基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法、系統(tǒng)及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法、系統(tǒng)及裝置，其中QoS（Quality?of?Service）是指網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。本發(fā)明的核心是網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好時(shí)，即網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)，可以不必對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以便于盡可能的充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不是處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度，盡量避免傳感器、控制器向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)從而避免增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量。本發(fā)明中的上述方案不需要采用復(fù)雜的算法，就能有效避免時(shí)延給系統(tǒng)控制性能和服務(wù)質(zhì)量帶來(lái)的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法、系統(tǒng)及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的調(diào)度與控制方法、系統(tǒng)與裝置，具體是一種能夠保證QoS (Quality of Service)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法、系統(tǒng)及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在分布式控制系統(tǒng)中，傳感器與控制器，控制器與執(zhí)行器之間通過(guò)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCS)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)相比，具有成本低、易于信息共享、易于擴(kuò)展維護(hù)、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制過(guò)程中。
[0003]網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)包括控制器、執(zhí)行器和傳感器。如前所述，傳感器與控制器、控制器與執(zhí)行器之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，形成一個(gè)回路。傳感器監(jiān)測(cè)被控對(duì)象狀態(tài)，并將采樣到的被控對(duì)象狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收到傳感器發(fā)送的被控對(duì)象狀態(tài)作為反饋信號(hào)，控制器根據(jù)反饋信號(hào)通過(guò)控制算法輸出控制指令至網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行器從網(wǎng)絡(luò)接收控制指令，執(zhí)行器控制被控對(duì)象執(zhí)行控制指令相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，如此循環(huán)。但是，由于網(wǎng)絡(luò)通信帶寬的承載能力有限，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸不可避免地存在著網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，時(shí)延的存在會(huì)降低系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量，甚至引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)也給控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。
[0004]為了消除時(shí)延給系統(tǒng)的控制性能造成的影響，現(xiàn)有技術(shù)中多采用以下方法:
[0005]在控制系統(tǒng)選擇控制算法時(shí)，將時(shí)延、丟包等網(wǎng)絡(luò)因素考慮進(jìn)去，但是這種方法勢(shì)必會(huì)加大控制算法的復(fù)雜程度和計(jì)算量。并且，不同控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)因素、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不同，如果單純的將時(shí)延作為一個(gè)固定參數(shù)考慮到控制算法中，通用性較差，不能適用于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于現(xiàn)有技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中控制算法復(fù)雜并且通用性差，從而提供一種簡(jiǎn)單可行，并且能適用于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法、系統(tǒng)及裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，包括如下步驟:
[0009]S1:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延、系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)和系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)；根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入步驟S2 ;所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)進(jìn)入步驟S5 ；
[0010]S2:實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)參數(shù)，所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)包括任務(wù)超調(diào)量、任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延和任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延；根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)；若所述任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)則進(jìn)入步驟S5 ;若所述任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)則進(jìn)入步驟S3 ;若所述任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)則進(jìn)入步驟S4 ；
[0011]S3:對(duì)系統(tǒng)中的控制器啟動(dòng)控制補(bǔ)償策略后返回所述步驟S2 ；
[0012]S4:對(duì)系統(tǒng)中的控制器、傳感器啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略后返回所述步驟S2 ；
[0013]S5:結(jié)束調(diào)度。
[0014]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，所述步驟SI中，根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的處理方法如下:
[0015]所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且無(wú)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)；
[0016]所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率變化并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延變化并且無(wú)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)；
[0017]所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率變大并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)隨機(jī)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為干擾狀態(tài)。
[0018]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，所述步驟S2中根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的處理方法如下:
[0019]所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延小于或等于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量小于或等于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)；
[0020]所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延不定并且所述任務(wù)超調(diào)量不定，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)；
[0021]所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延大于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量大于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)。
[0022]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，其特征在于，所述步驟S3中:
