[发明专利]一种基于边缘计算的低能耗高铁轮对轴温监测及诊断方法

权利要求书

1.一种基于边缘计算的低能耗高铁轮对轴温监测及诊断方法，用于通过数据采集进行轴温诊断的高铁轮对轴温监测系统中，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立边缘计算与云计算结合的模型；

S2：基于步骤S1所建立的模型，将轴温数据分别发送给边缘结点和云计算中心进行计算，以此来监测和诊断轴温数据；高铁轮对轴温监测系统结合边缘结点和云计算中心反馈的计算结果，完成对轴温数据的故障诊断；

步骤S1具体如下：

S1.1：在对高铁轮对进行轴温监测时，将高铁轮对的轴温数据划分为两部分，一部分分配到多个边缘结点进行边缘计算，一部分分配到云计算中心进行云计算；

S1.2：分别计算出边缘计算消耗的能量和数据传输到云计算中心消耗的能量；

S1.3：根据边缘计算消耗的能量和数据传输到云计算中心消耗的能量，建立最小化总能量消耗问题并求解得出最佳的轴温数据分配比例，即最佳的计算任务分配比例；

步骤S1.1中，将一部分轴温数据，即计算任务分配到离数据源较近且计算能力较弱的n个边缘结点进行计算，将另一部分轴温数据，即计算任务分配到计算能力较强但是距离数据源较远的编号为n+1的云计算中心进行计算；

步骤S1.2中，基于边缘结点的计算时延和云计算中心的通信时延，进而得到边缘结点和云计算中心的能量消耗，具体如下：

设轴温数据在n个边缘结点上的计算时延t_i为：

其中，V_i中V₁...V_n为n个边缘结点的计算速率，单位为bit/s；B为轮对进行轴温数据监测诊断时的总计算量，单位为bit；

轴温数据传输到云计算中心的信道为瑞利信道，瑞利分布的概率密度函数p(γ)，其表达式为：

其中，γ为瑞利幅值且γ＞0，σ²为噪声功率；

中断概率为Pr_out，其表达式为：

其中，Pr()表示概率函数，γ₀为截止信道增益对应的信道幅值；

则轴温数据成功传输到编号为n+1的云计算中心的平均传播时延t_n+1为：

其中，α_n+1为分配给云计算中心的计算任务比例；r_n+1为轴温数据传输到编号为n+1的云计算中心的传播速率，单位为bit/s；由于中断概率为Pr_out，因此成功传输的概率为1-Pr_out，轴温数据通过瑞利信道传输到云计算中心的平均速率为单位为bit/s，用V_n+1来表示

建立n个边缘结点的计算能耗表达式L_i为：

L_i＝P_i·α_iB·t_i，i＝1,2,…,n

其中，P_i为第i个边缘结点计算单位比特需要消耗的功率，单位为W/bit；α_i为分配给第i个边缘结点计算的任务比例；t_i为轴温数据在第i个边缘结点上的计算时延，单位为s；

建立数据源传输到编号为n+1的云计算中心能耗表达式L_n+1为：

L_n+1＝P_n+1·α_n+1B·t_n+1

其中，P_n+1为数据源向编号为n+1的云计算中心传播单位比特需要消耗的功率，单位为W/bit；α_n+1为分配给云计算中心的计算任务比例；t_n+1为轴温数据成功传输到编号为n+1的云计算中心的平均传播时延，单位为s。