CN114584552A - 面向分布式ct文件传输的调度方法、***、设备及介质 - Google Patents

面向分布式ct文件传输的调度方法、***、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了面向分布式CT文件传输的调度方法、***、设备及介质，结合医院CT数据接入云端集群后的实际传输需求，从CT任务优先级的角度和CT任务传输调度的角度提出了更加高效的优化方法，考虑短作业优先调度算法又考虑动态优先权机制，同时考虑医院及任务的优先级，在业务最优化的同时满足了时间约束的任务调度；本发明.提高了高优先级医院及高优先级任务的文件传输调度效率，提升了***整体响应时间，有效的避免了普通文件传输任务的长期得不到服务，大大提高的短传输任务的调度效率，提升了用户体验。

Description

面向分布式CT文件传输的调度方法、***、设备及介质
技术领域
本发明涉及大数据、云计算以及互联网医疗领域，具体为面向分布式CT文件传输的调度方法、***、设备及介质。
背景技术
分布式CT中的单次原始扫描文件数据量大(单个文件约1.8GB大小)，传输时间长，1.8GB大小的文件在1Gbps带宽下传输需要14.4秒，在500Mbps带宽下需要28.8秒，因此需要对传输任务进行调度处理。
分布式CT中的文件传输任务的调度不仅受到整个集群资源(可用服务器及可用带宽)的约束，也受到CT终端的业务约束以及时间约束。例如，当不同医院、不同科室的多个CT同时扫描CT需要传输到云端时，在资源受限的情况下，如何根据多种约束(如重症优先、急诊优先等)达到业务最优。此时，如果仅采用一般的FIFO策略或其他调度策略显然是不可行的。
分布式CT现已成为医学影像领域极具颠覆性的解决方案。其跨地域、分布式的将CT机扫描后的原始数据上传到云端进行管理和计算,凭借云端统一的存储资源、计算资源、智能算法来解耦传统高度集成的CT设备，从而实现线下扫描，云端计算的新模式。分布式CT实质性的解决了传统单机CT***硬件成本高、先进算法更新难度大、数据分散难以支持影像大数据技术应用等诸多难题，同时为国家倡导的“分级医疗”提供高端医疗装备关键核心技术，使之成为缓解百姓“看病难、看病贵”等社会矛盾的有效技术途径。
在分布式CT中，传统CT设备退化成了仅包含扫描功能的数据采集终端，所有的存储和计算都上置于云端来完成。云端计算集群对CT机的原始数据进行分布式接入和归一化管理，通过动态的资源协调机制，将独立的CT任务重组、编排，在满足基本的时间约束、资源约束等指标前提下将各个任务调度执行，保证各任务都能有序的运行在分布式云资源环境中。
然而，CT数据的云端管理和计算与以往的分布式应用不同，由于单次CT扫描的数据容量大，传输时间长。因此，当云端资源带宽受限、数据接入频繁时，往往会造成传输任务的大规模拥塞和长时间排队，最终导致计算结果不能及时反馈给一线医师，严重影响了诊断的时效性。
传统的计算集群遇到此类性能瓶颈时，通常对集群硬件及带宽进行横向扩容以增加集群容量及带宽，同时，通过人工干预来保证某些任务的执行优先级。但是，随着接入CT设备的持续增多，大量数据持续不断的从不同医院(甲级医院、社区医院等)、不同科室(急诊科、重症科、检验科等)提交到集群时，传输任务的排队拥塞现象往往频繁且不可避免，纯粹的硬件投入和人工干预不能从根本上解决问题。此时，若不对传输任务调度方法进行优化，会造成个别紧急任务排队时间过长，重症、急诊等任务不能立即获得集群资源被执行，这显然不符合医院对集群的响应需求。总之，脱离了医疗行业CT扫描业务本身的传统文件传输调度方法在分布式CT中都是不适用的。
传统的技术存在的缺点如下：
1.现有的文件传输方式主要涉及大量小数据的传输。而分布式CT单次扫描数据容量大，传输时间长，这往往会造成服务器接受文件的瓶颈。
2.现有的文件传输任务调度器方法往往就是简单的FIFO先来先服务调度方法，这种方法简单粗暴，无法处理优先级的问题，而且对短任务不友好。而分布式CT中的任务不仅与集群资源相关，同时需要满足业务最优为基本原则，因此，通常的文件传输调度方法在分布式CT中都不适用的。
基于传统的文件传输调度方法，不仅会造成分布式CT传输服务器拥塞，同时也会造成多任务调度方式不合理。
发明内容
针对现有技术文件传输处理方法应用到分布式CT平台中存在诸多不足的问题，本发明提供面向分布式CT文件传输的调度方法、***、设备及介质，该方法即考虑短作业优先调度算法又考虑动态优先权机制，同时考虑医院及任务的优先级，在业务最优化的同时满足了时间约束的任务调度。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种面向分布式CT文件传输的调度方法，包括如下步骤：