[0023]所述控制補(bǔ)償策略通過(guò)Smith預(yù)估器完成。
[0024]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，所述步驟S4中，對(duì)系統(tǒng)中的控制器、傳感器啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略的處理方法如下:
[0025]S41:為每一用于監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的傳感器設(shè)置第一誤差閾值；為控制器設(shè)置第二誤差閾值；
[0026]S42:根據(jù)傳感器采集到的新采樣值與該傳感器采集到的前一個(gè)采樣值進(jìn)行比較，若差值的絕對(duì)值大于所述第一誤差閾值，則令該傳感器不發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)；否則令該傳感器發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)；
[0027]S43:根據(jù)控制器從網(wǎng)絡(luò)上采集到的新的傳感器采樣值與控制器采集到的前一個(gè)傳感器采樣值進(jìn)行比較，若差值大于或等于第二誤差閾值，則令控制器發(fā)送新的控制信號(hào)至網(wǎng)絡(luò)；否則令控制器發(fā)送與前一個(gè)控制指令相同的控制指令至網(wǎng)絡(luò)；
[0028]S44:令執(zhí)行器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收控制器發(fā)送的控制指令，所述執(zhí)行器控制被控對(duì)象按照控制指令做出相應(yīng)動(dòng)作。
[0029]本發(fā)明還提供一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取單元，任務(wù)狀態(tài)獲取單元，控制補(bǔ)償單元和動(dòng)態(tài)調(diào)度單元:
[0030]所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取單元，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延、系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)和系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)；根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)所述任務(wù)狀態(tài)獲取單元；
[0031]所述任務(wù)狀態(tài)獲取單元，用于實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)參數(shù)，所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)包括任務(wù)超調(diào)量、任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延和任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延；根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)；
[0032]所述控制補(bǔ)償單元，用于在所述任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)時(shí)對(duì)控制器啟動(dòng)控制補(bǔ)償策略；
[0033]所述動(dòng)態(tài)調(diào)度單元，用于在所述任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)對(duì)控制器、傳感器啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略。
[0034]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取單元根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的方法如下:
[0035]所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)無(wú)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)；
[0036]所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率變化并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延變化并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)無(wú)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)；
[0037]所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率變大并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)隨機(jī)時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為干擾狀態(tài)。
[0038]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，所述任務(wù)狀態(tài)獲取單元根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的方法如下:
[0039]所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延小于或等于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量小于或等于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)；
[0040]所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延不定并且所述任務(wù)超調(diào)量不定，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)；
[0041]所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延大于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量大于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)。
[0042]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，所述控制補(bǔ)償單元為Smith預(yù)估器。
[0043]上述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，所述動(dòng)態(tài)調(diào)度單元進(jìn)一步包括:
[0044]閾值設(shè)置模塊，用于為每一用于監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的傳感器設(shè)置第一誤差閾值；為控制器設(shè)置第二誤差閾值；
[0045]傳感器控制模塊，用于將傳感器采集到的新采樣值與該傳感器采集到的前一個(gè)采樣值進(jìn)行比較，若差值的絕對(duì)值大于或等于所述第一誤差閾值，則令該傳感器不發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)；否則令該傳感器發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)；
[0046]主控模塊，用于將控制器從網(wǎng)絡(luò)上采集到的新的傳感器采樣值與控制器從網(wǎng)絡(luò)上采集到的前一個(gè)傳感器采樣值進(jìn)行比較，若差值大于或等于第二誤差閾值，則令控制器發(fā)送新的控制信號(hào)至網(wǎng)絡(luò)；否則令控制器發(fā)送與前一個(gè)控制指令相同的控制指令至網(wǎng)絡(luò)。[0047]本發(fā)明還提供一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制裝置，包括:網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器、動(dòng)態(tài)調(diào)度器、控制補(bǔ)償器；
[0048]所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載量，判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量是否發(fā)生變化；
[0049]所述動(dòng)態(tài)調(diào)度器，在所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí)或所述網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量發(fā)生變化時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的各個(gè)實(shí)施調(diào)度，控制每一節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的數(shù)據(jù)量，保證網(wǎng)絡(luò)上負(fù)載量穩(wěn)定;
[0050]所述控制器，確定控制補(bǔ)償策略，輸出控制指令至網(wǎng)絡(luò)。
