本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流調(diào)度,特別是涉及一種針對(duì)實(shí)時(shí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中外部干擾的分布式調(diào)度方法。
背景技術(shù):
1、智慧工廠代表了制造業(yè)數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)的全新趨勢(shì),這種趨勢(shì)對(duì)制造業(yè)具有重大意義。在智慧工廠中,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為自動(dòng)化生產(chǎn)和智能化管理提供了技術(shù)支持,成為實(shí)現(xiàn)智慧工廠構(gòu)想的關(guān)鍵。它實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的智能協(xié)同和信息交換,使得生產(chǎn)過程更加智能和高效。無線網(wǎng)絡(luò)作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的一部分,相較于有線網(wǎng)絡(luò),具有靈活、便捷、易于部署和維護(hù)和適用于復(fù)雜環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,智慧工廠無線網(wǎng)絡(luò)正在向著更高速率、更低延遲和更可靠連接的5g網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展。
2、近年來,實(shí)時(shí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)(real-time?wireless?sensor?network,rtwsn)在各種工業(yè)應(yīng)用中的不斷地發(fā)展和部署,尤其是在那些對(duì)實(shí)時(shí)和可靠信息傳遞有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中。數(shù)據(jù)鏈路層的包調(diào)度在滿足這些rtwsn要求中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而,rtwsn經(jīng)常遭受由于意外干擾引起的動(dòng)態(tài)工作量擾動(dòng),這在惡劣的工業(yè)環(huán)境中尤為嚴(yán)重。一般意外干擾可以分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾是由網(wǎng)絡(luò)改變引起的(例如節(jié)點(diǎn)或鏈路故障等)。外部干擾是由監(jiān)測(cè)和控制環(huán)境中的意外改變引起的(例如檢測(cè)到緊急情況、壓力或溫度突然增加等)。
3、對(duì)于如何處理rtwsn中外部干擾,在集中式方法方面有一些研究。hong等人(hongs,hu?x?s,gong?t,han?s.on-line?data?link?layer?scheduling?in?wirelessnetworked?control?systems[c],proceedings?of201527th?euromicro?conference?onreal-time?systems(ecrts).ieee,2015,57–66)考慮了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)鏈路層調(diào)度問題,其中外部干擾偶爾發(fā)生。引入了采用節(jié)奏任務(wù)模型的在線框架,稱為ols,來調(diào)整靜態(tài)時(shí)間表以響應(yīng)外部干擾。他們的方法確定了應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)度的持續(xù)時(shí)間并生成該持續(xù)時(shí)間的調(diào)度以最小化網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)流的影響。zhang等人(zhang?t,gong?t,gu?c,jih,han?s,deng?q,hu?x?s.distributed?dynamic?packet?scheduling?forhandlingdisturbances?in?real-time?wireless?networks[c],proceedings?of2017?ieee?real-time?and?embedded?technology?and?applications?symposium(rtas).ieee,2017,261–272)提出一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包調(diào)度框架,稱為dd-pas。dd-pas旨在最大限度地減少丟包數(shù)量,同時(shí)確保所有因干擾引起的關(guān)鍵事件都在截止日期前得到處理。gong等人(gong?t,zhang?t,hu?xs,deng?q,lemmon?m,han?s.reliabledynamic?packet?scheduling?over?lossyreal-time?wireless?networks[c],proceedings?of31st?euromicro?conference?onreal-time?systems(ecrts).schloss?dagstuhl-leibniz-zentrum?fuer?informatik,2019)提出了一種可靠動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包調(diào)度框架,稱為rd-pas。rd-pas不僅可以構(gòu)建靜態(tài)調(diào)度來滿足rtwsn中給定周期性網(wǎng)絡(luò)流量模式的端到端數(shù)據(jù)包傳輸?shù)亩〞r(shí)和可靠性要求,而且可以快速構(gòu)建新的調(diào)度來處理由意外引起的突然增加的網(wǎng)絡(luò)流量干擾,同時(shí)最大限度地減少對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)流量的影響。