基于边缘计算的智能融合终端多协议通信方法及系统与流程

本发明涉及数字信息传输，具体涉及一种基于边缘计算的智能融合终端多协议通信方法及系统。

背景技术：

1、智能融合终端是配电台区中承担数据汇聚、就地计算与通信转发的边缘计算设备。在一个典型的台区里，它向下经若干种互不相同的通信协议接入多种从设备：经一种规约接入低压智能断路器，取其分合闸位置与遥测量；经另一种规约接入若干只电能表，取其电能量与负荷曲线；再经其他规约接入无功补偿装置、环境监测单元乃至充电桩等。这些从设备来自不同厂商，接口、波特率、报文格式与召测规约各不相同，融合终端并不能同时与它们对话，而只能在同一条对外的采集信道上，分时地逐个与之交互，把各从设备的数据逐批采集上来，再汇聚上送。

2、从设备所提供的数据，其重要程度与更新的迫切程度相差悬殊。断路器的保护动作信息、遥控返校这一类数据，直接关系到线路安全与操作的正确性，一旦产生就应尽快取得；电能计量、负荷曲线一类数据，按相对固定的间隔采集即可满足计量与分析所需；而环境温湿度、装置自检状态一类数据，其变化舒缓，更新得慢一些也无妨。倘若把这些轻重缓急悬殊的数据不加区分地一律看待，把本就紧张的信道时间平均地分配给每一个从设备，那么真正要紧的数据，就很可能被大量次要数据的采集所延误。

3、更为棘手的是，融合终端对外的采集信道，其时间是有限的。经一种通信协议完成对一个从设备一类数据的一次采集，须先后经历发送请求报文、等待从设备处理并回送、接收响应报文这样一个来回，占用一段不可忽略的信道时间；而不同协议一次交互的报文字节数、不同从设备响应的快慢，又相差很大--有的协议报文短、从设备应答快，有的协议报文长、从设备应答慢。当接入的从设备数目一多，若仍照一张固定的次序表周而复始地逐个召测，巡遍一遍所有从设备所耗的时间便被拉得很长，那些排在次序表靠后位置的关键数据，其获取时刻便被排在前面的次要数据一再推迟。

4、为应对多协议接入，现有的一类做法着力于协议适配，即在边缘侧对收到的报文做协议识别与解析，辨明接入的到底是何种规约、如何把该规约的报文翻译成统一的数据模型。这类做法解决的是把异构报文读懂的问题，是多协议融合的基础，却并不回答另一个问题：在多个已经接入、都等着被采的从设备之间，这一轮到底先采谁、后采谁、有限的信道时间该分给谁。另一类做法则是对各从设备做固定周期的轮询，即按预先排定的次序表一圈一圈地召测。这种做法把每个从设备一视同仁，既不考量数据的轻重，也不考察各次采集当下的迫切，一旦某一圈里靠前的几次采集偏巧耗时长了，靠后的关键数据便被迫顺延，及时性无从谈起。也有做法为从设备一次性排定静态的高低次序，高者恒先、低者恒后，然而这种静态次序同样不随各任务实时的迫切程度而变：一个静态优先级不高、却已很久没被采到、早该更新的任务，在静态次序下依旧排在后面，无法获得采集的机会。

5、事实上，编排采集先后所需要的信息，融合终端本就掌握在手。每一项采集任务经的是哪种通信协议、采的是哪个从设备的哪类数据，这类数据本应多久更新一次、上一次成功把它采到又是在什么时候，融合终端均已掌握；各协议一次交互往返的报文有多少字节、各从设备以往应答的快慢，融合终端也完全能够就地统计。尚缺乏一套办法，把这些本就在手的信息用起来，据以在每一轮里当场判定采集的先后。为此，需要一种能够在信道时间有限、多种协议的从设备并发接入的情形下，按数据的重要程度与当下的迫切程度就地编排采集先后、从而优先保障关键数据及时性的通信方法。

技术实现思路

1、针对现有智能融合终端对多协议从设备或按固定周期轮询、或按静态次序召测，既不区分数据轻重、又不体察各次采集实时迫切程度，以致信道时间有限时关键数据难以及时获取的问题，本发明提供一种基于边缘计算的智能融合终端多协议通信方法及系统，在有限的信道时间内按业务优先级与时效紧迫程度就地编排采集，把采集机会优先给到既重要又迫切的采集任务，优先保障关键数据的及时性。

2、为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种基于边缘计算的智能融合终端多协议通信方法，该智能融合终端经不同通信协议接入多个从设备，该方法包括如下步骤s1至步骤s6。

