文/蘇格曆史
在各種工業現場，可穿戴電子裝置通信終端的應用越來越廣泛，國内外都直接利用了分布式系統的資源，極大地提高了工程師的工作能力和效率。
以可穿戴電子裝置為基礎的通信終端，目前大多數都是以廣播或循環方式擷取負載資訊，該過程占用大量資源，通信效率較低。
對于特殊的環境，更适合采用平衡政策的情況，研究者們對此進行了分析，首先設計了一種嵌入式網絡分布式負載并行任務計算系統，為了提高該系統的容錯性，引入了分布式索引方式來擷取資料，通過設計故障節點檢測機制，優化查詢子產品，提高了使用者查詢效率。
針對可穿戴裝置，還有人提出了一種高速低延遲無線MAC協定。基于應用場景需求，通過名額設計和資料優先機制，降低了系統延遲，對系統的有效性、延遲等名額進行了定量分析，在名額的基礎上進行系統級模型的建立和仿真。
然而，這兩種方法因缺乏移動性和自主性，不僅增加了通信次數，還無法完善負載資訊提取政策為此設計了可穿戴電子裝置通信終端自适應負載均衡系統。
一、系統硬體結構設計
可穿戴電子裝置通信終端是直接穿戴在身上或與使用者的衣服或配件結合使用的便攜式裝置通過軟體支援、資料互動、雲互動等功能，實作了可穿戴電子裝置通信終端的硬體結構設計，如圖1所示：
圖1系統硬體結構框圖
‘1.1伺服器虛拟化子產品伺服器
虛拟化子產品使用了虛拟化技術，通過整合各種計算資源和存儲空間，高效地利用虛拟化技術能夠實作負載均衡。虛拟技術允許終端使用者使用雲計算平台在任意位置和任何終端裝置上提供服務。圖2為伺服器虛拟化子產品結構示意圖。
圖2 伺服器虛拟化子產品
由圖2可知，伺服器虛拟化子產品是系統架構建構和應用研究的重點，能夠實作服務過程、存儲過程以及應用過程的虛拟化。
伺服器虛拟化子產品可為多個伺服器執行個體，其中包括：
1)計算機虛拟化
将一條計算機指令分成四個子權限，在一台機器上通過虛拟機的最高權限運作相關程式問。在沒有權限的虛拟監控過程中，需要截獲計算機指令異常情況，并且允許虛拟監控過程擁有計算機控制權限。
2)存儲器虛拟化
虛拟機螢幕用于保持主機實體位址與其他裝置實體位址間的映射~，該螢幕在虛拟機無法通路主機實體位址時，通過使用一個映射來擷取主機記憶體。
1.2伺服器狀态采集子產品
采用編碼器信号采集裝置，信号采集單元包括至少一個推挽式信号采集子產品和至少一個RS422信号采集子產品，其結構如圖3所示。
圖3 伺服器狀态采集結構
由圖3可知，在編碼器中，信号采集子產品能夠同時或選擇性地從不同編碼器中采集信号，具有較高的可擴充性能。該子產品能夠實作電機轉速信号的就近采集和遠端采集控制，抗幹擾性能較強。
1.1.3負載均衡子產品
可穿戴電子裝置通信終端資料中心通常采用負載均衡的硬體裝置,來實作系統叢集的負載均衡功能。圖4顯示了負載均衡子產品的網絡拓撲結構。
圖4 基于網絡拓撲的負載均衡子產品
由圖4可知，該子產品中使用Linux核心，為客戶機提供應用程式服務。當客戶機向主機發送網絡請求指令時，該子產品會通過應用程式網絡服務層，檢測伺服器的負載，并向性能最好的伺服器發送網絡服務請求
1.4實時性能名額采集子產品
實時性能名額可以測試計算機記憶體大小、可用磁盤空間大小、I/O使用情況以及帶寬使用情況，這些名額能夠為不同伺服器提供參數服務，主要從探針監測子產品、接收子產品以及計時觸發子產品進行分析。
1)探針監測子產品：每個伺服器上都安裝了探針監測子產品，對應不同伺服器上的實時性能名額。
2)接收子產品：在排程程式上安裝接收裝置，可以實時獲得性能名額，主要用于伺服器的回報和接收。
3)計時觸發子產品：計時觸發子產品可以根據設定的頻率發送相應的性能名額，并根據所獲得的指令捕獲系統回報結果。
二、系統軟體部分設計
