一种基于CPU预测温度的采集终端负载调控方法、模块与流程

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种基于cpu预测温度的采集终端负载调控方法、模块和系统。

背景技术：

1、采集终端是一种集配电台区供用电信息采集、电能表或采集终端数据收集、设备状态监测及通讯组网、就地化分析决策、协同计算等功能于一体的智能化融合终端设备。该设备的硬件采用平台化设计，支持边缘计算框架，能够以软件定义的方式实现功能灵活扩展，因而具有强大的数据采集和数据处理能力。随着新能源分布电网发电设备的并网和用户新增电力需求的多样化，配电台区的运行状态日趋复杂，这使得采集终端的采集任务与更加繁重和多样化。

2、现有采集终端中的cpu通常采用和通用计算机相似的微处理芯片，因此采集终端对工作环境的温度具有较高要求。采集终端的cpu在高频运行状态下容易发热，在高温条件下，这会导致芯片的内部温度超过工作温度，从而损坏芯片或导致采集设备宕机，影响各项采集任务的正常开展，进而影响台区管理的安全性。现有终端会通过加装温度监测芯片对cpu环境温度进行测量，并根据监测结果对采集终端进行降频或停机，这虽然可以降低采集终端的损坏风险，但是也会影响采集任务的正常开展，此外，这种加装cpu温度检测芯片的方案会产生较高的旧设备改造成本，因此并不实用。

技术实现思路

1、为了解决现有高温环境和大量复杂的采集任务容易导致采集终端发生宕机或损坏的问题，本发明提供一种基于cpu预测温度的采集终端负载调控方法、模块和系统。

2、本发明采用以下技术方案实现：

3、一种基于cpu预测温度的采集终端负载调控方法，其包括如下步骤：

4、s1：通过传感器实时测量采集终端的环境温度et和环境湿度hu；并将环境温度et作为采集终端的静态温度ts。

5、s2：根据当前的环境温度μt和环境湿度hu查询得到一个预先标定的与当前温湿度相关的负载升温函数fet～hu(ut)。

6、s3：获取采集终端cpu的运行负载率ut，并根据负载升温函数fet～hu(ut)计算当前采集终端的动态温度td：

7、td＝fet～hu(ut)。

8、s4：根据如下的采集终端运行温度模型计算设备的实时预测温度值tt：

9、tt＝ts+td。

10、s5：获取预设的温度阈值tmax，判断实时预测温度值tt是否超出温度阈值tmax：

11、(1)是则通过降低终端任务数量或降低终端运行主频的方式被动降低采集终端的运行负载率。

12、(2)否则保持采集终端cpu当前的运行负载率和采集任务执行策略。

13、s6：在采集终端运行负载率被动降低后，通过下式计算采集终端的最大允许升温幅度δtmax：

14、δtmax＝tmax-ts。

15、s7：查询负载升温函数fet～hu(ut)的反函数get～hu(t)，并根据最大允许升温幅度δtmax计算得到最大运行负载率utmax

16、utmax＝get～hu(δtmax)。

17、s8：根据最大运行负载率对采集终端的后续任务进行错峰分配，以保证并行处理的多个采集任务的总运行负载率不高于最大运行负载率。

18、作为本发明进一步的改进，步骤s1中，环境温度et和环境湿度hu通过采集终端自身的温湿度传感器测量得到，对于未安装温湿度传感器的采集终端，则在采集终端外新增温湿度传感器，并上传温湿度传感器的检测结果。

