專利名稱：對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)同步，具體涉及對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的裝置和方法。·
背景技術(shù)：
在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常出現(xiàn)以下數(shù)據(jù)處理要求接收端從多個傳感器接收數(shù)據(jù)包，其中，數(shù)據(jù)包的每個具有同步因子，同步因子通常為指示該數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生時間的時間戳；以及按照同步因子對數(shù)據(jù)包進行同步，即，根據(jù)同步因子順序地輸出這些數(shù)據(jù)包。圖I示出上述情形的一個示例，其中，傳感器I和傳感器2各自獨立地向服務(wù)器(接收端)發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收端按照數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間對接收到的數(shù)據(jù)包進行排序，也就是這里所說的同步。由于網(wǎng)絡(luò)延遲等原因，后發(fā)送的數(shù)據(jù)包可能早于先發(fā)送的數(shù)據(jù)包到達接收端，并且有的數(shù)據(jù)包甚至可能丟失。順便指出，在這里及以下說明的情形中，假設(shè)傳感器I和傳感器2具有一致的時鐘，也就是說，來自不同傳感器的數(shù)據(jù)包中的時間戳指示的時間均參照同一時間軸。對于不同傳感器的時鐘不一致的情況，可以通過現(xiàn)有的時鐘同步方法使其時鐘變得一致。對于圖I所示的情形，由于同步的對象是動態(tài)流數(shù)據(jù)，因此對于同步完成的判斷存在這樣的問題在當前時間點，哪些數(shù)據(jù)包已經(jīng)完全同步了？完全同步是指所有發(fā)送方在這個時間段內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都已經(jīng)到達并完成同步。因此，同步問題涉及以下兩個問題(I)判斷當前時間緩存中哪些數(shù)據(jù)已經(jīng)同步完成(可以被輸出)；(2)對局部數(shù)據(jù)進行動態(tài)同步，即實時排序。關(guān)于對數(shù)據(jù)同步完成的判斷，通常的方法是假設(shè)k個發(fā)送方分別發(fā)送ηι、η2、…、nk個數(shù)據(jù)包，當接收方接收到ηι+η2+…+nk個數(shù)據(jù)包后即認為同步完成。然而在動態(tài)環(huán)境下，由于發(fā)送方的數(shù)據(jù)包是以流的形式發(fā)出的，因此接收方無法獲知發(fā)送方有多少數(shù)據(jù)包需要處理。關(guān)于對數(shù)據(jù)包進行動態(tài)排序的問題，傳統(tǒng)的同步方法是劃定時間窗口，將對動態(tài)數(shù)據(jù)的排序轉(zhuǎn)換為對多組靜態(tài)數(shù)據(jù)分別進行的排序。該方法的一個缺點是時間窗口的選擇難以確定，因為窗口和窗口之間可能存在不同步，例如，由于傳輸延遲，包含在后一窗口中的數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生時間(時間戳指示時間)可能早于包含在前一窗口中的數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生時間。另外，該方法實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)同步的時間、空間效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的裝置和方法，以至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種用于對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的裝置，包括輸入單元，其被配置為從至少兩個傳感器接收帶有時間戳的數(shù)據(jù)包；輸出時間確定單元，其被配置為將每個數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與時延的和確定為數(shù)據(jù)包的最早輸出時間，該時延取決于希望的數(shù)據(jù)包到達率；以及輸出單元，其被配置為在存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包的情況下，按照時間戳指示的時間從早到晚的順序輸出這些未輸出數(shù)據(jù)包。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的方法，包括步驟從至少兩個傳感器接收帶有時間戳的數(shù)據(jù)包；將每個數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與時延的和確定為數(shù)據(jù)包的最早輸出時間，該時延取決于希望的數(shù)據(jù)包到達率；確定是否存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包；如果存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包，則按照時間戳指示的時間從早到晚的順序輸出這些未輸出數(shù)據(jù)包。



