考虑链路重传的工业无线网络确定性调度方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑链路重传的工业无线网络确定性调度方法，属于工业网络技术领域。本发明专利技术面向工业无线网络数据传输的高可靠、高实时需求，针对工业无线网络中的丢包问题，在调度的过程中考虑重传，分别提出了支持连续重传和窗口内重传两种策略的确定性调度方法。所提方法基于链路时隙裕度和动态优先级，通过在每个时隙按照调度规则为重传链路分配通信资源，缓解丢包对数据传输的影响，并围绕两种重传策略进行相应的时隙、信道资源优化分配，保障数据端到端按时到达。本发明专利技术所提出的调度方法，在满足数据传输确定性的前提下，进一步提高了数据传输的可靠性，实现了数据传输实时与可靠之间的有效均衡。

Deterministic scheduling method for industrial wireless networks considering link retransmissions

The invention relates to a deterministic scheduling method for industrial wireless networks considering link retransmissions, which belongs to the field of industrial network technology. The invention aims at the high reliability and high real-time requirement of data transmission in industrial wireless network. Aiming at the problem of packet loss in industrial wireless network, the deterministic scheduling method supporting two strategies of continuous retransmit and window retransmit is proposed respectively, considering retransmit in the scheduling process. Based on the link slot margin and dynamic priority, the proposed method allocates communication resources for the transmission link according to scheduling rules in each slot, alleviates the impact of packet loss on data transmission, and optimizes the allocation of slots and channel resources around the two retransmitting strategies to ensure the end-to-end arrival of data on time. The scheduling method of the present invention further improves the reliability of data transmission and achieves an effective balance between real-time and reliable data transmission on the premise of satisfying the determinacy of data transmission.

【技术实现步骤摘要】
考虑链路重传的工业无线网络确定性调度方法
本专利技术属于工业无线网络通信
，涉及考虑链路重传的工业无线网络确定性调度方法。
技术介绍
工业无线网络是一种用于工业现场设备之间信息交互的无线通信网络，具有自组织、低功耗、易于升级和部署等特点，对提高工业现场的生产效率、节省成本具有实际意义。工业无线网络中的周期性数据通常具有高实时、高可靠的要求，并且具有截止时间的约束，而工业现场网络设备的计算能力和可用通信资源有限，且不确定因素众多，所以研究如何为网络中的数据传输合理高效地分配时隙和信道资源，满足数据传输的实时可靠需求以及满足截止时间的约束具有重要意义。工业无线网络一般采用时分多址技术以提供时隙资源，并采用多信道技术以提供信道资源，同时也会为数据流分配数据传输所需的路径资源，确定性调度技术作为工业无线网络中一项关键技术，它的主要任务是合理地为网络中的数据流分配时隙和信道资源，以满足工业实时数据的确定性调度需求和截止时间的约束。工业无线网络现场环境复杂、干扰众多，从而导致无线数据传输面临丢包问题。解决工业无线网络丢包问题主要有重传、多路径传输等方法。