专利名称：一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法
技术领域：
本发明涉及一种网络系统调度的方法，特别是涉及一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法。
背景技术：
目前，在诸多的有线工业网络化控制系统应用层(有的系统又分出用户层)中使用的实时调度方法大多数假设信道错误率较低，延时较短而稳定。有线传输受工业环境的影响不大，这种假设在有线的工业网络化控制系统应用中是成立的，因此现有的一些调度方法把工业网络化控制系统中的功能任务和通信任务看成是同质的，所有任务均采用紧凑式的调度方法进行统一调度。该调度思想在有线的工业网络化控制系统中应用效果较好。然而无线通信技术的引入使得以上假设不成立，无线信道会受到工业环境中大量电机和金属障碍物等的干扰。考虑到在复杂、恶劣的工业环境中无线信道可能比有线信道错误率高很多，通信任务和功能块任务是不同质的。即使一些调度方法本身不采用联合调度机制，只对通信任务采用紧凑式的调度方法进行调度，这也同样会使因前一个通信任务的超时而影响后续通信任务的按时完成。这是现阶段乃至将来很长一个时期内，任何无线通信技术均无法彻底解决的问题。为此，原工业网络化控制系统应用层中的调度方法不经过适当改进很难在工业无线网络化控制系统中达到原有实时性效果。传统有线工业网络化控制系统经常使用的紧凑式调度方法构建的调度时间表中很多通信任务都是紧密排列在一起的，对于错误率较低，延时较短而稳定的有线信道是十分适合的，这些特点保证了高层的调度计划得以按时调度。而无线信道在恶劣的工业环境中因错误率高等原因带来的延时是不确定的。如果延时较大，会使得通信任务的调度不能在调度规定时间内执行完毕，即该任务超时。同时，通信任务的紧密排列，一个通信任务的超时可能导致后续任务全部超时，使得整个系统任务超时率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，该方法充分考虑无线通信技术的特点，利用网络时延和系统实时性并不是完全等价关系原理，有效减少时延可以提高系统实时性，来弥补无线通信技术应用在工业网络化控制系统中的劣势。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，所述方法包括以下流程:首先将工业网络化控制系统应用层，按系统规定的优先级进行排序，然后按排序结果放入缓存区内等待逐一调度，取出作业中第一个任务开始构建任务调度表，开始设置任务的开始时间和结束时间，首先判断任务是功能块任务还是通讯任务，如果是功能块任务直接设定其开始时间为其释放时间，当前时间为释放时间加上完成该任务所需时间，再进行作业中下一个任务调度，直至作业中的每个任务都调度完毕，再调度下一个作业中的所有任务，直到全部完成为止，如果计算出的理论完成时间不小于该任务的截止期，则认为该调度方法无法按时调度这些任务，调度失败，工业网络化控制系统应用层应重新安排下达所有作业及每个作业中任务。所述的一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，所述任务是通讯任务时，首先判断当前时间是否已经超过释放时间，如果已经超过，进行超时处理，超时处理一般根据具体控制系统或用户要求采用不同处理方法，可灵活设置。所述的一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，所述释放时间，如果没有超过释放时间则设定其开始时间为其释放时间，计算该通讯任务的理论完成时间，如果计算出的理论完成时间小于该任务的截止期，则直接强制设置完成时间为截止期，此时当前时间随即也变到完成时间。本发明的优点与效果是:
本发明极大容忍无线通信时延的调度方法构建的调度时间表中的通信任务在整个宏周期分布较均匀，每个通信任务之间有一定的预留时间以缓解无线信道延时较长而且极不稳定等问题，即使通信任务有一定延迟只要在预留时间之内完成，不会影响后续任务准时开始，使得在物理层通信延迟较高的情况下，可以有效降低该系统中任务的超时现象。本发明充分考虑了无线通信技术的特点，利用网络时延和系统实时性并不是完全等价关系原理，即尽管有效减少时延可以提高系统实时性，但如果时延不变的情况下，改善高层任务调度机制也可以达到提高系统实时性的效果，提出了一种极大容忍无线通信时延的应用层任务调度方法，来弥补无线通信技术应用在工业网络化控制系统中的劣势。
