

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度過程

基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度過程如圖3所示。假設(shè)有a個數(shù)據(jù)塊，r個資源，s個粒子，則任務(wù)i的位置可以表示為：

(3)

在此基礎(chǔ)上，將任務(wù)i完成的時間作為評價調(diào)度算法的重要性指標，得到適應(yīng)度函數(shù)[11]為：

(4)

公式(4)中，f(i)代表調(diào)度任務(wù)的隨機數(shù)，Tu代表在交互式網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度過程中的隨機變量，Ei代表加速系數(shù)，d代表種群的最優(yōu)解。

為提高調(diào)度速度，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)值大小給定每個粒子一定大小的選擇概率[12]，對選擇出來的粒子進行變異操作，操作后產(chǎn)生的更新方程為：

ω(t)=fs(m)+s

(5)

公式(5)中，ω(t)代表子粒子位置，fs代表調(diào)度過程中的最大迭代次數(shù)，m代表交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度過程中的控制因子，s代表慣性權(quán)重。

根據(jù)上述定義，提高調(diào)度模型的精度，實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度。

4 實驗對比

為驗證此次設(shè)計系統(tǒng)的有效性，需要進行相關(guān)的實驗分析，此次實驗的軟件環(huán)境為Matlab 7.0，硬件環(huán)境為：Intel CPU 3.0GHz，實驗配置如圖4所示：

圖4 實驗配置

實驗數(shù)據(jù)由數(shù)字協(xié)調(diào)器采集，并將實驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，由相關(guān)實驗人員做預(yù)處理分析后產(chǎn)生預(yù)處理數(shù)據(jù)、觀測日志等相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.1 實驗樣本準備

在上述實驗配置中設(shè)定實驗的信息塊數(shù)量為50-100，計算節(jié)點數(shù)目為6個。同時，為了使實驗結(jié)果更直觀，將傳統(tǒng)的信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)與此次設(shè)計的信息調(diào)度系統(tǒng)對比，設(shè)定7個調(diào)度時間，對比7次對比過程中，兩個系統(tǒng)的信息調(diào)度量。

4.2 實驗結(jié)果分析

在上述實驗環(huán)境與實驗樣本準備完成的基礎(chǔ)上進行實驗，傳統(tǒng)系統(tǒng)與此次設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度系統(tǒng)的對比結(jié)果如表1所示：

表1 實驗對比結(jié)果

對比實驗結(jié)果可知，在調(diào)度時間為0.5小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.09T；在調(diào)度時間為1小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.16T；在調(diào)度時間為1.5小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.31T；在調(diào)度時間為2小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.25T；在調(diào)度時間為2.5小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.4T；在調(diào)度時間為3小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.5T；在調(diào)度時間為3.5小時，此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)度量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多0.4T。

綜合實驗對比結(jié)果可知，此次設(shè)計的系統(tǒng)在7個不同的調(diào)度時間上的調(diào)度量均比傳統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)度量多。因此，通過上述實驗?zāi)軌蜃C明此次設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)的有效性，具有一定的實際應(yīng)用意義。

結(jié)語

此次設(shè)計建立了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)，經(jīng)實驗證明，此次設(shè)計的系統(tǒng)能夠支撐交互式網(wǎng)絡(luò)信息方式下達、調(diào)度聯(lián)絡(luò)、應(yīng)急指揮等調(diào)度指揮協(xié)作工作。實現(xiàn)了應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)的自動化、綜合化、集中化、智能化發(fā)展，同時能夠提高對交互式網(wǎng)絡(luò)信息運行工作實時監(jiān)控能力和調(diào)度運行狀態(tài)信息的展現(xiàn)力度，能夠提高各級系統(tǒng)調(diào)配資源和指令下達的工作效率，實現(xiàn)了交互式網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)急調(diào)度業(yè)務(wù)的高度融合，具有一定的實際應(yīng)用意義。