19、作为本发明进一步的改进，步骤s2中，采集终端中的负载升温函数fet～hu(ut)的标定方法如下：

20、s01：根据采集终端设备参数中的理论工作温度和湿度确定的测试过程的环境温度et和环境湿度hu上下限。

21、s02：按照预设的间隔幅度将环境温度et和环境湿度hu划分为n和m个分段。

22、s03：选择各个分段的中值，组合为n×m个包含温度和湿度值的测试条件，并生成对应的任务列表。

23、s04：选择任务列表中的第1个测试任务，并通过如下过程获得对应的负载升温函数fet～hu(ut)：

24、s041：将采集终端测试环境的温度和湿度调整至预设的测试条件。

25、s042：记录采集终端在空闲状态下的cpu表面温度，将其作为当前测试条件下的基础温度t0。

26、s043：以预设的运行负载率增幅向采集终端增加并行采集任务，并记录每个运行负载率状态下运行3min以后cpu表面温度的温度增量δt：

27、温度增量δt＝当前温度-基础温度t0。

28、s044：根据测试得到的若干个相互关联的运行负载率和温度增量的数据对(ut，δt)，拟合出表征当前测试条件下运行负载率和温度增量间映射关系的函数，即：

29、fet～hu(ut)。

30、s05：依次选择任务列表中的其余各项测试任务，重复执行步骤s041～s044，直至获得所有测试条件对应的表征运行负载率和温度增量间映射关系的函数。

31、作为本发明进一步的改进，步骤s02任务列表生成过程中，环境温度ct以5℃为间隔进行分段；环境湿度hu以10℃rh为间隔进行分段。

32、作为本发明进一步的改进，步骤s043中，预设的运行负载率增幅为5％或10％，cpu表面温度的检测结果精确至小数点后1位。

33、作为本发明进一步的改进，步骤s5中，当触发被动降低运行负载率的状态时，将采集终端cpu的运行负载率降低至50％以下。

34、作为本发明进一步的改进，步骤s8中，采集终端允许并行处理的采集任务数n满足如下表达式：

35、

36、上式中，ut0表示采集终端在空闲状态下的运行负载率；ut(i)表示第i个采集任务在采集终端的cpu中运行时产生的运行负载率。

37、本发明还包括一种基于cpu预测温度的采集终端负载调控模块，其采用如前述的基于cpu预测温度的采集终端负载调控方法，对采集终端中cpu的运行负载率进行调控，以避免所述采集终端因过热而宕机，该型基于cpu预测温度的采集终端负载调控模块包括：通信模块和处理模块。

38、通信模块与采集终端和主站服务器通信连接。处理模块中包括数据采集单元、存储单元、查询单元、计算单元、判断单元和交互单元。数据采集单元用于实时获取采集终端当前工作的环境温度和环境湿度，以及cpu的实时运行负载率。存储单元中存储有预先标定的不同温湿度等级条件下的负载升温函其反函数。存储单元中还存储有每个采集任务对应的运行负载率。查询单元用于从存储单元中获取当前温度和湿度条件下的负载升温函其反函数，以及待处理的采集任务对应的运行负载率。计算单元用于先根据环境温度和运行负载率计算出实时预测温度；再根据实时预测温度和温度阈值计算出采集的cpu的最大运行负载率。判断单元用于判断计算出的实时预测温度是否大于温度阈值，并根据判断结果向采集终端的cpu发出被动降低运行负载的指令。交互单元用于将最大运行负载率和待处理的采集任务对应的运行负载率上传给主站服务器，并接受主站服务器的任务分配指令。

39、主站服务器根据接受到的数据，对待处理的采集任务重新进行错峰分配，以保证并行处理的多个采集任务的总运行负载率不高于最大运行负载率。

40、作为本发明进一步的改进，本发明提供的基于cpu预测温度的采集终端负载调控模块中还包括温度传感器和湿度传感器，二者安装在采集装置上，并与所述处理模块电连接。

41、本发明还包括一种基于cpu预测温度的采集终端负载调控系统，其包括如前述的基于cpu预测温度的采集终端负载调控模块以及主站服务器。基于cpu预测温度的采集终端负载调控模块采用如前述的基于cpu预测温度的采集终端负载调控方法，生成采集终端cpu的最大运行负载率和待处理的采集任务对应的运行负载率，并上传值至主站服务器，主站服务器根据接受到的数据，对待处理的采集任务重新进行错峰分配，以保证并行处理的多个采集任务的总运行负载率不高于最大运行负载率。

42、本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

43、本发明提供的方案预先对采集终端在不同温湿度条件下的cpu温度随运行负载率的变化进行标定，得到负载升温函数。然后在采集终端运行过程中将环境温度作为静态温度，将cpu随运行负载率动态变化的升温幅度作为动态温度，并将二者的融合温度作为采集终端运行过程的预测温度。最后通过调整cpu中采集任务执行策略的方式保证预测温度不高于预设的温度阈值。其中，在采集终端的任务调控过程中，本发明还根据标定负载升温函数的反函数来计算出采集终端在不同环境温度下允许正常工作的运行负载率。以保证采集终端始终处于最佳的工作状态，防止在高温多任务状态下，防止采集终端宕机或损坏。

44、本发明提供的方案可以外接在现有老旧设备上，也可以嵌入式安装在新型设备中，实用性高，适应性广，适合进行大规模推广应用。