[发明专利]一种能耗可调的高铁转向架孪生数据分配方法

说明书

一种能耗可调的高铁转向架孪生数据分配方法，包括如下步骤：建立边缘计算与云计算结合的数据处理模型：将高铁转向架孪生数据划分为两部分，按照最小化能耗的原则将这两部分数据分别分配到边缘结点和云计算中心；基于建立的数据处理模型，计算出边缘计算与云计算分别产生的能量消耗，进而得到总的能量消耗，计算出能量消耗最小时高铁转向架孪生数据的分配比例；根据计算获得的分配比例划分高铁转向架孪生数据，并且将对应部分的孪生数据分别发送给边缘结点和云计算中心进行计算。本发明通过引入能耗调节参数，控制高铁转向架孪生数据分配过程中的能耗，有利于充分发挥边缘计算和云计算各自优势，实现能耗可调的计算任务分配。

技术领域

本发明属于高铁转向架监测、数字孪生数据分配、边缘计算、云计算、工业互联网、网络资源管理等技术领域，具体涉及一种能耗可调的高铁转向架孪生数据分配方法。

背景技术

近年来，数字孪生以其能够实现物理世界和现实世界交互融合的特点受到国内外广泛关注，通过执行任务前对物理实体与孪生体的充分训练，使孪生体具有能够较为准确地反映物理实体运行状态的能力，从而实现对物理实体的有效监控。孪生数据有效的分配，可以使得物理实体和数字孪生体交互性强、可靠性高，从而对物理实体的故障诊断、预测性维护以及健康管理等提供有效途径。对孪生数据的分配有很多方法，本发明提出一种能耗可调的孪生数据分配方法，以最小化数据分布式计算的总能耗。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种能耗可调的高铁转向架孪生数据分配方法，以最小化数据分布式计算的能量消耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种能耗可调的高铁转向架孪生数据分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立边缘计算与云计算结合的数据处理模型：将高铁转向架孪生数据划分为两部分，按照最小化能耗的原则将这两部分数据分别分配到边缘结点和云计算中心，即云平台、云端；

步骤2：基于步骤1建立的数据处理模型，计算出采用边缘计算与云计算分别产生的能量消耗，进而得到总的能量消耗，计算出能量消耗最小时高铁转向架孪生数据的分配比例；

步骤3：根据步骤2计算获得的分配比例划分高铁转向架孪生数据，并且将对应部分的孪生数据分别发送给边缘结点和云计算中心进行计算。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述步骤1中，边缘结点分配的计算量占孪生数据总计算量A的比例为ω，ω∈[0，1]，云计算中心分配到的计算量比例为1-ω。

进一步地，所述步骤2中，计算出采用边缘计算与云计算分别产生的能量消耗，因边缘结点靠近数据采集源，即数据源，忽略数据源到边缘结点的通信时延；因云计算中心的计算能力无限大，忽略云计算中心的计算时延；具体如下：

设边缘结点的计算时延为T_e，如下所示：

其中，A为孪生数据总计算量，单位为bit，v₀是边缘结点CPU的计算速度，单位为bit/s；

数据传输到云计算中心的传输信道为瑞利衰落信道，瑞利分布的概率密度函数p(γ)，表达式如下所示：

其中，γ为瑞利幅值，σ²为噪声功率；

中断概率为Pr_out，如下所示：

其中，Pr(.)表示概率函数，γ₀为截止信道增益对应的信道幅值，σ²为噪声功率；