基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統設計

鄒梓秀

(福州理工學院，福建 福州 350506)

社會的發展，交互式網絡信息具有多樣化、復雜化特征，對網絡信息的獲取與傳輸造成一定的影響。傳統的交互式網絡信息應急調度系統雖然能夠區分信息大小流，但是忽略對應急信息的收益和位置的更新，導致交互式網絡信息應急調度效果不理想，存在應急調度信息少的問題。為解決這一問題，將物聯網應用到交互式網絡信息應急調度系統設計中，以保證交互式網絡穩定、有序運行。

物聯網是指通過射頻識別、傳感器網絡、紅外感應器、全球定位系統等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤和管理的一種網絡，已經被廣泛應用到各行各業中。因此，將物聯網應用到交互式網絡信息應急調度系統中，具有重要的應用意義。

此次設計從提高應急信息調度系統的信息調度量角度出發，首先設計了系統硬件，主要包括微控制器、微處理器和通信芯片，然后設計系統軟件，主要建立基于物聯網的交互式網絡信息應急調度模型，并將調度時間作為評價調度算法的重要性指標，最后計算適應度函數，完成基于物聯網的交互式網絡信息應急調度。實驗對比結果表明，在相同調度時間內，此次設計的系統比傳統系統的信息調度量多，具有一定的實際應用意義。

1 基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統結構

通過物聯網感知、處理交互式網絡信息中的重點信息，將其中的每項業務匯聚到該系統中，具體的基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統結構如圖1所示：

圖1 基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統結構

由圖1可知，交互式網絡信息應急調度系統結構主要包括三層，最上層為應用層[1]，主要對系統中的信息管理與監控；中間層為感知層，該層中主要包括系統硬件部分，為系統提供信息感知功能；底層為數據庫，該層能夠將海量的交互式網絡信息快速存儲與分析，是此次系統設計中的核心部分。

2 基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統硬件設計

2.1 微控制器設計

此次選擇SPCE061A型號微控制器[2]，該控制器內置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轉換，8路A/D轉換，和14個中斷源，其結構框如圖2所示：

圖2 SPCE061A結構框圖

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到系統中進行實時計算[3]，另一方面將計算信息傳回到微控制器的芯片組[4]中，進行后續操作。

2.2 微處理器設計

由于交互式網絡信息較多，因此需要選擇數據處理能力和控制能力強大的微處理器作為系統的核心。選擇TI公司的OMAP-L138DSP，該芯片具有以下特點：

第一，具有雙核結構以及300MHz的單位內核頻率，能夠為系統提供高強度的實時處理計算能力；

第二，內部存儲器[5]資源豐富，具有16KB的L1程序Cache和16KB的數據Cache，能夠為系統提供高效、高速的數據共享功能，可以被ARM核、DSP核以及片外存儲器訪問；

第三，外設資源豐富，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，能夠為系統提供通信設備的接口功能；

第四，低功耗，該芯片內核電壓為1.2V，在深度睡眠下，功耗僅有6mW。

2.3 通信芯片設計

采用APC3通信芯片，為系統提供與其他系統的通信功能。該芯片功耗低并具有更快報文響應時間，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據接口。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 基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統軟件實現

在上述交互式網絡信息應急調度系統硬件設計完成的基礎上，設計系統軟件。針對交互式網絡信息類型的多樣性，利用物聯網[7]獲得交互式網絡信息，并給每個信息塊J分配一個動態的等待時間閾值Ti，等待時間閾值Ti隨著交互網絡信息的執行速度以及云計算分析下網絡因素、節點因素等的動態變化自動調整[8]，在此基礎上，建立基于物聯網的交互式網絡信息應急調度數學模型，將其表示為：

(1)

除此之外，在基于物聯網的交互式網絡信息調度中，需要考慮調度時間[9]需求，將其表達為：

(2)

基于交互式網絡信息應急調度模型，通過優化粒子算法[10]實現基于物聯網的云計算分析下交互式網絡信息調度，調度過程如圖3所示：

圖3 基于物聯網的交互式網絡信息應急調度過程

基于物聯網的交互式網絡信息應急調度過程如圖3所示。假設有a個數據塊，r個資源，s個粒子，則任務i的位置可以表示為：

(3)

在此基礎上，將任務i完成的時間作為評價調度算法的重要性指標，得到適應度函數[11]為：

(4)

公式(4)中，f(i)代表調度任務的隨機數，Tu代表在交互式網絡信息調度過程中的隨機變量，Ei代表加速系數，d代表種群的最優解。

為提高調度速度，根據適應度函數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代表調度過程中的最大迭代次數，m代表交互式網絡信息應急調度過程中的控制因子，s代表慣性權重。

根據上述定義，提高調度模型的精度，實現基于物聯網的交互式網絡信息應急調度。

4 實驗對比

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

圖4 實驗配置

實驗數據由數字協調器采集，并將實驗數據傳輸到數據庫，由相關實驗人員做預處理分析后產生預處理數據、觀測日志等相關數據。

4.1 實驗樣本準備

在上述實驗配置中設定實驗的信息塊數量為50-100，計算節點數目為6個。同時，為了使實驗結果更直觀，將傳統的信息應急調度系統與此次設計的信息調度系統對比，設定7個調度時間，對比7次對比過程中，兩個系統的信息調度量。

4.2 實驗結果分析

在上述實驗環境與實驗樣本準備完成的基礎上進行實驗，傳統系統與此次設計的基于物聯網的交互式網絡信息調度系統的對比結果如表1所示：

表1 實驗對比結果

對比實驗結果可知，在調度時間為0.5小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.09T；在調度時間為1小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.16T；在調度時間為1.5小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.31T；在調度時間為2小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.25T；在調度時間為2.5小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.4T；在調度時間為3小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.5T；在調度時間為3.5小時，此次設計的系統的調度量比傳統系統的調度量多0.4T。

綜合實驗對比結果可知，此次設計的系統在7個不同的調度時間上的調度量均比傳統系統的調度量多。因此，通過上述實驗能夠證明此次設計的基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統的有效性，具有一定的實際應用意義。

結語

此次設計建立了一套基于物聯網的交互式網絡信息應急調度系統，經實驗證明，此次設計的系統能夠支撐交互式網絡信息方式下達、調度聯絡、應急指揮等調度指揮協作工作。實現了應急調度系統的自動化、綜合化、集中化、智能化發展，同時能夠提高對交互式網絡信息運行工作實時監控能力和調度運行狀態信息的展現力度，能夠提高各級系統調配資源和指令下達的工作效率，實現了交互式網絡信息應急調度業務的高度融合，具有一定的實際應用意義。