CT端数据传输终端传输Agent接收或发现CT生成的新RAW数据，并通过http请求给服务端传输控制中心进程CC上报新任务，获得传输动作指令，依据指令进行数据传输；
服务端传输控制中心进程CC接收CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求，分配与服务端控制中心进程CC对接的服务端传输服务CS，并将传输命令返回至CT端数据传输终端传输Agent；
服务端数据传输服务CS接收总控进程的传输指令以获得传输动作指令，接收CT端数据传输终端传输Agent所传输的数据后将数据保存在分布式并行存储***中，在云端将RAW文件转换成调度程序可以处理的中间文件，并反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输。
优选的，服务端控制中心进程CC通过文件传输优先级计算方法将所接收的CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求分配对接至服务端传输服务CS。
优选的，文件传输优先级计算方法的步骤包括如下：
S1，记录每个传输任务的等待时间；
S2，计算得到每个传输任务的传输时间；
S3，计算优先级系数；
S4，计算响应比；
S5，对响应比进行排序，选取在响应比中最大值调度。
进一步的，响应比的计算公式如下：
rr＝(wt+rt)/rt*pu；
其中，rr为响应比；wt为每个传输任务等待时间；rt为每个传输任务的传输时间；pu为优先级系数。
优选的，获得传输动作指令后将指令通过SCP命令进行数据传输。
优选的，云端反馈服务端控制中心进程CC完成文件传输时，带有反馈信息，其中反馈信息包括全局唯一的任务ID和文件保存路径，以及从CT端数据传输终端传输Agent传输过来的CT参数。
进一步的，所述CT参数包括患者信息和CT扫描参数。
一种面向分布式CT文件传输的调度***，包括：
数据传输终端传输Agent，用于CT端数据传输终端传输Agent接收或发现CT生成的新RAW数据，并通过http请求给服务端传输控制中心进程CC上报新任务，获得传输动作指令，依据指令进行数据传输；
服务端传输控制中心进程CC，用于服务端传输控制中心进程CC接收CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求，分配与服务端控制中心进程CC对接的服务端传输服务CS，并将传输命令返回至CT端数据传输终端传输Agent；
服务端数据传输服务CS，用于服务端数据传输服务CS接收总控进程的传输指令以获得传输动作指令，接收CT端数据传输终端传输Agent所传输的数据后将数据保存在分布式并行存储***中，在云端将RAW文件转换成调度程序可以处理的中间文件，并反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述面向分布式CT文件传输的调度方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述面向分布式CT文件传输的调度方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种面向分布式CT文件传输的调度方法，结合医院CT数据接入云端集群后的实际传输需求，从CT任务优先级的角度和CT任务传输调度的角度提出了更加高效的优化方法，考虑短作业优先调度算法又考虑动态优先权机制，同时考虑医院及任务的优先级，在业务最优化的同时满足了时间约束的任务调度；本发明.提高了高优先级医院及高优先级任务的文件传输调度效率，提升了***整体响应时间，有效的避免了普通文件传输任务的长期得不到服务，大大提高的短传输任务的调度效率，提升了用户体验。
附图说明
图1为本发明中面向分布式CT文件传输的调度方法的流程图；
图2为本发明中文件传输***原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明一个实施例中，针对现有技术问题，结合分布式CT中的多样性应用服务需求(如体检检查，急诊检查，重症检查等)以及分布式CT数据和任务的具体特征(单个文件数据量大，传输时间长)，将高优先级优先调度算法和高相比优先调度算法想结合，提供了一种面向分布式CT文件传输的调度方法，该方法为支持优先级的高响应比优先任务调度方法，即考虑短作业优先调度算法又考虑动态优先权机制，同时考虑医院及任务的优先级，在业务最优化的同时满足了时间约束的任务调度。
具体的，该面向分布式CT文件传输的调度方法，如图1和图2所示，包括如下步骤：
