一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法和系统技术方案

本申请公开了一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法，包括：SDN控制器接收第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息；SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级；SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备，使每个SDN数据交换设备根据第一业务数据流的优先级转发第一业务数据流。本申请不仅满足了不同业务数据流的实时性变化需求，保障了数据传输的实时性和可靠性，而且也保证了网络资源的均衡使用。

Real time scheduling method and system for industrial control network based on dynamic priority

The invention discloses a real-time scheduling method, industrial control network based on dynamic priority include: the SDN controller receives the first service data flow transmission delay threshold and each SDN data exchange network information; SDN controller according to the calculation of the first service data flow transmission delay threshold and each SDN data exchange equipment network information service first each data stream is SDN data exchange equipment priority forwarding; sending the first business data SDN controller will calculate the flow priority for each SDN data exchange device, each of the SDN data exchange device according to the first service data stream first priority forwarding service data flow. This application not only meets the real-time demand of different business data streams, but also ensures the real-time and reliability of data transmission, and also ensures the balanced use of network resources.

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法和系统
本申请涉及一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法和系统，属于工业网络控制领域。
技术介绍
工业控制网络是应用于企业信息系统现场控制层和过程监控层的网络通信技术。由于工业控制网络承载工业管理和控制应用，因此其特别注重数据传输的实时性和可靠性。由于不同实时业务对数据传输的时延、带宽、可靠性等要求各不相同，因此现有技术中采用优先级的方式传输各种实时业务，即实时性要求高的业务的传输优先级较高，实时性要求低的业务的传输优先级较低。但是在实际应用中，不同业务的实时性要求可能会随着数据传输过程发生变化，比如，采用高优先级传输实时性较高的第一业务时，另一种实时性要求更高的第二业务增加进来，而现有技术中还是优先传输第一业务，导致实时性要求更高的第二业务无法及时传输，影响了第二业务的实时性传输。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法，该方法不仅满足了不同业务数据流的实时性变化需求，保障了数据传输的实时性和可靠性，而且也保证了网络资源的均衡使用。一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法，包括：SDN控制器接收第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息；SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级；SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备，使每个SDN数据交换设备根据第一业务数据流的优先级转发第一业务数据流。所述SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级，具体为：求解目标函数约束条件为DelayMaxM+1≤DelayReqM+1，得到多个WM+1；其中，minWM+1表示第M+1条业务数据流在传输过程中的最小代价，第M+1条业务数据流即为第一业务数据流，为第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级为kl时的代价；其中，kl为第M+1条业务数据流增加之前链路l上的优先级，Kl为第M+1条业务数据流增加之后链路l上的优先级，是链路l上优先级为kl时使用的带宽，是链路l上使用优先级kl时的带宽限制，H是用来离散化带宽利用率的整数值；DelayMaxM+1为第M+1条业务数据流的最大传输时延，DelayReqM+1为第M+1条业务数据流的传输时延要求；其中，表示第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级kl的最大时延，其中αM+1为第M+1条业务数据流的到达曲线，表示第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级kl时的服务曲线，表示所述到达曲线和服务曲线的最大水平距离；根据所述多个WM+1求解状态转移方程，得到对应多个CWM+1(l,W)；状态转移方程为其中，CWM+1(l,W)表示对于前l个链路，代价为W时的传输时延最小值，初始条件为根据CWM+1(l,W)≤DelayReqM+1确定最小的CWM+1(l,W)，进而得到最小的WM+1，则最小的WM+1对应的kl为计算的第一业务数据流的优先级。所述SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备，具体为：SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级以流表形式发送给SDN数据交换设备。其中，所述网络信息包括网络流量和网络状态。根据本申请的另一个方面，提供了一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度系统，所述系统包括：多个SDN数据交换设备和SDN控制器；所述SDN数据交换设备，用于向所述SDN控制器发送自身的网络信息；还用于根据所述SDN控制器发送的第一业务数据流的优先级转发第一业务数据流；所述SDN控制器，用于根据接收的第一业务数据流对应的传输时延阈值和SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级，并将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备。