參照以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其它細節(jié)。圖I示出接收端從多個傳感器接收數(shù)據(jù)包的一個示例；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的同步裝置100的配置的示意圖；圖3示出通過根據(jù)本發(fā)明實施例的同步裝置對來自兩個傳感器的數(shù)據(jù)包進行同步的示例；圖4是示出數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與接收到數(shù)據(jù)包的時間之間的時間差的概率密度函數(shù)示例的曲線圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的同步裝置200的配置的示意圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的同步裝置300的配置的示意圖；圖7示出同步裝置300中的同步緩存350所使用的兩級哈希表(hash)的示例及其與數(shù)據(jù)緩存340中的數(shù)據(jù)包位置的對應(yīng)關(guān)系；圖8示出同步裝置300中的同步緩存350利用兩級hash存儲數(shù)據(jù)包的示意圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)同步方法的流程圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的數(shù)據(jù)同步方法的流程圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的數(shù)據(jù)同步方法的流程圖；圖12是示出其中實現(xiàn)本發(fā)明的裝置和方法的計算機的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式下面參照

本發(fā)明的實施例。應(yīng)當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的同步裝置100的配置的示意圖。同步裝置100包括輸入單元110、輸出時間確定單元120、輸出單元130和數(shù)據(jù)緩存140。輸入單元110從至少兩個傳感器接收帶有時間戳的數(shù)據(jù)包。接收到的數(shù)據(jù)包被存儲在數(shù)據(jù)緩存140中。數(shù)據(jù)包中包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容例如是由傳感器生成的感測數(shù)據(jù)，而時間戳指示該數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生時間(也就是發(fā)送方發(fā)送該數(shù)據(jù)包的時間)。
當對時間戳指示時間在某一范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)包進行同步時，理想的狀態(tài)是在所有發(fā)送方在該時間段內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都已經(jīng)到達同步裝置的情況下才進行同步(輸出)，也就是完全同步。然而，一方面由于數(shù)據(jù)包傳輸延遲的不確定性，另一方面由于方無法獲知有多少來自發(fā)送方的數(shù)據(jù)包需要同步，因此難以在同步時確定數(shù)據(jù)包的實際到達率。根據(jù)本發(fā)明實施例的同步裝置100的輸出時間確定單元120根據(jù)希望的數(shù)據(jù)包到達率確定時延，將每個數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與所確定的時延相加以得到該數(shù)據(jù)包的最早輸出時間。輸出單元130在數(shù)據(jù)緩存140中存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包的情況下，按照時間戳指示的時間從早到晚的順序輸出這些未輸出數(shù)據(jù)包。輸出單元130可以在每輸入一個輸入數(shù)據(jù)包后檢查是否有滿足輸出條件的數(shù)據(jù)包，也可以按預(yù)定的時間間隔進行輸出操作，或者可以在未輸出數(shù)據(jù)包的數(shù)量達到預(yù)定閾值時執(zhí)行輸出操作。下面結(jié)合圖3的示例說明同步裝置100進行的同步處理。在圖3所示的示例中，同步裝置從兩個傳感器依次接收到數(shù)據(jù)包〈2，v21>、〈1，vn>、〈3，v12>、〈7，v14>、〈4，v22>、〈6，v23>和〈8, v24>0在數(shù)據(jù)包的表示<t, Vij)中，t表示時間戳，Vij表示數(shù)據(jù)內(nèi)容，i表示傳感器的序號，j表示該數(shù)據(jù)包在該傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)流中的序號。例如，〈2，v21>表示時間戳為2的來自傳感器2的第I個數(shù)據(jù)包。為了說明的簡單，本示例中的時間戳值為整數(shù)，并且未注明單位，而實際的時間戳值可以具有任意的數(shù)據(jù)精度和單位(例如，毫秒)。輸出時間確定單元120根據(jù)希望的數(shù)據(jù)到達率確定時延，例如，輸出時間確定單元120可以取某一嘗試值作為時延的初始值，使用該時延對數(shù)據(jù)包進行同步，并確定實際的數(shù)據(jù)包到達率。通過比較實際數(shù)據(jù)包達到率與希望的數(shù)據(jù)包到達率，對時延進行調(diào)整，直至得到希望的數(shù)據(jù)到達率。在圖3的例子中，在要進行同步的當前時刻(時間軸上的坐標11)，時間戳值小于等于5的數(shù)據(jù)包滿足輸出條件，而在接收到的數(shù)據(jù)包中滿足該條件的為〈2，v21>、〈1，vn>、〈3，v12>和〈4，v22>。因此，輸出單元130按照時間戳由早到晚的順序輸出數(shù)據(jù)包〈1，vn>、〈2，v21>、〈3，v12>和〈4，v22>，從而完成對這些數(shù)據(jù)包的同步。
