面向工業(yè)無線wia?pa網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向工業(yè)無線WIA?PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，屬于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法在中小規(guī)模WIA?PA網(wǎng)絡(luò)中，利用基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法，通過建立調(diào)度數(shù)據(jù)流的解空間樹，在搜索部分或所有解空間樹后即可獲取調(diào)度解，能夠取得調(diào)度的最優(yōu)成功率；在大規(guī)模WIA?PA網(wǎng)絡(luò)中，利用基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法，為每條數(shù)據(jù)流計算每個時隙的時間裕度，根據(jù)時間裕度安排調(diào)度的優(yōu)先級，能夠以較高的成功率在短時間內(nèi)獲得調(diào)度解。通過本發(fā)明提供的確定性調(diào)度方法，能夠為全網(wǎng)各數(shù)據(jù)流傳輸合理地分配時隙和信道資源，避免了通信鏈路沖突，解決了WIA?PA網(wǎng)絡(luò)端到端數(shù)據(jù)流傳輸?shù)拇_定性問題。
【專利說明】
面向工業(yè)無線Wl A-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)以其低成本、高可靠和高靈活性等特征，在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到飛速發(fā)展，成為當前的研究熱點A-PA是我國自主制定的面向工業(yè)過程自動化的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)標準，該標準指出了數(shù)據(jù)傳輸要在限定的時間內(nèi)完成，不能被延遲。為實現(xiàn)這一目標，確定性調(diào)度技術(shù)負責為數(shù)據(jù)傳輸合理地分配時隙通信所需的通信資源，使得端到端數(shù)據(jù)流的傳輸方式遵循通信資源分配結(jié)果。
[0003]然而，面向工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度問題，可以規(guī)約于世界七大數(shù)學(xué)難題之首的NP問題，這類問題一般難解是因為難以找到通用的多項式求解方法，致使目前現(xiàn)有的調(diào)度方法不能直接應(yīng)用在不同的網(wǎng)絡(luò)中。普遍采取的研究方法是尋找其近似算法或概率算法，使求解目標接近最終目標解或者以較高的成功概率正確得到最終目標解。目前，在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，現(xiàn)有的確定性調(diào)度方法在WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中比較少見，而主要集中在HART基金會的W i r e I e s s H A R T標準和IS A國際自動化協(xié)會的IS A1 0.11 a標準所定義的網(wǎng)絡(luò)中。WirelessHART網(wǎng)絡(luò)與ISA100.1Ia網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法由于沒有考慮WIA-PA網(wǎng)絡(luò)特征，不宜直接適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，能夠適用于不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的場景，滿足端到端數(shù)據(jù)流傳輸?shù)拇_定性要求，該確定性調(diào)度方法包括面向中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法和面向大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，該確定性調(diào)度方法包括面向中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法和面向大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法；
