專利名稱：一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)度的方法，特別是涉及一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法。
背景技術(shù)：
目前，在諸多的有線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層(有的系統(tǒng)又分出用戶層)中使用的實(shí)時(shí)調(diào)度方法大多數(shù)假設(shè)信道錯(cuò)誤率較低，延時(shí)較短而穩(wěn)定。有線傳輸受工業(yè)環(huán)境的影響不大，這種假設(shè)在有線的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用中是成立的，因此現(xiàn)有的一些調(diào)度方法把工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的功能任務(wù)和通信任務(wù)看成是同質(zhì)的，所有任務(wù)均采用緊湊式的調(diào)度方法進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。該調(diào)度思想在有線的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用效果較好。然而無線通信技術(shù)的引入使得以上假設(shè)不成立，無線信道會受到工業(yè)環(huán)境中大量電機(jī)和金屬障礙物等的干擾?？紤]到在復(fù)雜、惡劣的工業(yè)環(huán)境中無線信道可能比有線信道錯(cuò)誤率高很多，通信任務(wù)和功能塊任務(wù)是不同質(zhì)的。即使一些調(diào)度方法本身不采用聯(lián)合調(diào)度機(jī)制，只對通信任務(wù)采用緊湊式的調(diào)度方法進(jìn)行調(diào)度，這也同樣會使因前一個(gè)通信任務(wù)的超時(shí)而影響后續(xù)通信任務(wù)的按時(shí)完成。這是現(xiàn)階段乃至將來很長一個(gè)時(shí)期內(nèi)，任何無線通信技術(shù)均無法徹底解決的問題。為此，原工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層中的調(diào)度方法不經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)很難在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中達(dá)到原有實(shí)時(shí)性效果。傳統(tǒng)有線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)經(jīng)常使用的緊湊式調(diào)度方法構(gòu)建的調(diào)度時(shí)間表中很多通信任務(wù)都是緊密排列在一起的，對于錯(cuò)誤率較低，延時(shí)較短而穩(wěn)定的有線信道是十分適合的，這些特點(diǎn)保證了高層的調(diào)度計(jì)劃得以按時(shí)調(diào)度。而無線信道在惡劣的工業(yè)環(huán)境中因錯(cuò)誤率高等原因帶來的延時(shí)是不確定的。如果延時(shí)較大，會使得通信任務(wù)的調(diào)度不能在調(diào)度規(guī)定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢，即該任務(wù)超時(shí)。同時(shí)，通信任務(wù)的緊密排列，一個(gè)通信任務(wù)的超時(shí)可能導(dǎo)致后續(xù)任務(wù)全部超時(shí)，使得整個(gè)系統(tǒng)任務(wù)超時(shí)率較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，該方法充分考慮無線通信技術(shù)的特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性并不是完全等價(jià)關(guān)系原理，有效減少時(shí)延可以提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，來彌補(bǔ)無線通信技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的劣勢。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，所述方法包括以下流程:首先將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層，按系統(tǒng)規(guī)定的優(yōu)先級進(jìn)行排序，然后按排序結(jié)果放入緩存區(qū)內(nèi)等待逐一調(diào)度，取出作業(yè)中第一個(gè)任務(wù)開始構(gòu)建任務(wù)調(diào)度表，開始設(shè)置任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，首先判斷任務(wù)是功能塊任務(wù)還是通訊任務(wù)，如果是功能塊任務(wù)直接設(shè)定其開始時(shí)間為其釋放時(shí)間，當(dāng)前時(shí)間為釋放時(shí)間加上完成該任務(wù)所需時(shí)間，再進(jìn)行作業(yè)中下一個(gè)任務(wù)調(diào)度，直至作業(yè)中的每個(gè)任務(wù)都調(diào)度完畢，再調(diào)度下一個(gè)作業(yè)中的所有任務(wù)，直到全部完成為止，如果計(jì)算出的理論完成時(shí)間不小于該任務(wù)的截止期，則認(rèn)為該調(diào)度方法無法按時(shí)調(diào)度這些任務(wù)，調(diào)度失敗，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層應(yīng)重新安排下達(dá)所有作業(yè)及每個(gè)作業(yè)中任務(wù)。