由于在進行本次同步時傳感器I的數(shù)據(jù)包〈5，V13>還未到達同步裝置，因此在本次同步時，在滿足條件的時間段內(nèi)從發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)包并未全部到達同步裝置，本次同步的實際數(shù)據(jù)到達率為80%。當希望達到更高的數(shù)據(jù)到達率時，輸出時間確定單元120可以增大時延，例如，可以將時延確定為7。仍以圖3所示的情形為例，當時延為7時，時間戳值小于等于4的數(shù)據(jù)包滿足輸出條件。因此輸出單元130按照時間戳由早到晚的順序輸出數(shù)據(jù)包〈1，vn>、〈2，v21>、〈3，v12>和〈4，v22>，從而完成對這些數(shù)據(jù)包的同步。由于在同步時滿足輸出條件的數(shù)據(jù)包已全部到達同步裝置，因此本次同步的數(shù)據(jù)到達率為100%。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，同步裝置100的輸出時間確定單元120根據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸延遲的概率密度函數(shù)，按照希望的數(shù)據(jù)包到達率確定時延。數(shù)據(jù)包的傳輸延遲是指該數(shù)據(jù)包的時間戳指示時間(即發(fā)送方發(fā)送該數(shù)據(jù)包的時間)與輸入單元110接收到該數(shù)據(jù)包的時間之間的時間差?？赡艿膫鬏斞舆t分布包括正態(tài)分布、二項式分布、泊松分布等。根據(jù)一個具體實施例，傳輸延遲的概率函數(shù)具有下式所表不的正態(tài)分布
權(quán)利要求
1.一種用于對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的裝置，包括 輸入單元，其被配置為從至少兩個傳感器接收帶有時間戳的數(shù)據(jù)包； 輸出時間確定単元，其被配置為將每個所述數(shù)據(jù)包的所述時間戳指示的時間與時延的和確定為所述數(shù)據(jù)包的最早輸出時間，所述時延取決于希望的數(shù)據(jù)包到達率；以及 輸出單元，其被配置為在存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包的情況下，按照時間戳所指示的時間從早到晚的順序輸出所述未輸出數(shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述輸出時間確定單元根據(jù)數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與所述輸入?yún)g元接收到所述數(shù)據(jù)包的時間之間的時間差的概率密度函數(shù)，按照希望的數(shù)據(jù)包到達率確定所述時延。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述輸出時間確定單元根據(jù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)先確定所述概率密度函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括更新単元，其被配置為如果同步過程中對于數(shù)據(jù)包到達的預(yù)測的失誤率高于預(yù)定閾值，則根據(jù)所同步的數(shù)據(jù)包的所述時間差來更新所述概率密度函數(shù)。
5.根據(jù)前述任ー權(quán)利要求所述的裝置，還包括同步緩存，所述同步緩存利用兩級哈希表來存儲所述數(shù)據(jù)包，其中，一級哈希表對應(yīng)于所存儲的數(shù)據(jù)包的時間戳的值的起始值，ニ級哈希表對應(yīng)于所存儲的數(shù)據(jù)包的時間戳的值的偏移量。
6.一種對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的方法，包括步驟 從至少兩個傳感器接收帶有時間戳的數(shù)據(jù)包； 將每個所述數(shù)據(jù)包的所述時間戳指示的時間與時延的和確定為所述數(shù)據(jù)包的最早輸出時間，所述時延取決于希望的數(shù)據(jù)包到達率； 確定是否存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包； 如果存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包，則按照時間戳指示的時間從早到晚的順序輸出所述未輸出數(shù)據(jù)包。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，根據(jù)數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與接收到所述數(shù)據(jù)包的時間之間的時間差的概率密度函數(shù)，按照希望的數(shù)據(jù)包到達率確定所述時延。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)先確定所述概率密度函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括步驟 如果同步過程中對于數(shù)據(jù)包到達的預(yù)測失誤率高于預(yù)定閾值，則根據(jù)所同步的數(shù)據(jù)包的所述時間差來更新所述概率密度函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的方法，其中，利用兩級哈希表來存儲所述數(shù)據(jù)包，其中，一級哈希表對應(yīng)于所存儲的數(shù)據(jù)包的時間戳的值的起始值，ニ級哈希表對應(yīng)于所存儲的數(shù)據(jù)包的時間戳的值的偏移量。
全文摘要
一種對來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行同步的裝置和方法。該裝置包括輸入單元，其被配置為從至少兩個傳感器接收帶有時間戳的數(shù)據(jù)包；輸出時間確定單元，其被配置為將每個數(shù)據(jù)包的時間戳指示的時間與時延的和確定為數(shù)據(jù)包的最早輸出時間，該時延取決于希望的數(shù)據(jù)包到達率；以及輸出單元，其被配置為在存在最早輸出時間早于當前時間的未輸出數(shù)據(jù)包的情況下，按照時間戳指示的時間從早到晚的順序輸出這些未輸出數(shù)據(jù)包。
文檔編號H04L1/16GK102857333SQ20111019023
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者葛付江, 夏迎炬, 孟遙, 于浩, 賈文杰, 賈曉建 申請人:富士通株式會社