应用于水利施工现场的计算节点的控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，包括以下步骤：采用定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点；分别获取多个计算节点当前的计算能力，并将计算任务分解，并通过多个计算节点协同处理分解后的计算任务；每个计算节点分别将处理结果发送至中心控制节点；中心控制节点分析每个计算节点的处理结果以对多个计算节点进行控制。本发明的方法充分利用了施工现场各计算节点(如传感器和数据处理单元)的剩余计算能力，可以有效地提升水利施工现场信息化水平。本发明还提供了一种应用于水利施工现场的计算节点的控制系统。
【专利说明】应用于水利施工现场的计算节点的控制方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分布式计算【技术领域】，特别涉及一种应用于水利施工现场的计算节点 的控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着物联网和传感器网络的快速普及，在施工现场中使用传感器网络的情况越来 越多。这些传感器网络被广泛应用于采集温度、湿度、压力、人员位置信息等各种和业务相 关的方面，并且随着管理向数字化、信息化发展，也为其他业务的引入和发展打下了坚实的 基础。但是长期以来，各个网络及其节点各司其职，相互割裂，无法达到普适计算和信息融 合的目的，比如有的CPU采用的是32位的现代CPU，但长期以来占用率在1 %以下，使计算 潜力远远无法发挥，而中心服务器遇到大的计算任务和计算密集型的操作时却超负荷工 作，计算周期过长，影响实时效率决策。
[0003] 但是目前关于上述问题的解决方案极少，有的只是提到了一些浅显的设计，而有 的也只是提出了一点想法，并没有真正的可以被用来开发出一个分布计算的完整方案。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种应用于水利施工现场的计算节点的控制方 法，该方法充分利用了施工现场各计算节点（如传感器和数据处理单元）的剩余计算能力， 可以有效地提升水利施工现场信息化水平。
[0006] 本发明的另一个目的在于提供一种应用于水利施工现场的计算节点的控制系统。
[0007] 为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种应用于水利施工现场的 计算节点的控制方法，包括以下步骤：采用定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节 点；分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述计算任务分解，并通过所述多个 计算节点协同处理分解后的计算任务；每个计算节点分别将处理结果发送至中心控制节 点；所述中心控制节点分析每个计算节点的处理结果以对所述多个计算节点进行控制。
[0008] 另外，根据本发明上述实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法还可 以具有如下附加的技术特征：
[0009] 在一些示例中，所述采用定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点，具体 包括：根据计算节点列表发送轮询请求并启用等待定时器；各计算节点接收所述轮询请 求，估算各自当前的计算能力，并发送至中心控制节点，具体包括：
[0010] Μ = Ν+Ρ1+Ρ2,
[0011] 其中，Μ为计算节点的当前计算能力，Ν为当前CPU占有率，Ρ1为过去一段时间的 CPU占有率，P2为预期将来一段时间的CPU占有率；在所述等待定时器到期前，所述中心控 制节点根据各计算节点当前的计算能力，判断多个计算节点是否可完成计算任务；如果可 以，则将所述多个节点用于完成所述计算任务，否则继续发送轮询请求；当所述等待定时器 到期时，不再等待计算节点的回应，并丢弃超时的回应消息。
[0012] 在一些示例中，所述分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述计算 任务分解，并通过所述多个计算节点协同处理分解后的计算任务，具体包括：设所述多个计 算节点为N个，以及将所述计算任务分解为m个子任务，其中N>M ;将每个子任务发送给对 应的计算节点，并启动超时定时器；定时判断各计算节点是否失效；在所述超时定时器到 期前，接收各计算节点的计算结果。
[0013] 在一些示例中，还包括：采取冗余的策略，同一分解的子任务可以分配到多个计算 节点。
[0014] 在一些示例中，所述各个计算节点之间采用XML格式的通信协议。
[0015] 根据本发明实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，由中心控制节 点发起定期轮询，由潜在参与节点上报各自的剩余计算能力，并根据各节点上报的数据，进 行任务分解，指派到指定节点进行计算，并上报计算结果，最后根据各个节点上报的信息汇 总成最终结果。因此，该方法充分利用了现场的各计算节点（如传感器和数据处理单元） 的剩余计算能力，可以有效地提升水利施工现场信息化水平。