[0051]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0052](I)本發(fā)明提供了一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度控制方法和系統(tǒng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好時(shí)，即網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)，可以不必對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以便于盡可能的充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不是處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度，盡量避免傳感器、控制器、執(zhí)行器向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)從而避免增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量。因此當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載激變或波動(dòng)時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度和補(bǔ)償控制的有效結(jié)合，能夠快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)并保證系統(tǒng)控制性能穩(wěn)定在可接受范圍。而在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重且網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能較差時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，折中降低控制性能，將網(wǎng)絡(luò)環(huán)境保持在相對(duì)良好的狀態(tài)；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕且網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能較好時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。動(dòng)態(tài)調(diào)度策略可應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化，將網(wǎng)絡(luò)延時(shí)控制在一定范圍內(nèi)，系統(tǒng)通過(guò)自身控制補(bǔ)償策略保持良好的控制性能。本發(fā)明的上述方案不需要復(fù)雜的算法就能實(shí)現(xiàn)。
[0053](2)本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法和系統(tǒng)，在評(píng)判網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時(shí)，采用系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延、系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)和系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)作為指標(biāo)，在評(píng)判任務(wù)狀態(tài)時(shí)，采用任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延，任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延，任務(wù)超調(diào)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中的系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延能夠適用于不同的工作周期的系統(tǒng)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中單純考慮固定時(shí)延的方案具有更好的通用性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0054]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0055]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于QoS的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法的流程圖；
[0056]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖；
[0057]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的任務(wù)狀態(tài)圖；
[0058]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)調(diào)度過(guò)程示意圖；
[0059]圖5是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的基于QoS的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法的流程圖；
[0060]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于QoS的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制裝置的框架結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061]在對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的敘述之前，首先將本申請(qǐng)中涉及到的一些狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行介紹。
[0062]1、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)
[0063]( I)系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延
[0064]系統(tǒng)平均時(shí)延是評(píng)價(jià)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的重要指標(biāo)。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中共有M個(gè)周期發(fā)送任務(wù)，在運(yùn)行時(shí)間Tran內(nèi)，系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延可以描述為式:
[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，其特征在于，包括如下步驟: S1:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延、系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)和系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)；根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入步驟S2 ;所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)進(jìn)入步驟S5 ； S2:實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)參數(shù)，所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)包括任務(wù)超調(diào)量、任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延和任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延；根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)；若所述任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)則進(jìn)入步驟S5 ;若所述任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)則進(jìn)入步驟S3 ;若所述任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)則進(jìn)入步驟S4 ； 53:對(duì)系統(tǒng)中的控制器啟動(dòng)控制補(bǔ)償策略后返回所述步驟S2 ； 54:對(duì)系統(tǒng)中的控制器、傳感器啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略后返回所述步驟S2 ； 55:結(jié)束調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，其特征在于，所述步驟SI中，根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的處理方法如下: 所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且無(wú)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)； 所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率變化并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延變化并且無(wú)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)； 所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率變大并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)隨機(jī)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為干擾狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，其特征在于，所述步驟S2中根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的處理方法如下: 所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延小于或等于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量小于或等于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)； 所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延不定并且所述任務(wù)超調(diào)量不定，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)； 