其中，重传是一种简捷高效的可靠性提升机制，在无线网络中被普遍使用。例如，在工业无线WirelessHART标准中，对调度中的重传时隙进行了安排，即在已调度链路的下一时隙为该链路预留一个时隙用于重传，但其调度方法主要考虑顺序编排，没有对多跳数据流的调度进行联合优化配置。现有的面向工业无线网络的确定性调度优化类方法，则主要集中于解决调度是否可解、如何提高调度成功率的问题，而很少在调度的过程中考虑对包重传的影响。针对工业无线网络中的丢包重传问题，本专利技术分别提出了支持连续重传和窗口内重传两种策略的确定性调度方法。所提方法在满足数据传输确定性的前提下，进一步提高了数据传输的可靠性，实现了数据传输实时与可靠之间的有效均衡，提升了网络的通信性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种考虑链路重传的工业无线网络确定性调度方法，包括考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法和考虑窗口内重传的工业无线网络确定性调度方法，通过在调度过程中考虑链路重传，并合理的给网络中的传输链路分配时隙和信道资源，从而在数据丢包的情况下，解决通信链路实时可靠传输的问题，改善网络的通信性能。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法，首先获取待调度网络的参数，包括网络节点个数N，数据流的传输路径、周期和相对截止时间，网络超帧周期T，以及网络可用信道数量M和重传次数K；然后，该方法在每个时隙首先调度重传链路，并对释放态链路计算链路时隙裕度，计算方式为dk-t+1-Ck，dk表示传输链路k的截止时间，t表示当前时隙，Ck表示链路生存周期被包含于传输链路k的生存周期之内并与传输链路k存在链路冲突的链路总数；传输链路k的生存周期表示为[rk,dk]，rk表示传输链路k的释放时隙，通过rk＝Rk+prek计算，其中Rk表示传输链路k所在数据流的释放时隙，prek表示到达传输链路k所需链路总数；dk表示传输链路k的截止时隙，通过dk＝Dk-postk计算，其中Dk表示传输链路k所在数据流的截止时隙，postk表示传输链路k到达目的节点所需链路总数；在计算时，重传链路也视为数据流传输过程中必须经过的一个链路，即在计算链路个数时要加入重传链路；链路时隙裕度越小，则当前紧急程度越高，该链路应该优先调度，并判断是否满足截止时间的要求，对于重传链路，还应判断是否满足信道区分；若任一不满足，则网络不可调度，结束方法；若都满足，则为该链路分配时隙信道资源，并将其加入重传链路集合，更新重传次数信息；考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法的具体步骤如下：11)读取待调度网络的网络参数，包括网络节点数量N，数据流传输路径和相对截止时间，以及网络中可用信道数量M、网络的超帧周期T，网络中链路重传次数K，并初始化当前时隙t＝1；12)若当前时隙t大于超帧周期T，表明网络在该超帧周期内无法完成调度，直接返回不可调度结果；若当前时隙t小于等于超帧周期T，且网络中不存在释放态链路以及重传链路，表明网络已调度成功，返回调度的结果；若当前时隙t小于等于超帧周期T，且网络中还存在未调度的释放态链路或者重传链路，表明网络正在进行调度，进入步骤13)；13)在当前时隙t，对处于释放态的链路根据其生存周期信息计算链路时隙裕度，并按照链路时隙裕度从小到大进行排序，得到当前时隙待调度链路集合；若当前时隙不存在重传链路，则进入步骤14)；若当前时隙存在重传链路，则进入步骤15)；14)按照信道个数M，依次从待调度链路集合选择链路时隙裕度最小的安排调度，若当前安排调度链路的截止时间小于当前时隙t，则该链路所在数据流不可调度，返回不可调度结果，方法结束；若M个信道都已安排待调度链路或者待调度链路集合中不存在剩余链路，调度过程结束，并按顺序将已调度链路加入到重传链路集合，返回步骤12)；15)判断待调度链路集合中的链路和重传链路集合中的链路的截止时间是否大于等于当前时隙t；若存在截止时间小于当前时隙t的链路，则当前网络不可调度，返回不可调度结果，方法结束；若不存在上述情况，依次为重传链路分配信道，并注意信道区分；信道区分中，某一链路的第K次重传链路在分配信道时，采用第K-1次重传链路调度使用的信道编号加1的方式，若编号大于信道个数M，则从1开始重新计数；并需保证与前K-1次重传链路调度使用的信道编号不同，若信道个数小于重传次数，则需保证第K次重传链路与第K-1次重传链路调度使用的信道编号不同，若不能满足，则返回不可调度；重传链路信道分配完成后，进入步骤16)；16)若重传链路信道分配完成后还存在空闲信道，从待调度链路集合删除与重传链路冲突的链路，然后依次从待调度链路集合选择链路时隙裕度最小的链路分配信道，并删除剩余链路中与其冲突的链路；若M个信道都已分配完成或者待调度链路集合中不存在剩余链路，调度过程结束，按顺序将已调度链路加入到重传链路集合，并进入步骤17)；17)令当前时隙t＝t+1，根据步骤15)和步骤16)中链路调度结果，更新重传链路集合中链路的重传次数信息；更新完成后，返回步骤12)。