一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法
2023-07-20 01:13:46 3
一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法
【專利摘要】本發明公開了一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，屬於工業乙太網數據通信【技術領域】。該方法根據工業實時乙太網的應用需求，在實現通信調度實體的基礎上，設計了基於動態優先級和鏈路時延矩陣的確定性調度方法。本發明提供的通信調度方法，既解決了工業乙太網中低優先級非周期報文無限等待的問題，也提高了定時精度和調度精度，極大的提升了網絡的整體管理質量與效率。
【專利說明】一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於工業乙太網數據通信【技術領域】，涉及一種面向工業乙太網的確定性通調度方法。
【背景技術】
[0002]傳統的商用乙太網(即IEEE802.3標準)具有開放、資源豐富、兼容性好和集成方便等優點，但也存在可靠性不高、抗幹擾性和本質安全性不足等缺陷，無法直接應用於工業控制領域。工業乙太網則在商用乙太網的基礎上增加了通信調度管理實體和TDMA錯時發送機制，避免了數據衝突問題，滿足了工業現場高實時性、高可靠性的需求。
[0003]目前，工業乙太網的通信調度技術仍存在一些問題，比如非周期報文的隨機發送機制會導致通信時延變化，進而影響時間同步精度和確定性通信調度精度，甚至可能會導致數據衝突；另外，非周期報文採用靜態優先級測量，低優先級報文可能會被無期限延遲，從而引起節點緩衝區的溢出。因此，針對工業乙太網的應用需求，設計一種合理、高效的確定性通信調度機制是非常有必要的。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，該方法在實現通信調度實體的基礎上，採用了基於動態優先級和鏈路時延矩陣，可以有效避免低優先級報文長期延遲，提高了通信資源的調度精度。
[0005]工業乙太網中有兩種報文:一種是周期報文，如傳感器循環採集的數據；另一種是非周期報文，如警報和管理報文。相應的，工業乙太網也將時間分為周期報文傳輸階段和非周期報文傳輸階段，這兩個階段構成一個宏周期。非周期性報文通過報文優先級和IP位址來競爭總線的訪問控制權。由於IP位址取決於應用，工業乙太網只能通過提高非周期報文的優先級來實現穩定、快速和準確的通信調度。動態優先級技術針對具有隨機性的非周期報文，它是在靜態優先級的基礎上加入了時間要素，即一個非周期報文等待時間越長，它的優先級越高。周期報文發送時間是確定的，它的優先級通常也最高，因此無需動態調整周期報文的優先級。
[0006]鏈路時延矩陣技術主要針對周期報文，它計算周期性報文的鏈路時延，並調度工業乙太網節點提前發送以抵消通信時延，提高調度精度。周期報文的字節數大小固定，而且發送的時間在每個周期中的偏移是相同的，這使得系統各個節點周期報文的通信時延基本相同。對於非周期報文來說，它的發送時間是不能固定的，當系統需要預約發送時間時，也可以使用基於鏈路時延的發送矩陣。
[0007]定時器是工業乙太網進行資源調度、時序管理的基礎。基於時間差分的定時器鍊表使得對定時器的管理和調度變得簡單、快速。在定時器鍊表中插入一個定時器節點即可實現定時器的設置，而刪除一個節點即可中止一個定時器運行。
[0008]本發明提供的技術方案如下:[0009]一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，該方法在靜態優先級的基礎上，增加時間要素，形成動態優先級策略；所述優先級策略具體包括以下步驟:
[0010]I)將非周期數據報文按優先級分類，分別放入對應優先級的隊列中；
[0011]2)報文裝入隊列後開始啟動定時器計時，若該報文在規定時間內能夠發送成功，記下此時的調整因子K ;否則隨著等待時間的增加K值會不斷增加，直到能夠成功發送為止;
[0012]3)同類報文在本隊列中的平均等待時間以宏周期為基本單位，等待的時間越長，隊列中位置就越靠隊列頭，即在本隊列中的優先級越高；
[0013]4)當進入非周期報文發送階段時，根據利用計算好的優先級進行發送，如果IP位址相同的話，則選擇地址小的優先發送。若競爭失敗，則採用前面的方法繼續調整優先級，準備下一輪的發送。
[0014]進一步，在所述調度方法中增加鏈路時延矩陣，從而提高了工業乙太網的調度精度。
[0015]進一步，增加鏈路時延矩陣具體包括以下步驟:
[0016]a)計算每兩個節點之間的通信延遲時間AT，包括發送處理時延A，排隊時延t2，傳輸時延t3和接收處理時延t4 ；
[0017]b)將該發送節點的發送時間Tsmd提前AT，即調整後的發送時間為Tatuust =Tsend- Δ T ；
[0018]c)整個工業乙太網的通信時延矩陣為
【權利要求】
1.一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，其特徵在於:在靜態優先級的基礎上，增加時間要素，形成動態優先級策略；所述優先級策略具體包括以下步驟: 1)將非周期數據報文按優先級分類，分別放入對應優先級的隊列中； 2)報文裝入隊列後開始啟動定時器計時，若該報文在規定時間內能夠發送成功，記下此時的調整因子K ;否則隨著等待時間的增加K值會不斷增加，直到能夠成功發送為止； 3)同類報文在本隊列中的平均等待時間以宏周期為基本單位，等待的時間越長，隊列中位置就越靠隊列頭，即在本隊列中的優先級越高； 4)當進入非周期報文發送階段時，根據利用計算好的優先級進行發送，如果IP位址相同的話，則選擇地址小的優先發送，若競爭失敗，則採用前面的方法繼續調整優先級，準備下一輪的發送。
2.根據權利要求1所述的一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，其特徵在於:在所述調度方法中增加鏈路時延矩陣，提高工業乙太網的調度精度。
3.根據權利要求2所述的一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，其特徵在於:增加鏈路時延矩陣具體包括以下步驟: a)計算每兩個節點之間的通信延遲時間AT，包括發送處理時延t1，排隊時延t2，傳輸時延t3和接收處理時延t4 ； b)將該發送節點的發送時間Tsmd提前AT，即調整後的發送時間為Tadjust= Tsend-△T ；
4.根據權利要求1所述的一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，其特徵在於:所述調度方法還提供了一種基於時間差分的定時器鍊表，用於減少處理器開銷，提高系統性能。
5.根據權利要求4所述的一種面向工業乙太網的確定性通信調度方法，其特徵在於:所述基於時間差分的定時器鍊表具體為: A、定時器鍊表的頭部始終指向宏周期相對偏移量最小的定時時間； B、定時器鍊表中每個定時時間值實際上是前面的幾個時間值的總和； C、定時器鍊表中前面定時時間事件總是先於後面的發生，不能亂序。
【文檔編號】H04L12/865GK103873387SQ201410088054
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】謝昊飛, 陳良平, 劉星, 高舉, 吳博, 黃榮科 申請人:重慶郵電大學