CT端数据传输终端传输Agent接收或发现CT生成的新RAW数据，并通过http请求给服务端传输控制中心进程CC上报新任务，获得传输动作指令，依据指令进行数据传输；
服务端传输控制中心进程CC接收CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求，分配与服务端控制中心进程CC对接的服务端传输服务CS，并将传输命令返回至CT端数据传输终端传输Agent；
服务端数据传输服务CS接收总控进程的传输指令以获得传输动作指令，接收CT端数据传输终端传输Agent所传输的数据后将数据保存在分布式并行存储***中，在云端将RAW文件转换成调度程序可以处理的中间文件，并反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输。
具体的，服务端传输控制中心进程CC通过文件传输优先级计算方法将所接收的CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求分配对接至服务端传输服务。
文件传输优先级计算方法的步骤包括如下：
S1，记录每个传输任务的等待时间；
S2，计算得到每个传输任务的传输时间；
S3，计算优先级系数；
S4，计算响应比；
S5，对响应比进行排序，选取在响应比中最大值调度。
其中每个传输任务的等待时间通过当前时间减去任务提交时间得到；
每个传输任务的传输时间通过使用文件大小除以估算带宽得到；
优先级系数通过任务的优先级除以所有任务的优先级总和得到；
响应比的计算公式如下：
rr＝(wt+rt)/rt*pu；
其中，rr为响应比；wt为每个传输任务等待时间；rt为每个传输任务的传输时间；pu为优先级系数。
具体的，获得传输动作指令后将指令通过SCP命令进行数据传输。
具体的，云端反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输时，带有反馈信息，其中反馈信息包括全局唯一的任务ID(taskId)和文件保存路径，以及从CT端数据传输终端传输Agent传输过来的CT参数。
其中，所述CT参数包括患者信息和CT扫描参数。
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
本发明再一个实施例中，提供一种渐进式编码的边缘智能图像传输***，能够用于实现上述实施例中所述的渐进式编码的边缘智能图像传输方法，具体的，包括：
数据传输终端传输Agent，用于CT端数据传输终端传输Agent接收或发现CT生成的新RAW数据，并通过http请求给服务端传输控制中心进程CC上报新任务，获得传输动作指令，依据指令进行数据传输；
服务端传输控制中心进程CC，用于服务端传输控制中心进程CC接收CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求，分配与服务端控制中心进程CC对接的服务端传输服务CS，并将传输命令返回至CT端数据传输终端传输Agent；
服务端数据传输服务CS，用于服务端数据传输服务CS接收总控进程的传输指令以获得传输动作指令，接收CT端数据传输终端传输Agent所传输的数据后将数据保存在分布式并行存储***中，在云端将RAW文件转换成调度程序可以处理的中间文件，并反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输；
成像判读模块，用于对所传输的文件进行处理。
分布式CT数据传输终端采用专有定制硬件构建，传输终端将CT机产生的RAW文件数据可靠快速高效地传输到云端的文件传输服务器，并保存在分布式并行存储***，传输完成后，在云端通过专有程序将RAW文件(.ct)转换成调度程序可以处理的中间文件，然后***自动通知成像判读调度程序等第三方程序从分布式并行存储***读取数据，并进行后续处理。
本发明的工控机设计低功耗CPU，被动散热，内置看门狗设计，稳定可靠，可长期稳定运行，设计寿命6年以上。
网卡1和CT处于同一网络，和CT组网，进行数据交换，网卡2和传输网络对接(专线或者5G路由器)，负责与分布式CT云中心通讯。
***内用防火墙将网卡1和网卡2隔离，只允许指定端口信息进行转发。
本发明采用1TB支持断电保护的SSD硬盘。
采用1TB海康威视SSD固态硬盘E200P系列硬盘，带断电保护，设计寿命800TBW，150万小时，按每个CT文件2GB计算，每天做150个CT计算，设计寿命6年以上。
本发明硬件兼容开源FreeBSD13以上***；
设备目前预装FreeBSD 13版本，设备所有硬件确保可以在FreeBSD下运行。