3、步骤s1，为该智能融合终端对各从设备的采集任务分别配置业务优先级和数据刷新周期，该采集任务用于经对应通信协议采集对应从设备的一类数据，并将各采集任务的上次成功采集时刻的初始值设为该智能融合终端的启动时刻。步骤s2，在每一调度轮次，计算各采集任务的时效亏欠度，该时效亏欠度为当前时刻与该采集任务上次成功采集时刻之差相对该数据刷新周期的比值。步骤s3，依据各采集任务的业务优先级和时效亏欠度，计算各采集任务的调度评分。步骤s4，依据各从设备所用通信协议的报文字节数和历史响应时延，预估各采集任务的单次采集耗时。步骤s5，在本调度轮次的信道时间预算内，按调度评分的递减顺序依次选取采集任务加入本轮采集序列，直至剩余信道时间不足以容纳所选采集任务的单次采集耗时。步骤s6，按该采集序列经对应通信协议对相应从设备执行采集，并将成功采集的采集任务的上次成功采集时刻更新为当前时刻。

4、在一种实现方式中，计算该时效亏欠度时，以当前时刻与该采集任务上次成功采集时刻之差作为该采集任务的已等待时间，以该已等待时间与该数据刷新周期的比值作为该时效亏欠度。在一种实现方式中，计算该调度评分时，为各采集任务按其业务优先级配置对应的优先级权重，以该采集任务的优先级权重与其时效亏欠度之积作为该采集任务的调度评分。在一种实现方式中，预估该单次采集耗时时，以该采集任务对应通信协议的一次交互的请求与响应报文字节数之和除以对应通信链路的传输速率得到传输时间，以该从设备的历史响应时延的稳健统计值作为等待时间，以该传输时间与该等待时间之和作为单次采集耗时。

5、在一种实现方式中，以该调度轮次的持续时间减去为突发任务预留的时间，作为该调度轮次的信道时间预算。在一种实现方式中，将遥控或保护动作类的采集任务配置为突发任务，在生成突发任务时，将该突发任务插入当前采集序列的首位并顺延本轮其余采集任务。在一种实现方式中，对支持主动上报的从设备订阅其主动上报，在一个数据刷新周期内已收到该从设备的主动上报时本周期不再对其执行召测，未收到时将对其召测作为采集任务纳入调度。

6、本发明第二方面提供一种基于边缘计算的智能融合终端多协议通信系统，包括任务配置模块、亏欠度计算模块、评分计算模块、耗时预估模块、序列编排模块和采集执行模块。任务配置模块用于为各采集任务配置业务优先级和数据刷新周期并将其上次成功采集时刻初始化为终端启动时刻；亏欠度计算模块用于在每一调度轮次计算各采集任务的时效亏欠度；评分计算模块用于依据业务优先级和时效亏欠度计算调度评分；耗时预估模块用于依据报文字节数和历史响应时延预估单次采集耗时；序列编排模块用于在信道时间预算内按调度评分递减选取采集任务加入采集序列；采集执行模块用于按采集序列执行采集并更新上次成功采集时刻。本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

7、本发明的有益效果如下。其一，本发明以时效亏欠度刻画各采集任务已等待时长相对其自身数据刷新周期的比值，把刷新周期长短悬殊的各采集任务当下的迫切程度，换算到了同一把尺子上、变成了彼此可比的量度，再结合业务优先级算得调度评分，使得数据的重要程度与更新的迫切程度这两个此前难以一并权衡的因素，得以统一到一个分值里加以比较。其二，本发明依据各协议报文字节数与历史响应时延预估单次采集耗时，并在信道时间预算内按调度评分递减依次选取采集任务编排采集序列，从而在有限的信道时间里，把宝贵的采集机会优先分配给评分靠前、也就是既重要又迫切的采集任务，克服了固定轮询与静态次序把关键数据一再顺延、等不来采集机会的弊病，优先保障了关键数据的及时性。其三，由于本发明可将遥控、保护动作类任务配置为突发任务并插入序列首位抢先执行，又可对支持主动上报的从设备以主动上报替代召测，本发明还能就地响应突发的实时性需求、并省去不必要的召测，进一步把腾出的信道时间用于其余采集。其四，上述计算与编排均在边缘侧就地完成，所依据的信息又都是终端本就掌握或能够统计的，实施本发明主要是在终端软件中增设编排算法，几乎不增加硬件成本，便把多协议采集从固定轮询推进到了按优先级与时效动态编排。