[0007]在中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，利用基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法，通過建立調(diào)度數(shù)據(jù)流的解空間樹，在搜索部分或所有解空間樹后即可獲取調(diào)度解，能夠取得調(diào)度的最優(yōu)成功率;在大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，利用基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法，為每條數(shù)據(jù)流計算每個時隙的時間裕度，根據(jù)時間裕度安排調(diào)度的優(yōu)先級，能夠以較高的成功率在短時間內(nèi)獲得調(diào)度解；
[0008]上述針對數(shù)據(jù)流的確定性調(diào)度分為簇內(nèi)通信和簇間通信兩個階段:所述簇內(nèi)通信階段包括:現(xiàn)場設(shè)備周期性產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到作為簇首的路由設(shè)備，路由設(shè)備匯集接收各現(xiàn)場設(shè)備成員的數(shù)據(jù);所述簇間通信階段包括:路由設(shè)備將收集的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳路由設(shè)備，直到轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)關(guān)設(shè)備為止。
[0009]進一步，所述在中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中采用的基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法包括:針對每條端到端數(shù)據(jù)流，以解空間樹的形式表示調(diào)度數(shù)據(jù)流的所有候選解，每次對解空間樹進行搜索時，首先判斷當前步驟是否可調(diào)度，如果可調(diào)度，就從該步驟出發(fā)繼續(xù)搜索下去;如果當前步驟不可調(diào)度，則逐步向其前一步回溯，嘗試別的選擇，避免不必要的搜索；具體步驟如下:
[0010]I)根據(jù)所給定的可利用信道數(shù)M和超幀通信的時隙個數(shù)T，建立調(diào)度數(shù)據(jù)流的解空間樹;解空間樹的每層深度代表一個時隙，每層深度的前M條支路代表M條可用信道;每條支路對應(yīng)一條可用信道偏移量，表示當前數(shù)據(jù)流在該時隙選擇相應(yīng)的信道進行通信;第M+1支路表示當前的數(shù)據(jù)流在當前時隙不進行任何通信鏈路安排；因此，解空間樹為M+1叉樹，各數(shù)據(jù)流在解空間樹的每層深度都有M+1種調(diào)度選擇；
[0011]2)對所有^[1，1']、(^[03-1]與1^[1，幻，初始化調(diào)度結(jié)果5[幻[(:][11]=0;
[0012]3)選擇一條未被調(diào)度的數(shù)據(jù)流Fn，從簇內(nèi)通信階段的首個時隙開始從解空間樹的第一層深度搜索調(diào)度解；
[0013]4)在搜索的每個時隙t，總是先選擇信道偏移量C = O的支路進行調(diào)度，并記S[t][c][n] = l;每次調(diào)度時，進行可調(diào)度性判斷;滿足可調(diào)度性判斷的條件有:(1)當前時隙不超過截止時間；(2)數(shù)據(jù)流的截止時隙與當前時隙之差不小于數(shù)據(jù)流所在路徑的剩余跳數(shù)；
(3)當前時隙處于相應(yīng)數(shù)據(jù)流的簇內(nèi)通信或簇間通信階段；(4)當前時隙如果安排鏈路，該鏈路不與其它已有鏈路存在沖突；
[0014]5)若當前時隙滿足可調(diào)度性判斷的所有條件，可以確定當前對時隙、信道和數(shù)據(jù)流的安排是可行的，并進入步驟10);若當前時隙不滿足可調(diào)度性判斷的任一條件，則需重置當前時隙的調(diào)度安排，即S[t][c][n]=0，并進入步驟6)?8);
[0015]6)如果不滿足可調(diào)度條件(I)或(2)，當前數(shù)據(jù)流不可調(diào)度，將立即進行回溯，回溯時進入步驟9);
