一种城市燃气管网实时检测系统的制作方法

1.本发明涉及检测领域，具体涉及一种城市燃气管网实时检测系统。


背景技术：

2.城市燃气管网实时检测系统是通过传感器，计算节点，互联网管理平台构成的智能化检测系统。利用互联网技术，实现对压力，流量，密闭空间，燃气泄漏等数据监测，实时记录和分析管网运行情况，保证了城市管网的正常运行。并且通过传感器和计算节点的配合，可以将大部分的检测计算工作，保留在远程端，不需要在网络管理平台和传感器远端之间频繁的传递数据一定程度上缓解了网络资源紧张的问题。
3.但是，现有技术中目前还存在以下问题：由于靠近传感器端的计算节点层承担的主要的计算任务，其需要在传感器配套的存储器中读取数据，并进行相应的计算。因此，当管网规模比较庞大时，需要实时执行的计算任务数量非常对，造成了存储器和计算节点数据传输中的堵塞。一方面，多个计算节点同时读取一个存储节点数据，由于网络堵塞的问题，多个计算节点读取数据效率过低，浪费了计算节点的计算资源，另一方面，一些数据缓存能力或计算能里较弱的计算节点频繁连接存储节点，也容易造成存储节点输出带宽过度分流，降低了存储节点输出数据的效率。
4.因此，需要提供一种城市燃气管网实时检测系统，能够合理的配置存储器和计算节点资源，使得城市燃气管网实时检测系统的数据传输和计算效率做大化。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术存在的以下不足：由于靠近传感器端的计算节点层承担的主要的计算任务，其需要在传感器配套的存储器中读取数据，并进行相应的计算。因此，当管网规模比较庞大时，需要实时执行的计算任务数量非常对，造成了存储器和计算节点数据传输中的堵塞。一方面，多个计算节点同时读取一个存储节点数据，由于网络堵塞的问题，多个计算节点读取数据效率过低，浪费了计算节点的计算资源，另一方面，一些数据缓存能力或计算能里较弱的计算节点频繁连接存储节点，也容易造成存储节点输出带宽过度分流，降低了存储节点输出数据的效率。
6.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
7.一种城市燃气管网实时检测系统，包括传感器层、存储节点层、计算节点层和网络控制平台；传感器层、存储节点层、计算节点层和网络控制平台通过网络实现连接，计算节点层包括多个计算节点和控制器。
8.具体的，多个计算节点与存储节点层和控制器连接，用于根据控制器的指令对存储节点中的数据进行读取，并进行计算，最后将计算结果反馈给控制器。
9.具体的，传感器层包括多种测量传感器。
10.具体的，测量传感器包括：流量测量仪表、温度测量仪表、压力测量仪表。
11.具体的，所述存储节点层包括多个存储节点，用于存储传感器层中多个传感器检
测的实时数据；存储节点层还连接到计算节点层。
12.具体的，控制器连接多个计算节点以及存储节点层的多个存储节点，用于根据网络控制平台的指令向计算节点分发计算任务。
13.具体的，控制器还用于检测存储节点和计算节点网络状态和计算能力。
14.具体的，根据上述存储节点和计算节点网络状态和计算能力状态实现对计算节点的管理。
15.具体的，网络控制平台连接到计算节点层的控制器，其根据总体控制需要向计算节点层下达计算任务。
16.一种基于所述城市燃气管网实时检测系统的监测方法，其通过控制器来实现对计算节点的管理。
17.本技术提供的一种城市燃气管网实时检测系统的有益效果是：合理的配置存储器和计算节点资源，使得城市燃气管网实时检测系统的数据传输和计算效率最大化。
附图说明
18.图1为本技术提供的城市燃气管网实时检测系统的结构示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
20.为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
21.为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
22.本技术提供的城市燃气管网实时检测系统，包括传感器层、存储节点层、计算节点层和网络控制平台。传感器层、存储节点层、计算节点层和网络控制平台通过网络实现连接。
23.其中，传感器层包括多种测量传感器，例如：流量测量仪表、温度测量仪表、压力测量仪表等测量终端设备。上述传感器层测量到的实时数据被传送到存储节点层中。所述存储节点层包括多个存储节点，用于存储传感器层中多个传感器检测的实时数据。存储节点层还连接到计算节点层。