gunatilaka等人(gunatilaka?d,lu?c.react:an?agile?controlplane?for?industrial?wireless?sensor-actuator?networks[c],proceedings?of2020ieee/acm?fifth?international?conference?on?internet-of-things?design?andimplementation(iotdi).ieee,2020,53–65)提出一種適用于工業(yè)無線傳感器反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(wireless?sensor-actuator?network,wsan)的控制平面,稱為react。react針對(duì)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)進(jìn)行了專門優(yōu)化,顯著降低了網(wǎng)絡(luò)重新配置的延遲和能源成本,從而提高了wsan在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的敏捷性。
4、這些集中式方法依賴于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)中央控制點(diǎn)(例如網(wǎng)關(guān))在干擾發(fā)生時(shí)生成動(dòng)態(tài)調(diào)度。如果這一中央控制點(diǎn)發(fā)生故障,由這些集中式法提供的服務(wù)質(zhì)量(qualityofservice,qos),例如數(shù)據(jù)包傳遞率(packetdelivery?ratio,pdr),將迅速下降。此外,隨著rtwsn規(guī)模的增長,集中式方法具有不可擴(kuò)展的致命缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的目的是提供一種部署在傳感器節(jié)點(diǎn)上應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)流周期/截止期變化的方法。
2、本發(fā)明提供一種針對(duì)實(shí)時(shí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中外部干擾的分布式調(diào)度方法,包括:
3、步驟1:輸入?yún)?shù),包括rtwsn的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、rtwsn的信道參數(shù)和rtwsn的數(shù)據(jù)流集合;
4、步驟2:網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí),設(shè)備節(jié)點(diǎn)根據(jù)輸入?yún)?shù)生成本地干擾信息表,網(wǎng)關(guān)根據(jù)輸入?yún)?shù)生成全局干擾信息表;
5、步驟3:在網(wǎng)絡(luò)未運(yùn)行階段,網(wǎng)關(guān)根據(jù)輸入?yún)?shù)和全局干擾信息表按照全局截止期優(yōu)先策略生成一個(gè)超周期內(nèi)的靜態(tài)調(diào)度表,如果所有超周期內(nèi)的數(shù)據(jù)包都能在靜態(tài)調(diào)度表中滿足其截止期,則進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段,否則返回失??;
6、步驟4:在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段,所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)都遵循靜態(tài)調(diào)度表進(jìn)行傳輸;
7、步驟5:每個(gè)任務(wù)的源節(jié)點(diǎn)通過比較采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的閾值來判斷網(wǎng)絡(luò)中是否出現(xiàn)外部干擾;如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)外部干擾,則系統(tǒng)進(jìn)入步驟6,否則所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)遵循靜態(tài)調(diào)度表進(jìn)行傳輸;
8、步驟6:在與外部干擾相對(duì)應(yīng)任務(wù)的節(jié)點(diǎn)上,根據(jù)傳輸更新信息生成下一周期內(nèi)能夠保證一致傳輸?shù)谋镜貏?dòng)態(tài)調(diào)度表。
9、步驟7:與干擾相對(duì)應(yīng)任務(wù)路徑上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)度表生成新的傳輸更新信息,并將新的傳輸更新信息加入數(shù)據(jù)包中;
10、步驟8:判斷與干擾相對(duì)應(yīng)任務(wù)路徑上的節(jié)點(diǎn)是否為目的節(jié)點(diǎn),如果是則系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)周期,否則重復(fù)步驟6-8直到與干擾相對(duì)應(yīng)任務(wù)路徑上的節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn);
11、步驟9:判斷干擾事件是否處理完畢,如果是則系統(tǒng)返回成功,否則重復(fù)步驟6-9直到外部干擾事件處理完畢。
12、本發(fā)明的一種針對(duì)實(shí)時(shí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中外部干擾的分布式調(diào)度方法,具有以下有益效果:
13、本發(fā)明提出的分布式連續(xù)數(shù)據(jù)包調(diào)度方法,可以用于處理智慧工廠中具有空間信道復(fù)用的多通道實(shí)時(shí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的外部干擾,同時(shí)可以確保所有關(guān)鍵性任務(wù)的截止期得到滿足。通過生成動(dòng)態(tài)調(diào)度,本發(fā)明調(diào)度方法可以處理外部干擾事件。通過連續(xù)調(diào)度機(jī)制,本發(fā)明調(diào)度方法確保了動(dòng)態(tài)調(diào)度表中不會(huì)發(fā)生不一致的傳輸。