[0016]7)如果不滿足可調(diào)度性的條件(3)，進一步判斷所處的通信階段，若未到達相應(yīng)的超幀階段，則不安排鏈路;若超過相應(yīng)的通信階段，當前數(shù)據(jù)流不可調(diào)度，將立即進行回溯，進入步驟9);
[0017]8)如果不滿足可調(diào)度性的條件(4)，首先判斷當前時隙是否已經(jīng)到達超幀的最后一個時隙，若是在最后一個時隙，將進行回溯步驟9);若不在最后一個時隙，進一步判斷相互沖突的鏈路是否含有相同的通信設(shè)備；如果含有相同的通信設(shè)備，則當前數(shù)據(jù)流在當前時隙不安排鏈路;否則，將當前數(shù)據(jù)流安排在當前時隙的另一可用信道；
[0018]9)回溯時，逐層回到祖先結(jié)點并選擇另一分支繼續(xù)搜索；當回溯到根結(jié)點時，將調(diào)度的數(shù)據(jù)流順序進行調(diào)整，調(diào)整后的數(shù)據(jù)流重新設(shè)置為未調(diào)度狀態(tài)，開始步驟3);當完成所有全排列集合的數(shù)據(jù)流的解空間樹搜索時，直接返回不可調(diào)度結(jié)果信息；
[0019]10)當前時隙t = t+l，進一步深度繼續(xù)搜索調(diào)度解，重復(fù)4)與步驟5)，直到完成當前數(shù)據(jù)流的所有時隙與信道調(diào)度搜索；
[0020]11)重復(fù)步驟3)?6)，直到完成所有數(shù)據(jù)流的所有時隙與信道調(diào)度搜索，最終返回關(guān)于S[t][c][n]的可調(diào)度解數(shù)組集合。
[0021 ]進一步，所述在大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，米用基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法包括:調(diào)度時，在每個時隙計算每條數(shù)據(jù)流的時間裕度，其值通過At = d-t-rt-at計算得到，其中，A t、d、t、rt和at分別代表時間裕度、截止時隙、當前時隙、剩余跳數(shù)和潛在的沖突時隙數(shù);計算的時間裕度值越小，數(shù)據(jù)流的緊急程度越高，該數(shù)據(jù)流將優(yōu)先被選擇安排鏈路;相反，時間裕度值越大，數(shù)據(jù)流的緊急程度越小，該數(shù)據(jù)流將在時間裕度較小的數(shù)據(jù)流之后進行調(diào)度;具體步驟如下:
[0022]I)在簇內(nèi)通信階段，以該階段的首個時隙為起點，計算每個簇整體調(diào)度的時間裕度；由于簇內(nèi)的數(shù)據(jù)所經(jīng)過的路徑一致，該階段只需計算一次時間裕度(取截止時隙最小的簇內(nèi)數(shù)據(jù)流計算)，即一個簇所有成員數(shù)據(jù)流的調(diào)度時間裕度用一個值A(chǔ) t表示；Δ t值越小，對應(yīng)的簇成員數(shù)據(jù)流的調(diào)度優(yōu)先級越高;計算△ t時，同時計算判斷d-t-rtX)這一確定性調(diào)度的必要條件，只有滿足此條件，數(shù)據(jù)流才可能調(diào)度成功，否則，直接返回不可調(diào)度結(jié)果；
[0023]2)首先調(diào)度時間裕度最小的簇，如果有時間裕度相等的情況，則先調(diào)度距離網(wǎng)關(guān)較遠的簇;簇內(nèi)通信長度為簇成員所有數(shù)據(jù)流數(shù)目之和;簇內(nèi)階段調(diào)度時，因為整個簇的時間裕度大小相同，所以在簇內(nèi)依次按照截止時間較早、更新周期較快和報文優(yōu)先級較高的順序進行時隙調(diào)度；
[0024]3)針對當前時隙的另一可用信道，按照步驟2)的方法，進一步調(diào)度時間裕度次小的簇，直到完成簇內(nèi)通信階段的時隙調(diào)度；
[0025]4)在簇間通信階段，用于當前簇成員和經(jīng)過該簇首的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);轉(zhuǎn)發(fā)時，在每個時隙，計算每條數(shù)據(jù)流的調(diào)度時間裕度，按照時間裕度從小到大的順序進行調(diào)度;倘若時間裕度相等，依次按照截止時間較早、更新周期較快和報文優(yōu)先級較高的順序進行時隙調(diào)度；