24.所述计算节点层包括控制器和多个计算节点。其中，多个计算节点与存储节点层和控制器连接，用于根据控制器的指令对存储节点中的数据进行读取，并进行计算，最后将计算结果反馈给控制器。
25.计算节点层中的控制器与网络控制平台连接，用于接收其下达的计算任务。控制器连接多个计算节点以及存储节点层的多个存储节点，用于根据网络控制平台的指令向计算节点分发计算任务，控制器还用于检测存储节点和计算节点网络状态和计算能力，并根
据上述存储节点和计算节点网络状态和计算能力状态确定在执行计算任务过程中多个计算节点的组合状态。
26.其中，网络状态包括下列网络参数中的一个或多个，所述网络参数包口：多个存储节点中至少一个的发出数据的拥塞控制窗口值、多个计算节点中至少一个的接收数据的接收窗口值、发出数据的拥塞控制窗口值、数据缓存速度、存储节点和计算节点或者一对计算节点之间的数据传输效率、最大带宽、每个计算节点的计算能力等。
27.上述组合状态包括：中心式组合状态、分布式组合状态或混合式组合状态。其中，中心式组合状态的组态为存储节点将计算所需要的数据传输给一个中心计算节点后，该中心计算节点缓存上述数据后，根据整体计算任务可划分性，将整体计算任务划分为多个子计算任务，并根据上述子计算任务将上述数据划分为至少一个数据块，并将不同的数据块发送给与该中心计算节点连接的其他计算节点，其他计算节点接收数据块后执行相应的子计算，中心计算节点可以执行部分数据块的子计算或者不执行部分数据块的子计算。分布式组合状态的组态为根据整体计算任务可划分性，将根据整体计算任务可划分性，将整体计算任务划分为多个子计算任务，并根据上述子计算任务将上述数据划分为至少一个数据块，存储节点分别将不同的数据块发送给用于执行与数据块对应的子计算任务的计算节点，多个计算节点接收到数据块后，执行各自对应的子计算任务。混合式组合状态的组态为中心式组合状态和分布式组合状态的混合，即对于一个整体的计算任务，根据整体计算任务可划分性，将整体计算任务划分为多个子计算任务，部分子任务通过中心式组合状态的方式进行计算，另一部分子任务通过分布式组合状态的方式进行计算。
28.网络控制平台连接到计算节点层的控制器，其根据总体控制需要向计算节点层下达计算任务。
29.基于上述城市燃气管网实时检测系统，本技术还提供了一种城市燃气管网实时检测方法。具体包括以下步骤：
30.第一步，传感器层采集实时数据，并将其存储至存储器层的相应的计算节点。
31.具体的，上述实时数据包含流量、压力、温度、设计参数、光学参数等。上述传感器层采集的实时数据被实时的传送并存储于存储器层的相应的计算节点。
32.优选的，具有相关传感器的数据可以存储于同一存储节点中，例如位于同一支路下的传感器数据、同一末端的各类不同属性的检测数据、或者同一气站下游的传感器数据可以存储于同一存储节点中。
33.第二步，网络控制平台根据特定的激发条件或计算规则启动至少一个计算任务，并将上述计算任务下发到计算节点层的控制器。
34.具体的，激发条件是指网络控制平台在达到上述激发条件时，需要启动某种运算。例如：在收到特定参数的实时监测值或通过实时检测计算得到的中间值超过预设阈值或达到其他预设条件时，网络控制平台启动对于某项安全性能的计算，并将上述计算任务的计算机程序发送给计算节点层的控制器、或者更优的是，通过发送指令调用预存在计算节点层的控制器内部的计算机程序，从而进一步降低数据传输的总量。
35.第三步，计算节点层控制器根据接收到的计算任务，对该计算任务进行逻辑化最小划分。
36.具体的，计算节点层控制器在接收到计算任务的计算程序后，根据程序逻辑的可
划分性，将其接收到的计算任务的计算程序划分为逻辑上最小的子任务，该逻辑上最小的子任务是指在程序逻辑上已经不可能进行进一步划分的子计算任务，即t＝{t1,
……
,tj}，j≥1。
37.并且，计算节点层控制器根据上述逻辑上最小的子任务的计算程序，查询运行每一个最小的子任务的计算程序所需要的数据量，d＝{d1,
……
,dj}，j≥1。
38.第四步，计算节点层控制器根据计算任务及其对应所需的数据情况，以及根据上述存储节点和计算节点网络状态和计算能力状态确定在执行计算任务过程中多个计算节点的组合状态。
39.其中，第四步具体包括如下步骤：
40.步骤4.1，通过公式d＝min(d
ex1