在分布式系統中，負載平衡可以有效地平衡節點的負載，負載平衡技術可以提高系統性能和資源使用率，降低使用者關注任務的響應時間。
2.1負載均衡處理需求分析
采集可穿戴電子裝置通信終端中的等待響應請求，設nij表示通信終端i中第j類等待響應的請求信号數量；Mi表示可穿戴電子裝置通信終端中等待響應的請求信号數量，描述公式為：
式中，K表示請求次數，m表示伺服器數量。基于此，擷取的可穿戴電子裝置通信終端等待響應請求占總請求的百分比，計算結果如下所示：
式中，Ei表示通信終端等待響應的實際信号數量。
設ωi描述了通信終端硬體性能權重，大小可以根據通信終端的運作性能設定測試軟體。其中Ri表示可穿戴電子裝置通信終端實時性能名額，公式為：
将可穿戴電子裝置通信終端實時性能名額送出到負載均衡子產品中，并将可穿戴電子裝置通信終端中等待響應的請求通知給各個伺服器。
根據目前計算的請求數量，分析通信終端是否需要進行負載均衡處理。當達到設定的閩值時，通信終端拒絕請求反之，則接受請求，并進行負載均衡處理。
2.2自适應負載資訊更新
根據負載均衡處理需求判斷結果，及時對通信終端中的資訊進行負載資訊更新，能夠有效減少資訊的浪費。
當通信節點與其他節點進行資訊互動時，需通過廣播方式傳遞負載信号。在該過程中，不同節點間發送的負載資訊更新數量可表示為：
式中，g表示通信終端節點數量。當該數值足夠大時，大量負載資訊需及時更新，提升通信終端性能。
通過計算的負載資訊更新數量，可設計負載資訊更新流程，如圖5所示。
圖5 自适應負載資訊更新流程
由圖5可知，充分考慮某個節點處于滿負荷工作狀态的情況，認為該節點負載處于最大值，無需再進行負載資訊更新，繼續處理下一個節點，由此完成通信終端的負載均衡處理。
三、實驗分析
向通信終端輸入ID後登入系統，使用者确定目标并擷取相關資料，得到資料後使用者執行相關操作。
表1
選擇區域網路中的10個通信終端，對這10個終端分别編号處理。
在Master上建立主容器，并建立提取通信資訊。Master主機所發送的通信資訊通過伺服器傳遞給其他終端，記錄該過程所耗費的時間。
在上述情況下測試80次，将這80次劃分為8段，每段10次，計算這8段的平均資訊提取時間，結果如圖6所示。
圖6 資訊提取時間分析
由圖6可知，在靜态環境下，每次采集資訊所耗費的時間在前5段号時間波動性較大，而在後3段号時間波動性較小，這說明可穿戴電子裝置通信終端在前期運作過程中穩定性較差，後期比較穩定。
在動态環境下，每次采集資訊所耗費的時間在前3段号與後5段号相比時間波動性較大，後5段号時間波動性基本處于穩定變化狀态在靜态和動态環境下，分别使用前文提出的系統和自适應負載均衡系統，對比分析資訊提取所耗費的時間，結果如圖7所示。
圖7 三種方法資訊提取時間對比分析
由圖7(a)可知，使用文獻方法資訊提取時間波動性較大，而使用所設計系統資訊提取時間波動性較小，甚至比實際平均資訊提取時間更少，2段号下的提取時間為260ms，比實際時間少30ms。
由圖7(b)可知，使用文獻方法資訊提取時間波動性一直不穩定，且波動範圍較廣，而使用所設計系統資訊提取時間波動性非常小，基本一直處于穩定狀态，在1段号下的提取時間為351ms，比實際時間少14ms。
四、結語及啟示
在移動裝置負載資訊提取和資料采集優勢的基礎上，提出了一種可穿戴電子裝置通信終端自适應負載均衡系統的設計方法。
其主要思想是源節點開始提取負載資訊，遷移到可穿戴電子裝置通信的各個節點之間，通過移動互動和資料更新等方式進行資料更新。
将結果傳回到源節點，進而減少了通信時間，節約了系統資源。
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