[0026]5)針對當前時隙的另一可用信道，按照同樣的方法，進一步調(diào)度時間裕度次小的數(shù)據(jù)流，同時避免與已經(jīng)調(diào)度的數(shù)據(jù)流產(chǎn)生沖突;一旦發(fā)生沖突，則當前時間裕度次小的數(shù)據(jù)流不安排鏈路，下一時隙到來時，其時間裕度進一步減小，具有更高的優(yōu)先級，從而更可能被成功調(diào)度；
[0027]6)進入下一個時隙，重復(fù)步驟4)?5)，直到完成轉(zhuǎn)發(fā)所有數(shù)據(jù)流;如果調(diào)度時返回調(diào)度失敗的結(jié)果，將通知用戶進一步處理，可選的措施為更改數(shù)據(jù)流的應(yīng)用需求或者切換至回溯法繼續(xù)進行搜索。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明針對目前工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)缺乏確定性調(diào)度方法的不足，創(chuàng)新性地提出一種基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法，取得了最優(yōu)的調(diào)度成功率。利用該方法可以在全網(wǎng)端到端數(shù)據(jù)流的調(diào)度解切實存在的情況下，成功得到可調(diào)度解。為彌補基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法在大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行時間較長的不足，進一步提出基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法，使其能夠在快速獲取調(diào)度解的同時，又能夠以接近最優(yōu)的調(diào)度成功率獲取調(diào)度解。本發(fā)明所提的兩種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，能夠為各數(shù)據(jù)流傳輸合理地分配時隙和信道資源并產(chǎn)生調(diào)度解，使得各設(shè)備按照調(diào)度解有規(guī)律地進行通信，避免了通信鏈路沖突，解決了 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)端到端數(shù)據(jù)流傳輸?shù)拇_定性問題。
【附圖說明】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0030]圖1為本發(fā)明所述基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法實施主流程圖；
[0031]圖2為本發(fā)明所述基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法在不滿足可調(diào)度判定條件時處理的實施子流程圖；
[0032]圖3為本發(fā)明所述基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法進行回溯步驟的實施子流程圖；
[0033]圖4為本發(fā)明所述基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法在簇內(nèi)通信階段實施流程圖；
[0034]圖5為本發(fā)明所述基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法在簇間通信階段實施流程圖。
【具體實施方式】
[0035]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0036]在本實施例中，假設(shè)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中存在N條端到端數(shù)據(jù)流F={Fi,F2)...，F(xiàn)n}，各數(shù)據(jù)流產(chǎn)生于現(xiàn)場設(shè)備，終止于網(wǎng)關(guān)設(shè)備。對于數(shù)據(jù)流Fn，其截止時間為d，并給定超幀時隙數(shù)T與可利用信道數(shù)M。通過運行確定性調(diào)度方法，為全網(wǎng)各數(shù)據(jù)流分配時隙與信道資源并產(chǎn)生調(diào)度解，使各設(shè)備間的通信方式遵循調(diào)度解，滿足端到端數(shù)據(jù)流通信的確定性要求。