图1为极大容忍无线通信时延的调度方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。本发明方法基本原理:由于在工业无线网络化控制系统中，通信任务和功能块任务是不同质的，极大容忍无线通信时延的调度方法对功能块任务调度和通信任务调度分别采用不同的调度策略。对功能块任务调度使用紧凑式调度策略调度，而对通信任务的调度策略是尽可能等到该通信任务截止期到来时才允许继续调度后续任务，这样可以为通信任务预留尽可能长的处理时间。该方法首先将作业按优先级进行排序，然后在对每个作业中的每个任务的先后顺序进行调度。在调度过程中首先设定当前时间为该任务开始时间，再判断该任务属于通信任务还是功能块任务，如果是功能块任务则通过给出的该任务的理论执行时间计算出该任务的完成时间，并判断完成时间是否超出了该任务的截止期，如果超出则进行相应的超时处理，否则将当前时间设为该任务的完成时间。然后继续对该作业的下一个任务进行调度。如果下一个任务为通信任务，首先判断当前时间加上其通信任务理论执行时间是否超出了该任务的截止期，如果超出此次调度失败。如果没有超出该任务的截止期，则将该任务的完成时间直接设置成该任务的截止期。将当前时间设为该任务的完成时间继续对该作业的下一个任务进行调度，反复循环下去，直到所有作业中的每个任务都被调度。其具体调度方法流程图如图1所示:
该调度方法保留了联合调度策略的优势，将整个系统中的通信任务和功能块任务统一调度，并针对在无线信道中的通信任务执行时间的不确定性问题，在处理通信任务时为通信任务预留了最大的处理时间。该方法数学规划模型:设工业网络化控制系统一个网段中有n个任务，包括功能块任务和通信任务。第i个任务且为通信任务在第j个周期的开始时间为
^ayt，/0%表示第i个任务且为功能块任务在第j个周期的开始时间。有m个控制回路，
第k个控制回路的周期为I；,且为宏周期,其值为Fts1: =I^r的最小公倍数，则
第k个控制回路在整个宏周期中有在个微周期，I=Fmm/!; rC/%灰小第i个任务且是通信任务在其第j个微周期的预留时间。则根据上面分析的约束条件，可以建立一个非线性规划模型来求解该调度方法的调度时间表，模型如下:
目标函数:
权利要求
1.一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，其特征在于，所述方法包括以下流程:首先将工业网络化控制系统应用层，按系统规定的优先级进行排序，然后按排序结果放入缓存区内等待逐一调度，取出作业中第一个任务开始构建任务调度表，开始设置任务的开始时间和结束时间，首先判断任务是功能块任务还是通讯任务，如果是功能块任务直接设定其开始时间为其释放时间，当前时间为释放时间加上完成该任务所需时间，再进行作业中下一个任务调度，直至作业中的每个任务都调度完毕，再调度下一个作业中的所有任务，直到全部完成为止，如果计算出的理论完成时间不小于该任务的截止期，则认为该调度方法无法按时调度这些任务，调度失败，工业网络化控制系统应用层应重新安排下达所有作业及每个作业中任务。
2.根据权利要求1所述的一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，其特征在于，所述任务是通讯任务时，首先判断当前时间是否已经超过释放时间，如果已经超过，进行超时处理，超时处理一般根据具体控制系统或用户要求采用不同处理方法，可灵活设置。
3.根据权利要求2所述的一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，其特征在于，所述释放时间，如果没有超过释放时间则设定其开始时间为其释放时间，计算该通讯任务的理论完成时间，如果计算出的理论完成时间小于该任务的截止期，则直接强制设置完成时间为截止期，此时当前时间随即也变到完成时间。
全文摘要
一种极大容忍时延无线网络化控制系统调度的方法，涉及一种网络系统调度的方法，包括以下流程首先将工业网络化控制系统应用层，按系统规定的优先级进行排序，取出作业中第一个任务开始构建任务调度表，开始设置任务的开始时间和结束时间，再进行作业中下一个任务调度，再调度下一个作业中的所有任务，如果计算出的理论完成时间不小于该任务的截止期，则调度失败，工业网络化控制系统应用层应重新安排下达所有作业及每个作业中任务。该方法充分考虑无线通信技术的特点，利用网络时延和系统实时性并不是完全等价关系原理，有效减少时延可以提高系统实时性，来弥补无线通信技术应用在工业网络化控制系统中的劣势。
文档编号G05B19/418GK103163870SQ201310117388
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月7日 优先权日2013年4月7日
发明者王军 申请人:沈阳化工大学