本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于面向分布式CT文件传输的调度方法的操作。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作***。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中面向分布式CT文件传输的调度方法的相应步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
CT端数据传输终端传输Agent接收或发现CT生成的新RAW数据，并通过http请求给服务端传输控制中心进程CC上报新任务，获得传输动作指令，依据指令进行数据传输；
服务端传输控制中心进程CC接收CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求，分配与服务端控制中心进程CC对接的服务端传输服务CS，并将传输命令返回至CT端数据传输终端传输Agent；
服务端数据传输服务CS接收总控进程的传输指令以获得传输动作指令，接收CT端数据传输终端传输Agent所传输的数据后将数据保存在分布式并行存储***中，在云端将RAW文件转换成调度程序可以处理的中间文件，并反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输。
2.根据权利要求1所述的一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，所述服务端控制中心进程CC通过文件传输优先级计算方法将所接收的CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求分配对接至服务端传输服务CS。
3.根据权利要求2所述的一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，文件传输优先级计算方法的步骤包括如下：
S1，记录每个传输任务的等待时间；
S2，计算得到每个传输任务的传输时间；
S3，计算优先级系数；
S4，计算响应比；
S5，对响应比进行排序，选取在响应比中最大值调度。
4.根据权利要求3所述的一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，响应比的计算公式如下：
rr＝(wt+rt)/rt*pu；
其中，rr为响应比；wt为每个传输任务等待时间；rt为每个传输任务的传输时间；pu为优先级系数。
5.根据权利要求1所述的一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，获得传输动作指令后将指令通过SCP命令进行数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，云端反馈服务端控制中心进程CC完成文件传输时，带有反馈信息，其中反馈信息包括全局唯一的任务ID和文件保存路径，以及从CT端数据传输终端传输Agent传输过来的CT参数。
7.根据权利要求6所述的一种面向分布式CT文件传输的调度方法，其特征在于，所述CT参数包括患者信息和CT扫描参数。
8.一种面向分布式CT文件传输的调度***，其特征在于，包括：
数据传输终端传输Agent，用于CT端数据传输终端传输Agent接收或发现CT生成的新RAW数据，并通过http请求给服务端传输控制中心进程CC上报新任务，获得传输动作指令，依据指令进行数据传输；
服务端传输控制中心进程CC，用于服务端传输控制中心进程CC接收CT端数据传输终端传输Agent发送的传输请求，分配与服务端控制中心进程CC对接的服务端传输服务CS，并将传输命令返回至CT端数据传输终端传输Agent；
服务端数据传输服务CS，用于服务端数据传输服务CS接收总控进程的传输指令以获得传输动作指令，接收CT端数据传输终端传输Agent所传输的数据后将数据保存在分布式并行存储***中，在云端将RAW文件转换成调度程序可以处理的中间文件，并反馈服务端传输控制中心进程CC完成文件传输。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述面向分布式CT文件传输的调度方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述面向分布式CT文件传输的调度方法的步骤。
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