[0037]—、在中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，采用基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法。
[0038]如圖1，基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法實施主流程包括以下步驟:
[0039]Stepl:根據(jù)所給定的可利用信道數(shù)M和超幀通信的時隙個數(shù)T，建立調(diào)度數(shù)據(jù)流的解空間樹。解空間樹的每層深度代表一個時隙，每層深度的前M條支路代表M條可用信道。每條支路對應(yīng)一條可用信道偏移量，表示當前數(shù)據(jù)流在該時隙選擇相應(yīng)的信道進行通信。第M+ 1支路表示當前的數(shù)據(jù)流在當前時隙不進行任何通信鏈路安排。因此，解空間樹為M+1叉樹，各數(shù)據(jù)流在解空間樹的每層深度都有M+1種調(diào)度選擇。
[0040]5七叩2、對所有〖￡[1，!']、(:￡[0，1-1]與11￡[1，幻，初始化調(diào)度結(jié)果5[幻[(3][11]=O。
[0041]Step3、選擇一條未被調(diào)度的數(shù)據(jù)流Fn，從簇內(nèi)通信階段的首個時隙開始從解空間樹的第一層深度搜索調(diào)度解。
[0042]Step4、在搜索的每個時隙t，總是先選擇信道偏移量C = O的支路進行調(diào)度，并記S[t][c][n] = l。每次調(diào)度時，進行可調(diào)度性判斷。滿足可調(diào)度性判斷的條件有:(1)當前時隙不超過截止時間；(2)數(shù)據(jù)流的截止時隙與當前時隙之差不小于數(shù)據(jù)流所在路徑的剩余跳數(shù)；(3)當前時隙處于相應(yīng)數(shù)據(jù)流的簇內(nèi)通信或簇間通信階段；(4)當前時隙如果安排鏈路，該鏈路不與其它已有鏈路存在沖突。
[0043]Step5、若當前時隙滿足可調(diào)度性判斷的所有條件，可以確定當前對時隙、信道和數(shù)據(jù)流的安排是可行的，當前時隙t = t+Ι，進一步深度繼續(xù)搜索調(diào)度解，重復(fù)Step4，直到完成當前數(shù)據(jù)流的所有時隙與信道調(diào)度搜索。進一步的，重復(fù)Step4?Step5，直到完成所有數(shù)據(jù)流的所有時隙與信道調(diào)度搜索，最終返回關(guān)于S[t][c] [η]的可調(diào)度解數(shù)組集合。若當前時隙不滿足可調(diào)度性判斷的任一條件，則需重置當前時隙的調(diào)度安排，即S[t][c][n]=0，并進入不滿足可調(diào)度判定條件時處理的實施子流程。
[0044]如圖2，不滿足可調(diào)度判定條件時處理的實施子流程包括以下步驟:
[0045]Stepl、如果不滿足可調(diào)度條件(I)或(2)，當前數(shù)據(jù)流不可調(diào)度，將立即進行回溯步驟的實施子流程。
[0046]Step2、如果不滿足可調(diào)度性的條件(3)，進一步判斷所處的超幀階段，若未到達相應(yīng)的超幀階段，則不安排鏈路;若超過通信時間段，當前數(shù)據(jù)流不可調(diào)度，將立即進行回溯步驟的實施子流程。
[0047]Step3、如果不滿足可調(diào)度性的條件(4)，首先判斷當前時隙是否已經(jīng)到達超幀的最后一個時隙，若是在最后一個時隙，將進行回溯步驟的實施子流程;若不在最后一個時隙，進一步判斷相互沖突的鏈路是否含有相同的通信設(shè)備。如果含有相同的通信設(shè)備，則當前數(shù)據(jù)流在當前時隙不安排鏈路;否則，將當前數(shù)據(jù)流安排在當前時隙的另一可用信道。
[0048]如圖3，進行回溯步驟的實施子流程時，逐層回到祖先結(jié)點并選擇另一分支繼續(xù)搜索。當回溯到根結(jié)點時，將調(diào)度的數(shù)據(jù)流順序進行調(diào)整，調(diào)整后的數(shù)據(jù)流重新設(shè)置為未調(diào)度狀態(tài)，開始步驟Step3。當完成所有全排列集合的數(shù)據(jù)流的解空間樹搜索時，直接返回不可調(diào)度結(jié)果信息。
[0049]二、在大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，米用基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法。