考虑窗口内重传的工业无线网络确定性调度方法，首先获取待调度网络的参数，包括网络节点个数N，数据流的传输路径、周期和相对截止时间，网络超帧周期T，网络可用信道数量M，重传次数K和重传窗口Q；然后，该方法在每个时隙对释放态链路和重传链路计算链路时隙裕度，计算方式为dk-t+1-Ck，dk表示传输链路k的截止时间，t表示当前时隙，Ck表示链路生存周期被包含于传输链路k的生存周期之内并与传输链路k存在链路冲突的链路总数；传输链路k的生存周期表示为[rk,dk]，rk表示传输链路k的释放时隙，通过rk＝Rk+prek计算，其中Rk表示传输链路k所在数据流的释放时隙，prek表示到达传输链路k所需链路总数；dk表示传输链路k的截止时隙，通过dk＝Dk-postk计算，其中Dk表示传输链路k所在数据流的截止时隙，postk表示传输链路k到达目的节点所需链路总数；在计算时，重传链路也视为数据流传输过程中必须经过的一个链路，即在计算链路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法，其特征在于：首先获取待调度网络的参数，包括网络节点个数N，数据流的传输路径、周期和相对截止时间，网络超帧周期T，以及网络可用信道数量M和重传次数K；然后，该方法在每个时隙首先调度重传链路，并对释放态链路计算链路时隙裕度，计算方式为dk‑t+1‑Ck，dk表示传输链路k的截止时间，t表示当前时隙，Ck表示链路生存周期被包含于传输链路k的生存周期之内并与传输链路k存在链路冲突的链路总数；传输链路k的生存周期表示为[rk,dk]，rk表示传输链路k的释放时隙，通过rk＝Rk+prek计算，其中Rk表示传输链路k所在数据流的释放时隙，prek表示到达传输链路k所需链路总数；dk表示传输链路k的截止时隙，通过dk＝Dk‑postk计算，其中Dk表示传输链路k所在数据流的截止时隙，postk表示传输链路k到达目的节点所需链路总数；在计算时，重传链路也视为数据流传输过程中必须经过的一个链路，即在计算链路个数时要加入重传链路；链路时隙裕度越小，则当前紧急程度越高，该链路应该优先调度，并判断是否满足截止时间的要求，对于重传链路，还应判断是否满足信道区分；若任一不满足，则网络不可调度，结束方法；若都满足，则为该链路分配时隙信道资源，并将其加入重传链路集合，更新重传次数信息；考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法的具体步骤如下：11)读取待调度网络的网络参数，包括网络节点数量N，数据流传输路径和相对截止时间，以及网络中可用信道数量M、网络的超帧周期T，网络中链路重传次数K，并初始化当前时隙t＝1；12)若当前时隙t大于超帧周期T，表明网络在该超帧周期内无法完成调度，直接返回不可调度结果；若当前时隙t小于等于超帧周期T，且网络中不存在释放态链路以及重传链路，表明网络已调度成功，返回调度的结果；若当前时隙t小于等于超帧周期T，且网络中还存在未调度的释放态链路或者重传链路，表明网络正在进行调度，进入步骤13)；13)在当前时隙t，对处于释放态的链路根据其生存周期信息计算链路时隙裕度，并按照链路时隙裕度从小到大进行排序，得到当前时隙待调度链路集合；若当前时隙不存在重传链路，则进入步骤14)；若当前时隙存在重传链路，则进入步骤15)；14)按照信道个数M，依次从待调度链路集合选择链路时隙裕度最小的安排调度，若当前安排调度链路的截止时间小于当前时隙t，则该链路所在数据流不可调度，返回不可调度结果，方法结束；若M个信道都已安排待调度链路或者待调度链路集合中不存在剩余链路，调度过程结束，并按顺序将已调度链路加入到重传链路集合，返回步骤12)；15)判断待调度链路集合中的链路和重传链路集合中的链路的截止时间是否大于等于当前时隙t；若存在截止时间小于当前时隙t的链路，则当前网络不可调度，返回不可调度结果，方法结束；若不存在上述情况，依次为重传链路分配信道，并注意信道区分；信道区分中，某一链路的第K次重传链路在分配信道时，采用第K‑1次重传链路调度使用的信道编号加1的方式，若编号大于信道个数M，则从1开始重新计数；并需保证与前K‑1次重传链路调度使用的信道编号不同，若信道个数小于重传次数，则需保证第K次重传链路与第K‑1次重传链路调度使用的信道编号不同，若不能满足，则返回不可调度；重传链路信道分配完成后，进入步骤16)；16)若重传链路信道分配完成后还存在空闲信道，从待调度链路集合删除与重传链路冲突的链路，然后依次从待调度链路集合选择链路时隙裕度最小的链路分配信道，并删除剩余链路中与其冲突的链路；若M个信道都已分配完成或者待调度链路集合中不存在剩余链路，调度过程结束，按顺序将已调度链路加入到重传链路集合，并进入步骤17)；17)令当前时隙t＝t+1，根据步骤15)和步骤16)中链路调度结果，更新重传链路集合中链路的重传次数信息；更新完成后，返回步骤12)。...