所述SDN控制器具体包括接收模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和发送模块；所述接收模块，用于接收第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息；所述第一计算模块，用于求解目标函数约束条件为DelayMaxM+1≤DelayReqM+1，得到多个WM+1；其中，minWM+1表示第M+1条业务数据流在传输过程中的最小代价，第M+1条业务数据流即为第一业务数据流，为第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级为kl时的代价；其中，kl为第M+1条业务数据流增加之前链路l上的优先级，Kl为第M+1条业务数据流增加之后链路l上的优先级，是链路l上优先级为kl时使用的带宽，是链路l上使用优先级kl时的带宽限制，H是用来离散化带宽利用率的整数值；DelayMaxM+1为第M+1条业务数据流的最大传输时延，DelayReqM+1为第M+1条业务数据流的传输时延要求；其中，表示第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级kl的最大时延，其中αM+1为第M+1条业务数据流的到达曲线，表示第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级kl时的服务曲线，表示所述到达曲线和服务曲线的最大水平距离；所述第二计算模块，用于根据所述第一计算模块得到的多个WM+1求解状态转移方程，得到对应多个CWM+1(l,W)；状态转移方程为其中，CWM+1(l,W)表示对于前l个链路，代价为W时的传输时延最小值，初始条件为所述第三计算模块，用于根据CWM+1(l,W)≤DelayReqM+1确定最小的CWM+1(l,W)，进而得到最小的WM+1，则最小的WM+1对应的kl为计算的出第一业务数据流的优先级；所述发送模块，用于将所述第三计算模块计算的第一业务数据流的优先级发送给所述SDN数据交换设备。本申请能产生的有益效果包括：本申请中SDN控制器通过接收业务数据流的传输时延阈值和各个SDN数据交换设备的网络信息，然后计算对应的业务数据流被各个SDN数据交换设备转发时的优先级，在传输过程中实现了不同业务数据流的优先级动态调整，而不像现有技术中一样以固定优先级传输对应业务数据流，不仅满足了不同业务数据流的实时性变化需求，保障了数据传输的实时性和可靠性，而且也保证了网络资源的均衡使用。附图说明图1为一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法流程示意图；图2为一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法实例示意图；图3为一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度系统结构示意图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。参见图1，本专利技术实施例提供了一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法，该方法包括：101、SDN控制器接收第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息；传输时延阈值是指业务数据流中的任何一个数据包的传输时延都必须小于该阈值，实际应用中，传输时延阈值在在组态或业务组合时产生，可以由SDN数据交换设备的北向接口直接传输给SDN控制器。本专利技术实施例中网络信息包括网络流量、网络状态等信息。102、SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法，其特征在于，包括：SDN控制器接收第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息；SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级；SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备，使每个SDN数据交换设备根据第一业务数据流的优先级转发第一业务数据流。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态优先级的工业控制网络的实时调度方法，其特征在于，包括：SDN控制器接收第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息；SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级；SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备，使每个SDN数据交换设备根据第一业务数据流的优先级转发第一业务数据流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SDN控制器根据第一业务数据流的传输时延阈值和每个SDN数据交换设备的网络信息计算第一业务数据流被每个SDN数据交换设备转发时的优先级，具体为：求解目标函数min约束条件为DelayMaxM+1≤DelayReqM+1，得到多个WM+1；其中，minWM+1表示第M+1条业务数据流在传输过程中的最小代价，第M+1条业务数据流即为第一业务数据流，为第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级为kl时的代价；其中，kl为第M+1条业务数据流增加之前链路l上的优先级，Kl为第M+1条业务数据流增加之后链路l上的优先级，是链路l上优先级为kl时使用的带宽，是链路l上使用优先级kl时的带宽限制，H是用来离散化带宽利用率的整数值；DelayMaxM+1为第M+1条业务数据流的最大传输时延，DelayReqM+1为第M+1条业务数据流的传输时延要求；其中，表示第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级kl的最大时延，其中αM+1为第M+1条业务数据流的到达曲线，表示第M+1条业务数据流在链路l上使用优先级kl时的服务曲线，表示所述到达曲线和服务曲线的最大水平距离；根据所述多个WM+1求解状态转移方程，得到对应多个CWM+1(l,W)；状态转移方程为其中，CWM+1(l,W)表示对于前l个链路，代价为W时的传输时延最小值，初始条件为根据CWM+1(l,W)≤DelayReqM+1确定最小的CWM+1(l,W)，进而得到最小的WM+1，则最小的WM+1对应的kl为计算的第一业务数据流的优先级。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级发送给每个SDN数据交换设备，具体为：SDN控制器将计算的第一业务数据流的优先级以流表形式发送给SDN数据交换设备。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述网络信息包...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾鹏，杨明，李栋，李志博，刘金娣，于海斌，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21