[0050]如圖4，基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法在族內(nèi)通?目階段實施流程包括以下步驟:
[0051 ] Stepl、在簇內(nèi)通信階段，以該階段的首個時隙為起點，計算每個簇整體調(diào)度的時間裕度。由于簇內(nèi)的數(shù)據(jù)所經(jīng)過的路徑一致，該階段只需計算一次時間裕度(取截止時隙最小的簇內(nèi)數(shù)據(jù)流計算)，即一個簇所有成員數(shù)據(jù)流的調(diào)度時間裕度用一個值A(chǔ) t表示。△ t值越小，對應(yīng)的簇成員數(shù)據(jù)流的調(diào)度優(yōu)先級越高。計算△ t時，同時判斷d-t-rtX)這一確定性調(diào)度的必要條件。只有滿足此條件，數(shù)據(jù)流才可能調(diào)度成功。否則，直接返回不可調(diào)度結(jié)果。
[0052]Step2、首先調(diào)度時間裕度最小的簇，如果有時間裕度相等的情況，則先調(diào)度距離網(wǎng)關(guān)較遠的簇。簇內(nèi)通信長度為簇成員所有數(shù)據(jù)流數(shù)目之和。簇內(nèi)階段調(diào)度時，因為整個簇的時間裕度大小相同，所以在簇內(nèi)依次按照截止時間較早、更新周期較快和報文優(yōu)先級較高的順序進行時隙調(diào)度。
[0053]Step3、在當前時隙的另一可用信道，按照Step2的方法，進一步調(diào)度時間裕度次小的簇，直到完成簇內(nèi)通信階段的時隙調(diào)度。
[0054]如圖5，基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法在簇間通信階段實施流程包括以下步驟:
[0055]Stepl、在簇間通信階段，應(yīng)滿足當前簇成員和經(jīng)過該簇首的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。其長度不小于這些需要進行轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流數(shù)目之和。轉(zhuǎn)發(fā)時，在每個時隙，計算每條數(shù)據(jù)流的調(diào)度時間裕度，按照時間裕度從小到大的順序進行調(diào)度。倘若時間裕度相等，依次按照截止時間較早、更新周期較快和報文優(yōu)先級較高的順序進行時隙調(diào)度。
[0056]Step2、在當前時隙的另一可用信道，按照同樣的方法，進一步調(diào)度時間裕度次小的數(shù)據(jù)流，同時避免與已經(jīng)調(diào)度的數(shù)據(jù)流產(chǎn)生沖突。一旦發(fā)生沖突，則當前時間裕度次小的數(shù)據(jù)流不安排鏈路，下一時隙到來時，其時間裕度進一步減小，具有更高的優(yōu)先級，從而更可能被成功調(diào)度。
[0057]Step3、進入下一個時隙，重復(fù)Stepl?Step2，直到完成轉(zhuǎn)發(fā)所有數(shù)據(jù)。如果調(diào)度時返回調(diào)度失敗的結(jié)果，將通知用戶進一步處理，可選的措施為更改數(shù)據(jù)流的應(yīng)用需求或者切換至回溯法繼續(xù)進行搜索。
[0058]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，其特征在于:該確定性調(diào)度方法包括面向中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法和面向大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法； 在中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，利用基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法，通過建立調(diào)度數(shù)據(jù)流的解空間樹，在搜索部分或所有解空間樹后即可獲取調(diào)度解，能夠取得調(diào)度的最優(yōu)成功率;在大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，利用基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法，為每條數(shù)據(jù)流計算每個時隙的時間裕度，根據(jù)時間裕度安排調(diào)度的優(yōu)先級，能夠以較高的成功率在短時間內(nèi)獲得調(diào)度解； 