所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延大于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量大于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度控制方法，其特征在于，所述步驟S3中: 所述控制補(bǔ)償策略通過(guò)Smith預(yù)估器完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制方法，其特征在于，所述步驟S4中，對(duì)系統(tǒng)中的控制器、傳感器啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略的處理方法如下: S41:為每一用于監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的傳感器設(shè)置第一誤差閾值；為控制器設(shè)置第二誤差閾值； S42:根據(jù)傳感器采集到的新采樣值與該傳感器采集到的前一個(gè)采樣值進(jìn)行比較，若差值的絕對(duì)值大于所述第一誤差閾值，則令該傳感器不發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)；否則令該傳感器發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)； S43:根據(jù)控制器從網(wǎng)絡(luò)上采集到的新的傳感器采樣值與控制器采集到的前一個(gè)傳感器采樣值進(jìn)行比較，若差值大于或等于第二誤差閾值，則令控制器發(fā)送新的控制信號(hào)至網(wǎng)絡(luò)；否則令控制器發(fā)送與前一個(gè)控制指令相同的控制指令至網(wǎng)絡(luò)； S44:令執(zhí)行器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收控制器發(fā)送的控制指令，所述執(zhí)行器控制被控對(duì)象按照控制指令做出相應(yīng)動(dòng)作。
6.一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，其特征在于，包括網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取單元，任務(wù)狀態(tài)獲取單元，控制補(bǔ)償單元和動(dòng)態(tài)調(diào)度單元: 所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取單元，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延、系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)和系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)；根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)所述任務(wù)狀態(tài)獲取單元； 所述任務(wù)狀態(tài)獲取單元，用于實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)參數(shù)，所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)包括任務(wù)超調(diào)量、任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延和任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延；根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)； 所述控制補(bǔ)償單元，用于在所述任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)時(shí)對(duì)控制器啟動(dòng)控制補(bǔ)償策略； 所述動(dòng)態(tài)調(diào)度單元，用于在所述任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)對(duì)控制器、傳感器啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取單元根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)是否變化得到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)或干擾狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的方法如下: 所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)無(wú)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)； 所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率變化并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延變化并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率波動(dòng)無(wú)并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)規(guī)律時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為遷移狀態(tài)； 所述系統(tǒng)平均網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不變并且所述系統(tǒng)平均相對(duì)時(shí)延不變并且所述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用率變大并且所述系統(tǒng)延時(shí)抖動(dòng)隨機(jī)時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為干擾狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述任務(wù)狀態(tài)獲取單元根據(jù)所述任務(wù)狀態(tài)參數(shù)是否變化得到任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的方法如下: 所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延小于或等于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量小于或等于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為健康狀態(tài)； 所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延小于或等于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延不定并且所述任務(wù)超調(diào)量不定，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為亞健康狀態(tài)； 所述任務(wù)平均相對(duì)時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)性能要求指標(biāo)并且任務(wù)最大相對(duì)時(shí)延大于最大允許時(shí)延并且所述任務(wù)超調(diào)量大于控制性能要求指標(biāo)，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為危險(xiǎn)狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一所述的基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)調(diào)度單元進(jìn)一步包括: 閾值設(shè)置模塊，用于為每一用于監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的傳感器設(shè)置第一誤差閾值；為控制器設(shè)置第二誤差閾值； 傳感器控制模塊，用于將傳感器采集到的新采樣值與該傳感器采集到的前一個(gè)采樣值進(jìn)行比較，若差值的絕對(duì)值大于或等于所述第一誤差閾值，則令該傳感器不發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)；否則令該傳感器發(fā)送新采樣值至網(wǎng)絡(luò)； 主控模塊，用于將控制器從網(wǎng)絡(luò)上采集到的新的傳感器采樣值與控制器從網(wǎng)絡(luò)上采集到的前一個(gè)傳感器采樣值進(jìn)行比較，若差值大于或等于第二誤差閾值，則令控制器發(fā)送新的控制信號(hào)至網(wǎng)絡(luò)；否則令控制器發(fā)送與前一個(gè)控制指令相同的控制指令至網(wǎng)絡(luò)。
10.一種基于QoS評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制裝置，其特征在于，包括:網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器、動(dòng)態(tài)調(diào)度器、控制補(bǔ)償器； 所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載量，判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量是否發(fā)生變化； 所述動(dòng)態(tài)調(diào)度器，在所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí)或所述網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量發(fā)生變化時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的各個(gè)實(shí)施調(diào)度，控制每一節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的數(shù)據(jù)量，保證網(wǎng)絡(luò)上負(fù)載量穩(wěn)定； 所述控制器，確定控制補(bǔ)償策略，輸出控制指令至網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103728974SQ201410023661
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】楊麗曼, 張獻(xiàn), 李運(yùn)華, 宋云浩, 李會(huì)東, 黃云濤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)