[0016] 本发明第二方面的实施例提供了一种应用于水利施工现场的计算节点的控制系 统，包括：发现模块，所述发现模块用于通过定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节 点；分配模块，所述分配模块用于分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述计 算任务分解，并通过所述多个计算节点协同处理分解后的计算任务；上报模块，所述上报模 块用于传送每个计算节点的处理结果；控制模块，所述控制模块分析每个计算节点的处理 结果以对所述多个计算节点进行控制。
[0017] 另外，根据本发明上述实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统还可 以具有如下附加的技术特征：
[0018] 在一些示例中，所述发现模块通过定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节 点，具体包括：根据计算节点列表发送轮询请求并启用等待定时器；各计算节点接收所述 轮询请求，估算各自当前的计算能力，并发送至控制模块，具体包括：
[0019] Μ = Ν+Ρ1+Ρ2,
[0020] 其中，Μ为计算节点的当前计算能力，Ν为当前CPU占有率，Ρ1为过去一段时间的 CPU占有率，P2为预期将来一段时间的CPU占有率；在所述等待定时器到期前，所述控制模 块根据各计算节点当前的计算能力，判断多个计算节点是否可完成计算任务；如果可以，则 将所述多个节点用于完成所述计算任务，否则继续发送轮询请求；当所述等待定时器到期 时，则所述发现模块不再等待计算节点的回应，并丢弃超时的回应消息。
[0021] 在一些示例中，所述分配模块分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将 所述计算任务分解，并通过所述多个计算节点协同处理分解后的计算任务，具体包括：设所 述多个计算节点为N个，以及将所述计算任务分解为m个子任务，其中N>M ;将每个子任务 发送给对应的计算节点，并启动超时定时器；定时判断各计算节点是否失效；在所述超时 定时器到期前，接收各计算节点的计算结果。
[0022] 在一些示例中，所述分配模块还用于采取冗余的策略，同一分解的子任务可以分 配到多个计算节点。
[0023] 在一些示例中，所述各个计算节点之间采用XML格式的通信协议。
[0024] 根据本发明实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统，由中心控制节 点发起定期轮询，由潜在参与节点上报各自的剩余计算能力，并根据各节点上报的数据，进 行任务分解，指派到指定节点进行计算，并上报计算结果，最后根据各个节点上报的信息汇 总成最终结果。因此，该系统充分利用了现场的个计算节点（如传感器和数据处理单元） 的剩余计算能力，可以有效地提升水利施工现场信息化水平。
[0025] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 ：
[0027] 图1是根据本发明一个实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法的 流程图；
[0028] 图2是根据本发明一个实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法实 现的四个阶段示意图；
[0029] 图3是根据本发明一个实施例的发现阶段的示意图；
[0030] 图4是根据本发明一个实施例的中心控制节点的维护信息模型示意图；以及
[0031] 图5是根据本发明一个实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统的 结构框图。
【具体实施方式】
[0032] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0033] 以下结合附图描述根据本发明实施例应用于水利施工现场的计算节点的控制方 法和系统。
[0034] 图1是根据本发明一个实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法的 流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的应用于水利施工现场的计算节点的控制方 法，包括以下步骤：
[0035] 步骤S101，采用定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点。
[0036] 具体而言，在一些示例中，结合图3所示，该步骤具体包括：
[0037] 步骤1 :根据计算节点列表发送轮询请求并启用等待定时器。换言之，即中心控制 节点按照上次计算维护的计算节点表最近最多用过的（Most Recently Used, MRU)节点列 表，逐次发送轮询请求，并等待计算节点（如记为Nn)回应，并同时开启等待定时器，记为 Tn〇
[0038] 在一些示例中，优选地，节点表采用了链表的形式，其格式如下：
[0039] 链表头，总数节点ID,节点寻址一下一个节点----^链表尾。
[0040] 另外，在一些示例中，中心控制节点维护一张信息表，该表记录了各个计算节点的 情况，包含了逻辑编号和物理编号的对应关系，相应地，对于物理编号失效的计算节点，也 将在信息表里作相应的删除。换言之，节点信息中包含了逻辑编号和物理编号的对应关系， 逻辑编号是指计算节点的ID，物理编号是指计算节点实际的表示，比如对于网卡而言，是 Mac号，相应的，对于物理编号失效的计算节点，也在信息表里做相应的删除。在具体示例 中，通用的消息格式用表格表示如下表1所示：