上述針對數(shù)據(jù)流的確定性調(diào)度分為簇內(nèi)通信和簇間通信兩個階段:所述簇內(nèi)通信階段包括:現(xiàn)場設(shè)備周期性產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到作為簇首的路由設(shè)備，路由設(shè)備匯集接收各現(xiàn)場設(shè)備成員的數(shù)據(jù);所述簇間通信階段包括:路由設(shè)備將收集的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳路由設(shè)備，直到轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)關(guān)設(shè)備為止。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，其特征在于:所述在中小規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中采用的基于回溯法的最優(yōu)確定性調(diào)度方法包括:針對每條端到端數(shù)據(jù)流，以解空間樹的形式表示調(diào)度數(shù)據(jù)流的所有候選解，每次對解空間樹進行搜索時，首先判斷當前步驟是否可調(diào)度，如果可調(diào)度，就從該步驟出發(fā)繼續(xù)搜索下去；如果當前步驟不可調(diào)度，則逐步向其前一步回溯，嘗試別的選擇，避免不必要的搜索；具體步驟如下: 1)根據(jù)所給定的可利用信道數(shù)M和超幀通信的時隙個數(shù)T，建立調(diào)度數(shù)據(jù)流的解空間樹;解空間樹的每層深度代表一個時隙，每層深度的前M條支路代表M條可用信道;每條支路對應(yīng)一條可用信道偏移量，表示當前數(shù)據(jù)流在該時隙選擇相應(yīng)的信道進行通信;第M+1支路表示當前的數(shù)據(jù)流在當前時隙不進行任何通信鏈路安排；因此，解空間樹為M+1叉樹，各數(shù)據(jù)流在解空間樹的每層深度都有M+1種調(diào)度選擇； 2)對所有七￡[1，!']、(:￡[0，1-1]與11￡[1，幻，初始化調(diào)度結(jié)果5[幻[(3][11]=0;其中4表示當前時隙，c表示使用的信道偏移量，η表示當前數(shù)據(jù)流編號，N表示數(shù)據(jù)流數(shù)目，S表示調(diào)度解數(shù)組； 3)選擇一條未被調(diào)度的數(shù)據(jù)流Fn，從簇內(nèi)通信階段的首個時隙開始從解空間樹的第一層深度搜索調(diào)度解； 4)在搜索的每個時隙t，總是先選擇信道偏移量c= 0的支路進行調(diào)度，并記S[t][c][n]=I;每次調(diào)度時，進行可調(diào)度性判斷;滿足可調(diào)度性判斷的條件有:(I)當前時隙不超過截止時間；(2)數(shù)據(jù)流的截止時隙與當前時隙之差不小于數(shù)據(jù)流所在路徑的剩余跳數(shù)；(3)當前時隙處于相應(yīng)數(shù)據(jù)流的簇內(nèi)通信或簇間通信階段；(4)當前時隙如果安排鏈路，該鏈路不與其它已有鏈路存在沖突； 5)若當前時隙滿足可調(diào)度性判斷的所有條件，可以確定當前對時隙、信道和數(shù)據(jù)流的安排是可行的，并進入步驟10);若當前時隙不滿足可調(diào)度性判斷的任一條件，則需重置當前時隙的調(diào)度安排，即S[t][c][n]=0，并進入步驟6)?8); 6)如果不滿足可調(diào)度條件(I)或(2)，當前數(shù)據(jù)流不可調(diào)度，將立即進行回溯，回溯時進入步驟9); 7)如果不滿足可調(diào)度性的條件(3)，進一步判斷所處的通信階段，若未到達相應(yīng)的超幀階段，則不安排鏈路;若超過相應(yīng)的通信階段，當前數(shù)據(jù)流不可調(diào)度，將立即進行回溯，進入步驟9)； 8)如果不滿足可調(diào)度性的條件(4)，首先判斷當前時隙是否已經(jīng)到達超幀的最后一個時隙，若是在最后一個時隙，將進行回溯步驟9);若不在最后一個時隙，進一步判斷相互沖突的鏈路是否含有相同的通信設(shè)備；如果含有相同的通信設(shè)備，則當前數(shù)據(jù)流在當前時隙不安排鏈路;否則，將當前數(shù)據(jù)流安排在當前時隙的另一可用信道； 