【技术特征摘要】
1.考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法，其特征在于：首先获取待调度网络的参数，包括网络节点个数N，数据流的传输路径、周期和相对截止时间，网络超帧周期T，以及网络可用信道数量M和重传次数K；然后，该方法在每个时隙首先调度重传链路，并对释放态链路计算链路时隙裕度，计算方式为dk-t+1-Ck，dk表示传输链路k的截止时间，t表示当前时隙，Ck表示链路生存周期被包含于传输链路k的生存周期之内并与传输链路k存在链路冲突的链路总数；传输链路k的生存周期表示为[rk,dk]，rk表示传输链路k的释放时隙，通过rk＝Rk+prek计算，其中Rk表示传输链路k所在数据流的释放时隙，prek表示到达传输链路k所需链路总数；dk表示传输链路k的截止时隙，通过dk＝Dk-postk计算，其中Dk表示传输链路k所在数据流的截止时隙，postk表示传输链路k到达目的节点所需链路总数；在计算时，重传链路也视为数据流传输过程中必须经过的一个链路，即在计算链路个数时要加入重传链路；链路时隙裕度越小，则当前紧急程度越高，该链路应该优先调度，并判断是否满足截止时间的要求，对于重传链路，还应判断是否满足信道区分；若任一不满足，则网络不可调度，结束方法；若都满足，则为该链路分配时隙信道资源，并将其加入重传链路集合，更新重传次数信息；考虑连续重传的工业无线网络确定性调度方法的具体步骤如下：11)读取待调度网络的网络参数，包括网络节点数量N，数据流传输路径和相对截止时间，以及网络中可用信道数量M、网络的超帧周期T，网络中链路重传次数K，并初始化当前时隙t＝1；12)若当前时隙t大于超帧周期T，表明网络在该超帧周期内无法完成调度，直接返回不可调度结果；若当前时隙t小于等于超帧周期T，且网络中不存在释放态链路以及重传链路，表明网络已调度成功，返回调度的结果；若当前时隙t小于等于超帧周期T，且网络中还存在未调度的释放态链路或者重传链路，表明网络正在进行调度，进入步骤13)；13)在当前时隙t，对处于释放态的链路根据其生存周期信息计算链路时隙裕度，并按照链路时隙裕度从小到大进行排序，得到当前时隙待调度链路集合；若当前时隙不存在重传链路，则进入步骤14)；若当前时隙存在重传链路，则进入步骤15)；14)按照信道个数M，依次从待调度链路集合选择链路时隙裕度最小的安排调度，若当前安排调度链路的截止时间小于当前时隙t，则该链路所在数据流不可调度，返回不可调度结果，方法结束；若M个信道都已安排待调度链路或者待调度链路集合中不存在剩余链路，调度过程结束，并按顺序将已调度链路加入到重传链路集合，返回步骤12)；15)判断待调度链路集合中的链路和重传链路集合中的链路的截止时间是否大于等于当前时隙t；若存在截止时间小于当前时隙t的链路，则当前网络不可调度，返回不可调度结果，方法结束；若不存在上述情况，依次为重传链路分配信道，并注意信道区分；信道区分中，某一链路的第K次重传链路在分配信道时，采用第K-1次重传链路调度使用的信道编号加1的方式，若编号大于信道个数M，则从1开始重新计数；并需保证与前K-1次重传链路调度使用的信道编号不同，若信道个数小于重传次数，则需保证第K次重传链路与第K-1次重传链路调度使用的信道编号不同，若不能满足，则返回不可调度；重传链路信道分配完成后，进入步骤16)；16)若重传链路信道分配完成后还存在空闲信道，从待调度链路集合删除与重传链路冲突的链路，然后依次从待调度链路集合选择链路时隙裕度最小的链路分配信道，并删除剩余链路中与其冲突的链路；若M个信道都已分配完成或者待调度链路集合中不存在剩余链路，调度过程结束，按顺序将已调度链路加入到重传链路集合，并进入步骤17)；17)令当前时隙t＝t+1，根据步骤15)和步骤16)中链路调度结果，更新重传链路集合中链路的重传次数信息；更新完成后，返回步骤12)。2.考虑窗口内重传的工业无线网络确定性调度方法，其特征在于：首先获取待调度网络的参数，包括网络节点个数N，数据流的传输路径、周期和相对截止时间，网络超帧周期T，网络可用信道数量M，重传次数K和重传窗口Q；然后，该方法在每个时隙对释放态链路和重传...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，刘清华，李霄哲，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50