[0041]
【权利要求】
1. 一种应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 采用定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点； 分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述计算任务分解，并通过所述多 个计算节点协同处理分解后的计算任务； 每个计算节点分别将处理结果发送至中心控制节点； 所述中心控制节点分析每个计算节点的处理结果以对所述多个计算节点进行控制。
2. 根据权利要求1所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，其特征在于， 所述采用定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点，具体包括： 根据计算节点列表发送轮询请求并启用等待定时器； 各计算节点接收所述轮询请求，估算各自当前的计算能力，并发送至中心控制节点，具 体包括： Μ = Ν+Ρ1+Ρ2, 其中，Μ为计算节点的当前计算能力，Ν为当前CPU占有率，Ρ1为过去一段时间的CPU 占有率，P2为预期将来一段时间的CPU占有率； 在所述等待定时器到期前，所述中心控制节点根据各计算节点当前的计算能力，判断 多个计算节点是否可完成计算任务； 如果可以，则将所述多个节点用于完成所述计算任务，否则继续发送轮询请求； 当所述等待定时器到期时，不再等待计算节点的回应，并丢弃超时的回应消息。
3. 根据权利要求1所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，其特征在于， 所述分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述计算任务分解，并通过所述多 个计算节点协同处理分解后的计算任务，具体包括： 设所述多个计算节点为N个，以及将所述计算任务分解为m个子任务，其中N>M ; 将每个子任务发送给对应的计算节点，并启动超时定时器； 定时判断各计算节点是否失效； 在所述超时定时器到期前，接收各计算节点的计算结果。
4. 根据权利要求3所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，其特征在于， 还包括： 采取冗余的策略，同一分解的子任务可以分配到多个计算节点。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制方法，其特 征在于，所述各个计算节点之间采用XML格式的通信协议。
6. -种应用于水利施工现场的计算节点的控制系统，其特征在于，包括： 发现模块，所述发现模块用于通过定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点； 分配模块，所述分配模块用于分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述 计算任务分解，并通过所述多个计算节点协同处理分解后的计算任务； 上报模块，所述上报模块用于上报每个计算节点的处理结果； 控制模块，所述控制模块分析每个计算节点的处理结果以对所述多个计算节点进行控 制。
7. 根据权利要求6所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统，其特征在于， 所述发现模块通过定期轮询以发现可用于计算任务的多个计算节点，具体包括： 根据计算节点列表发送轮询请求并启用等待定时器； 各计算节点接收所述轮询请求，估算各自当前的计算能力，并发送至控制模块，具体包 括： Μ = Ν+Ρ1+Ρ2, 其中，Μ为计算节点的当前计算能力，Ν为当前CPU占有率，Ρ1为过去一段时间的CPU 占有率，P2为预期将来一段时间的CPU占有率； 在所述等待定时器到期前，所述控制模块根据各计算节点当前的计算能力，判断多个 计算节点是否可完成计算任务； 如果可以，则将所述多个节点用于完成所述计算任务，否则继续发送轮询请求； 当所述等待定时器到期时，则所述发现模块不再等待计算节点的回应，并丢弃超时的 回应消息。
8. 根据权利要求6所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统，其特征在于， 所述分配模块分别获取所述多个计算节点当前的计算能力，并将所述计算任务分解，并通 过所述多个计算节点协同处理分解后的计算任务，具体包括： 设所述多个计算节点为N个，以及将所述计算任务分解为m个子任务，其中N>M ; 将每个子任务发送给对应的计算节点，并启动超时定时器； 定时判断各计算节点是否失效； 在所述超时定时器到期前，接收各计算节点的计算结果。
9. 根据权利要求8所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统，其特征在于， 所述分配模块还用于采取冗余的策略，同一分解的子任务可以分配到多个计算节点。
10. 根据权利要求6-9任一项所述的应用于水利施工现场的计算节点的控制系统，其 特征在于，所述各个计算节点之间采用XML格式的通信协议。
【文档编号】G06F9/50GK104243579SQ201410465692
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】林鹏, 李庆斌, 高向友, 胡森映 申请人:清华大学