9)回溯時，逐層回到祖先結(jié)點并選擇另一分支繼續(xù)搜索；當回溯到根結(jié)點時，將調(diào)度的數(shù)據(jù)流順序進行調(diào)整，調(diào)整后的數(shù)據(jù)流重新設(shè)置為未調(diào)度狀態(tài)，開始步驟3);當完成所有全排列集合的數(shù)據(jù)流的解空間樹搜索時，直接返回不可調(diào)度結(jié)果信息； 10)當前時隙t= t+l，進一步深度繼續(xù)搜索調(diào)度解，重復(fù)4)與步驟5)，直到完成當前數(shù)據(jù)流的所有時隙與信道調(diào)度搜索； 11)重復(fù)步驟3)?6)，直到完成所有數(shù)據(jù)流的所有時隙與信道調(diào)度搜索，最終返回關(guān)于S[t][c][n]的可調(diào)度解數(shù)組集合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的確定性調(diào)度方法，其特征在于:所述在大規(guī)模WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中，采用基于最小時間裕度優(yōu)先的次優(yōu)確定性調(diào)度方法包括:調(diào)度時，在每個時隙計算每條數(shù)據(jù)流的時間裕度，其值通過△ t = d-t-rt-at計算得到，其中，Δ t、d、t、rt和at分別代表時間裕度、截止時隙、當前時隙、剩余跳數(shù)和潛在的沖突時隙數(shù);計算的時間裕度值越小，數(shù)據(jù)流的緊急程度越高，該數(shù)據(jù)流將優(yōu)先被選擇安排鏈路;相反，時間裕度值越大，數(shù)據(jù)流的緊急程度越小，該數(shù)據(jù)流將在時間裕度較小的數(shù)據(jù)流之后進行調(diào)度;具體步驟如下: 1)在簇內(nèi)通信階段，以該階段的首個時隙為起點，計算每個簇整體調(diào)度的時間裕度；由于簇內(nèi)的數(shù)據(jù)所經(jīng)過的路徑一致，該階段只需計算一次時間裕度(取截止時隙最小的簇內(nèi)數(shù)據(jù)流計算)，即一個簇所有成員數(shù)據(jù)流的調(diào)度時間裕度用一個值A(chǔ) t表示；△ t值越小，對應(yīng)的簇成員數(shù)據(jù)流的調(diào)度優(yōu)先級越高;計算△ t時，同時計算判斷d-t-rtX)這一確定性調(diào)度的必要條件，只有滿足此條件，數(shù)據(jù)流才可能調(diào)度成功，否則，直接返回不可調(diào)度結(jié)果； 2)首先調(diào)度時間裕度最小的簇，如果有時間裕度相等的情況，則先調(diào)度距離網(wǎng)關(guān)較遠的簇;簇內(nèi)通信長度為簇成員所有數(shù)據(jù)流數(shù)目之和;簇內(nèi)階段調(diào)度時，因為整個簇的時間裕度大小相同，所以在簇內(nèi)依次按照截止時間較早、更新周期較快和報文優(yōu)先級較高的順序進行時隙調(diào)度； 3)針對當前時隙的另一可用信道，按照步驟2)的方法，進一步調(diào)度時間裕度次小的簇，直到完成簇內(nèi)通信階段的時隙調(diào)度； 4)在簇間通信階段，用于當前簇成員和經(jīng)過該簇首的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);轉(zhuǎn)發(fā)時，在每個時隙，計算每條數(shù)據(jù)流的調(diào)度時間裕度，按照時間裕度從小到大的順序進行調(diào)度;倘若時間裕度相等，依次按照截止時間較早、更新周期較快和報文優(yōu)先級較高的順序進行時隙調(diào)度； 5)針對當前時隙的另一可用信道，按照同樣的方法，進一步調(diào)度時間裕度次小的數(shù)據(jù)流，同時避免與已經(jīng)調(diào)度的數(shù)據(jù)流產(chǎn)生沖突;一旦發(fā)生沖突，則當前時間裕度次小的數(shù)據(jù)流不安排鏈路，下一時隙到來時，其時間裕度進一步減小，具有更高的優(yōu)先級，從而更可能被成功調(diào)度； 6)進入下一個時隙，重復(fù)步驟4)?5)，直到完成轉(zhuǎn)發(fā)所有數(shù)據(jù)流;如果調(diào)度時返回調(diào)度失敗的結(jié)果，將通知用戶進一步處理，可選的措施為更改數(shù)據(jù)流的應(yīng)用需求或者切換至回溯法繼續(xù)進行搜索。
【文檔編號】H04W72/04GK106060940SQ201610349863
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】王恒, 王平, 陳鵬飛, 楊杭
【申請人】重慶郵電大學(xué)