……
d
exi
)，控制器将计算任务程序划分为至少一个执行任务块t
ex1
，
……
，t
exi
，其中执行任务块t
ex1
，
……
，t
exi
对应的数据分别为：d
ex1
，
……
，d
exi
，其中，d
ex1
＝{d
……
d
a1
}，d
ex2
＝{d
a1 1

……
d
a1 a2
},
……
，d
exi
＝＝{d
a(i-1) 1

……
d
a1 a2
……
ai
}，1≤i≤j，a1 a2
……
ai＝j，a1，a2……
，ai分别表示至少一个执行任务块t
ex1
，
……
，t
exi
中分别包含的最小子任务的数量。
41.通过逻辑划分的最小子任务对应的数据之间往往存在部分数据的重复，因此在划分任务前，通过将总数据量设置的最小的条件，将最小子任务重组，从而获得需要传送数据量最小的执行任务块的划分方式。优选的，由于程序的相关性，仅仅将最小子任务的组合聚类数量进行调整，而不大面积调整其顺序。
42.步骤4.2，确定主计算节点，具体包括：
43.1)建立组态方程，即建立数据总吞吐时间最短以及拥塞窗口探测时间最短的目标组态。
[0044][0045][0046]
其中，m表示计算节点的编号，m＝1～i，t
t
表示传输总时间，t
m-delay
表示d
exm
存储数据的存储节点发送数据的延迟时间，t
cm-delay
表示各个计算节点接收信息后向存储节点反馈信息的延迟时间，d
exm
为该计算节点的执行任务块的数据大小，wm表示d
exm
存储数据的存储节点到该计算节点的可用带宽，rwndm表示该计算节点接收信息的滑动窗口大小，bm表示该计算节点的缓存速度，t
cwnd
表示拥塞窗口探测时间，表示该计算节点拥塞窗口的字节值的历史平均值，ssthresh i表示慢开始门限的初始值。
[0047]
2)将所有的计算节点的上述数据带入组态方程，并通过遗传算法求解上述组态方程。遗传算法具体包括：随机产生一个种群，作为初代解；寻找一种合适的编码方案对种群中的个体进行编码，可以选择如浮点数编码或二进制编码等常用编码方案；以多峰函数的函数值作为个体的适应度，计算种群中每个个体的适应度；根据适应度的高低选择参与繁
衍的父体与母体，选择的原则是适应度越高的个体越可能被选中；对被选出的父体与母体执行遗传操作，即复制父体与母体的基因，并采用交叉、变异等算子产生出子代；第六步：根据一定的准则判断是继续执行算法，还是找出所有子代中适应度最高个体作为解返回并结束程序，根据求解到的计算节点作为主计算节点，并将计算得到的与上述著计算节点对应的执行任务块最为与该主节点对应的执行任务块。
[0048]
步骤4.3选择从属计算节点，具体包括：
[0049]
1)判断各个主节点对应的执行任务块包含的最小子任务的个数x，如果x＝1则判定该主节点使用分布式组合状态，即该主计算节点不需设置从属计算节点，如果x大于1，则执行步骤2)。
[0050]
2)判断是否小于其中，i表示计算节点的编号，t
i-delay
表示计算节点发送信息的延迟时间，t
ci-delay
表示该计算节点接收信息的延迟时间，d
exi
为该计算节点的执行任务块的数据大小，wi表示主计算节点到其他计算节点的平均可用带宽，
rwndi
表示该计算节点发送信息的滑动窗口大小，bi表示该计算节点的缓存速度，k为常数，取值为2-5的整数，pi为该计算节点的理论计算能力表征参数，如果否，则判定该主节点使用分布式组合状态，即该主计算节点不需设置从属计算节点，如果否，则判定该主节点使用中心式组合状态执行步骤3)。
[0051]
3)确定该主计算节点a上分配的执行任务块包括的最小子任务个数x，根据其包括的最小子任务个数x，确定从属节点的个数，选择其他可用节点(未工作或划分任务的节点)中，值最大的前x个计算节点作为该主计算节点a的从属节点。其中，pi为备选计算节点的理论计算能力表征参数，wi为备选计算节点和主计算节点之间的可用带宽，bi为备选计算节点的缓存速度，即节点a和x个从属节点构成中心式组合方式执行计算任务。
[0052]
第五步，控制器根据划分的节点执行任务的组合方式，将执行任务块发送到相应的主计算节点，并将组合方式发送给主计算节点，著计算节点根据组合方式进一步进行计算和或分配数据。
[0053]
本技术提供的一种城市燃气管网实时检测系统的有益效果是：合理的配置存储器和计算节点资源，使得城市燃气管网实时检测系统的数据传输和计算效率最大化。
[0054]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。