所述的一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，所述任務(wù)是通訊任務(wù)時(shí)，首先判斷當(dāng)前時(shí)間是否已經(jīng)超過釋放時(shí)間，如果已經(jīng)超過，進(jìn)行超時(shí)處理，超時(shí)處理一般根據(jù)具體控制系統(tǒng)或用戶要求采用不同處理方法，可靈活設(shè)置。所述的一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，所述釋放時(shí)間，如果沒有超過釋放時(shí)間則設(shè)定其開始時(shí)間為其釋放時(shí)間，計(jì)算該通訊任務(wù)的理論完成時(shí)間，如果計(jì)算出的理論完成時(shí)間小于該任務(wù)的截止期，則直接強(qiáng)制設(shè)置完成時(shí)間為截止期，此時(shí)當(dāng)前時(shí)間隨即也變到完成時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
本發(fā)明極大容忍無線通信時(shí)延的調(diào)度方法構(gòu)建的調(diào)度時(shí)間表中的通信任務(wù)在整個(gè)宏周期分布較均勻，每個(gè)通信任務(wù)之間有一定的預(yù)留時(shí)間以緩解無線信道延時(shí)較長而且極不穩(wěn)定等問題，即使通信任務(wù)有一定延遲只要在預(yù)留時(shí)間之內(nèi)完成，不會影響后續(xù)任務(wù)準(zhǔn)時(shí)開始，使得在物理層通信延遲較高的情況下，可以有效降低該系統(tǒng)中任務(wù)的超時(shí)現(xiàn)象。本發(fā)明充分考慮了無線通信技術(shù)的特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性并不是完全等價(jià)關(guān)系原理，即盡管有效減少時(shí)延可以提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，但如果時(shí)延不變的情況下，改善高層任務(wù)調(diào)度機(jī)制也可以達(dá)到提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的效果，提出了一種極大容忍無線通信時(shí)延的應(yīng)用層任務(wù)調(diào)度方法，來彌補(bǔ)無線通信技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的劣勢。


圖1為極大容忍無線通信時(shí)延的調(diào)度方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明方法基本原理:由于在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中，通信任務(wù)和功能塊任務(wù)是不同質(zhì)的，極大容忍無線通信時(shí)延的調(diào)度方法對功能塊任務(wù)調(diào)度和通信任務(wù)調(diào)度分別采用不同的調(diào)度策略。對功能塊任務(wù)調(diào)度使用緊湊式調(diào)度策略調(diào)度，而對通信任務(wù)的調(diào)度策略是盡可能等到該通信任務(wù)截止期到來時(shí)才允許繼續(xù)調(diào)度后續(xù)任務(wù)，這樣可以為通信任務(wù)預(yù)留盡可能長的處理時(shí)間。該方法首先將作業(yè)按優(yōu)先級進(jìn)行排序，然后在對每個(gè)作業(yè)中的每個(gè)任務(wù)的先后順序進(jìn)行調(diào)度。在調(diào)度過程中首先設(shè)定當(dāng)前時(shí)間為該任務(wù)開始時(shí)間，再判斷該任務(wù)屬于通信任務(wù)還是功能塊任務(wù)，如果是功能塊任務(wù)則通過給出的該任務(wù)的理論執(zhí)行時(shí)間計(jì)算出該任務(wù)的完成時(shí)間，并判斷完成時(shí)間是否超出了該任務(wù)的截止期，如果超出則進(jìn)行相應(yīng)的超時(shí)處理，否則將當(dāng)前時(shí)間設(shè)為該任務(wù)的完成時(shí)間。然后繼續(xù)對該作業(yè)的下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。如果下一個(gè)任務(wù)為通信任務(wù)，首先判斷當(dāng)前時(shí)間加上其通信任務(wù)理論執(zhí)行時(shí)間是否超出了該任務(wù)的截止期，如果超出此次調(diào)度失敗。如果沒有超出該任務(wù)的截止期，則將該任務(wù)的完成時(shí)間直接設(shè)置成該任務(wù)的截止期。將當(dāng)前時(shí)間設(shè)為該任務(wù)的完成時(shí)間繼續(xù)對該作業(yè)的下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，反復(fù)循環(huán)下去，直到所有作業(yè)中的每個(gè)任務(wù)都被調(diào)度。其具體調(diào)度方法流程圖如圖1所示:
該調(diào)度方法保留了聯(lián)合調(diào)度策略的優(yōu)勢，將整個(gè)系統(tǒng)中的通信任務(wù)和功能塊任務(wù)統(tǒng)一調(diào)度，并針對在無線信道中的通信任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的不確定性問題，在處理通信任務(wù)時(shí)為通信任務(wù)預(yù)留了最大的處理時(shí)間。該方法數(shù)學(xué)規(guī)劃模型:設(shè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)一個(gè)網(wǎng)段中有n個(gè)任務(wù)，包括功能塊任務(wù)和通信任務(wù)。第i個(gè)任務(wù)且為通信任務(wù)在第j個(gè)周期的開始時(shí)間為
^ayt，/0%表示第i個(gè)任務(wù)且為功能塊任務(wù)在第j個(gè)周期的開始時(shí)間。有m個(gè)控制回路，
第k個(gè)控制回路的周期為I；,且為宏周期,其值為Fts1: =I^r的最小公倍數(shù)，則
第k個(gè)控制回路在整個(gè)宏周期中有在個(gè)微周期，I=Fmm/!; rC/%灰小第i個(gè)任務(wù)且是通信任務(wù)在其第j個(gè)微周期的預(yù)留時(shí)間。則根據(jù)上面分析的約束條件，可以建立一個(gè)非線性規(guī)劃模型來求解該調(diào)度方法的調(diào)度時(shí)間表，模型如下:
目標(biāo)函數(shù):
權(quán)利要求
1.一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，其特征在于，所述方法包括以下流程:首先將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層，按系統(tǒng)規(guī)定的優(yōu)先級進(jìn)行排序，然后按排序結(jié)果放入緩存區(qū)內(nèi)等待逐一調(diào)度，取出作業(yè)中第一個(gè)任務(wù)開始構(gòu)建任務(wù)調(diào)度表，開始設(shè)置任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，首先判斷任務(wù)是功能塊任務(wù)還是通訊任務(wù)，如果是功能塊任務(wù)直接設(shè)定其開始時(shí)間為其釋放時(shí)間，當(dāng)前時(shí)間為釋放時(shí)間加上完成該任務(wù)所需時(shí)間，再進(jìn)行作業(yè)中下一個(gè)任務(wù)調(diào)度，直至作業(yè)中的每個(gè)任務(wù)都調(diào)度完畢，再調(diào)度下一個(gè)作業(yè)中的所有任務(wù)，直到全部完成為止，如果計(jì)算出的理論完成時(shí)間不小于該任務(wù)的截止期，則認(rèn)為該調(diào)度方法無法按時(shí)調(diào)度這些任務(wù)，調(diào)度失敗，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層應(yīng)重新安排下達(dá)所有作業(yè)及每個(gè)作業(yè)中任務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，其特征在于，所述任務(wù)是通訊任務(wù)時(shí)，首先判斷當(dāng)前時(shí)間是否已經(jīng)超過釋放時(shí)間，如果已經(jīng)超過，進(jìn)行超時(shí)處理，超時(shí)處理一般根據(jù)具體控制系統(tǒng)或用戶要求采用不同處理方法，可靈活設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，其特征在于，所述釋放時(shí)間，如果沒有超過釋放時(shí)間則設(shè)定其開始時(shí)間為其釋放時(shí)間，計(jì)算該通訊任務(wù)的理論完成時(shí)間，如果計(jì)算出的理論完成時(shí)間小于該任務(wù)的截止期，則直接強(qiáng)制設(shè)置完成時(shí)間為截止期，此時(shí)當(dāng)前時(shí)間隨即也變到完成時(shí)間。
全文摘要
一種極大容忍時(shí)延無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)度的方法，涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)度的方法，包括以下流程首先將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層，按系統(tǒng)規(guī)定的優(yōu)先級進(jìn)行排序，取出作業(yè)中第一個(gè)任務(wù)開始構(gòu)建任務(wù)調(diào)度表，開始設(shè)置任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，再進(jìn)行作業(yè)中下一個(gè)任務(wù)調(diào)度，再調(diào)度下一個(gè)作業(yè)中的所有任務(wù)，如果計(jì)算出的理論完成時(shí)間不小于該任務(wù)的截止期，則調(diào)度失敗，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用層應(yīng)重新安排下達(dá)所有作業(yè)及每個(gè)作業(yè)中任務(wù)。該方法充分考慮無線通信技術(shù)的特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性并不是完全等價(jià)關(guān)系原理，有效減少時(shí)延可以提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，來彌補(bǔ)無線通信技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的劣勢。
文檔編號G05B19/418GK103163870SQ201310117388
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者王軍 申請人:沈陽化工大學(xué)