基于物联网的交互式网络信息应急调度系统设计

邹梓秀

(福州理工学院，福建 福州 350506)

社会的发展，交互式网络信息具有多样化、复杂化特征，对网络信息的获取与传输造成一定的影响。传统的交互式网络信息应急调度系统虽然能够区分信息大小流，但是忽略对应急信息的收益和位置的更新，导致交互式网络信息应急调度效果不理想，存在应急调度信息少的问题。为解决这一问题，将物联网应用到交互式网络信息应急调度系统设计中，以保证交互式网络稳定、有序运行。

物联网是指通过射频识别、传感器网络、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪和管理的一种网络，已经被广泛应用到各行各业中。因此，将物联网应用到交互式网络信息应急调度系统中，具有重要的应用意义。

此次设计从提高应急信息调度系统的信息调度量角度出发，首先设计了系统硬件，主要包括微控制器、微处理器和通信芯片，然后设计系统软件，主要建立基于物联网的交互式网络信息应急调度模型，并将调度时间作为评价调度算法的重要性指标，最后计算适应度函数，完成基于物联网的交互式网络信息应急调度。实验对比结果表明，在相同调度时间内，此次设计的系统比传统系统的信息调度量多，具有一定的实际应用意义。

1 基于物联网的交互式网络信息应急调度系统结构

通过物联网感知、处理交互式网络信息中的重点信息，将其中的每项业务汇聚到该系统中，具体的基于物联网的交互式网络信息应急调度系统结构如图1所示：

图1 基于物联网的交互式网络信息应急调度系统结构

由图1可知，交互式网络信息应急调度系统结构主要包括三层，最上层为应用层[1]，主要对系统中的信息管理与监控；中间层为感知层，该层中主要包括系统硬件部分，为系统提供信息感知功能；底层为数据库，该层能够将海量的交互式网络信息快速存储与分析，是此次系统设计中的核心部分。

2 基于物联网的交互式网络信息应急调度系统硬件设计

2.1 微控制器设计

此次选择SPCE061A型号微控制器[2]，该控制器内置32K字Flash，2K字SRAM，CPU时钟最高达49，具有32位I/O端口，2路D/A转换，8路A/D转换，和14个中断源，其结构框如图2所示：

图2 SPCE061A结构框图

该微控制器主要负责与微处理器相连，一方面将微处理器的信息传输到系统中进行实时计算[3]，另一方面将计算信息传回到微控制器的芯片组[4]中，进行后续操作。

2.2 微处理器设计

由于交互式网络信息较多，因此需要选择数据处理能力和控制能力强大的微处理器作为系统的核心。选择TI公司的OMAP-L138DSP，该芯片具有以下特点：

第一，具有双核结构以及300MHz的单位内核频率，能够为系统提供高强度的实时处理计算能力；

第二，内部存储器[5]资源丰富，具有16KB的L1程序Cache和16KB的数据Cache，能够为系统提供高效、高速的数据共享功能，可以被ARM核、DSP核以及片外存储器访问；

第三，外设资源丰富，可接16bit SDRAM，还包含一个EMIFA口，3个UART接口；2个SPI接口、4个64位通用定时器，能够为系统提供通信设备的接口功能；

第四，低功耗，该芯片内核电压为1.2V，在深度睡眠下，功耗仅有6mW。

2.3 通信芯片设计

采用APC3通信芯片，为系统提供与其他系统的通信功能。该芯片功耗低并具有更快报文响应时间，支持Intel、Freescale和ARM微处理器接口[6]，同时该芯片中集成1.5k双口RAM，作为该芯片与处理器之间的数据接口。支持最大通信速率为12Mbit/s，并支持波特率自动检测功能，工作电压为3.3V，封装形式为PQFP44。

3 基于物联网的交互式网络信息应急调度系统软件实现

在上述交互式网络信息应急调度系统硬件设计完成的基础上，设计系统软件。针对交互式网络信息类型的多样性，利用物联网[7]获得交互式网络信息，并给每个信息块J分配一个动态的等待时间阈值Ti，等待时间阈值Ti随着交互网络信息的执行速度以及云计算分析下网络因素、节点因素等的动态变化自动调整[8]，在此基础上，建立基于物联网的交互式网络信息应急调度数学模型，将其表示为：

(1)

除此之外，在基于物联网的交互式网络信息调度中，需要考虑调度时间[9]需求，将其表达为：

(2)

基于交互式网络信息应急调度模型，通过优化粒子算法[10]实现基于物联网的云计算分析下交互式网络信息调度，调度过程如图3所示：

图3 基于物联网的交互式网络信息应急调度过程

基于物联网的交互式网络信息应急调度过程如图3所示。假设有a个数据块，r个资源，s个粒子，则任务i的位置可以表示为：

(3)

在此基础上，将任务i完成的时间作为评价调度算法的重要性指标，得到适应度函数[11]为：

(4)

公式(4)中，f(i)代表调度任务的随机数，Tu代表在交互式网络信息调度过程中的随机变量，Ei代表加速系数，d代表种群的最优解。

为提高调度速度，根据适应度函数值大小给定每个粒子一定大小的选择概率[12]，对选择出来的粒子进行变异操作，操作后产生的更新方程为：

ω(t)=fs(m)+s

(5)

公式(5)中，ω(t)代表子粒子位置，fs代表调度过程中的最大迭代次数，m代表交互式网络信息应急调度过程中的控制因子，s代表惯性权重。

根据上述定义，提高调度模型的精度，实现基于物联网的交互式网络信息应急调度。

4 实验对比

为验证此次设计系统的有效性，需要进行相关的实验分析，此次实验的软件环境为Matlab 7.0，硬件环境为：Intel CPU 3.0GHz，实验配置如图4所示：

图4 实验配置

实验数据由数字协调器采集，并将实验数据传输到数据库，由相关实验人员做预处理分析后产生预处理数据、观测日志等相关数据。

4.1 实验样本准备

在上述实验配置中设定实验的信息块数量为50-100，计算节点数目为6个。同时，为了使实验结果更直观，将传统的信息应急调度系统与此次设计的信息调度系统对比，设定7个调度时间，对比7次对比过程中，两个系统的信息调度量。

4.2 实验结果分析

在上述实验环境与实验样本准备完成的基础上进行实验，传统系统与此次设计的基于物联网的交互式网络信息调度系统的对比结果如表1所示：

表1 实验对比结果

对比实验结果可知，在调度时间为0.5小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.09T；在调度时间为1小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.16T；在调度时间为1.5小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.31T；在调度时间为2小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.25T；在调度时间为2.5小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.4T；在调度时间为3小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.5T；在调度时间为3.5小时，此次设计的系统的调度量比传统系统的调度量多0.4T。

综合实验对比结果可知，此次设计的系统在7个不同的调度时间上的调度量均比传统系统的调度量多。因此，通过上述实验能够证明此次设计的基于物联网的交互式网络信息应急调度系统的有效性，具有一定的实际应用意义。

结语

此次设计建立了一套基于物联网的交互式网络信息应急调度系统，经实验证明，此次设计的系统能够支撑交互式网络信息方式下达、调度联络、应急指挥等调度指挥协作工作。实现了应急调度系统的自动化、综合化、集中化、智能化发展，同时能够提高对交互式网络信息运行工作实时监控能力和调度运行状态信息的展现力度，能够提高各级系统调配资源和指令下达的工作效率，实现了交互式网络信息应急调度业务的高度融合，具有一定的实际应用意义。