一种工业控制系统的联合调度方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种工业控制系统的联合调度方法及系统，包括：对任务计算进行约束，使每个任务数据流在一个单独完整的计算周期内进行计算，得到任务约束结果；对网络流量进行约束，使网络流量在链路中按顺序不重叠通过，得到流量约束结果；利用所述任务约束结果和所述流量约束结果，对任务计算和网络流量进行依赖约束，得到依赖约束结果；对所述依赖约束结果进行优化，得到任务计算和网络流量联合调度结果。本发明专利技术解决了现有工业控制系统中任务综合调度效率低、成本高的缺陷，实现对任务计算和网络流量的联合调度，降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种工业控制系统的联合调度方法及系统


[0001]本专利技术涉及工业互联网
，尤其涉及一种工业控制系统的联合调度方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着信息技术、自动化技术飞速发展，工业4.0时代不断深入，柔性制造已成为下一代制造业的发展目标。但是，传统的基于PLC(Programmable Logic Controller)的控制系统不够灵活，无法适应多变的订单需求和复杂的生产环境。为此，出现了一种全新的工业控制系统，它可以将生产线上的控制任务自动地分配到网络交换机上进行计算，并将得出的控制指令传输到对应的执行终端上。这项技术兼具了配置灵活，规模弹性大以及成本低廉等特性，具有极大的发展潜力。
[0003]在工业生产线上，控制任务往往是周期性的，而且都有比较严格的时延要求，所以保证每一个控制任务的端到端延迟成为工业控制系统的关键。端到端延迟分为两类，网络延迟和计算延迟。网络延迟是指数据在网络中传输所需要的时间，计算延迟是指数据在网络交换机上运算所需要的时间。为了获得确定性的网络时延，一般使用时间敏感网络(Time
‑
Sensitive Network，TSN)传输特定的数据；为了获得确定性的计算时延，一般将计算任务放在实时操作系统(Real
‑
TimeOperating System，RTOS)上执行。
[0004]虽然TSN和RTOS使得端到端的时延有了保障，但是实际生产中，由于任务数量多且复杂，而计算资源与网络资源有限，很难人工来安排各个任务在网络中的调度。现有的方法是先行分配计算资源，再分配网络通信资源，这样做的问题是错误地缩小了搜索空间，很可能导致算法遗漏掉可行解，这样生产线只能增加生产成本以购置更多的计算资源或网络资源。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种工业控制系统的联合调度方法及系统，用以解决现有工业控制系统中任务综合调度效率低、成本高的缺陷，实现对任务计算和网络流量的联合调度，降低生产成本。
[0006]本专利技术提供一种工业控制系统的联合调度方法，包括：
[0007]对任务计算进行约束，使每个任务数据流在一个单独完整的计算周期内进行计算，得到任务约束结果；
[0008]对网络流量进行约束，使网络流量在链路中按顺序不重叠通过，得到流量约束结果；
[0009]利用所述任务约束结果和所述流量约束结果，对任务计算和网络流量进行依赖约束，得到依赖约束结果；
[0010]对所述依赖约束结果进行优化，得到任务计算和网络流量联合调度结果。
[0011]根据本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法，所述对任务计算进行约
束，使每个任务数据流在一个单独完整的计算周期内进行计算，得到任务约束结果，具体包括：
[0012]对任务计算进行约束，判断输入的数据流不在计算周期结束时刻，则将数据流保留在当前计算周期内，判断输入的数据流在计算周期结束时刻，则将数据流分配至下一计算周期中，完成任务计算约束；
[0013]确定任务计算的交换机和任务开始时间，根据任务开始时间确定任务计算周期；
[0014]判断所述任务计算周期是否接近计算周期结束时刻，当判断任务计算周期接近计算周期结束时刻，则将任务计算分配至下一计算周期。
[0015]根据本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法，所述对网络流量进行约束，使网络流量在链路中按顺序不重叠通过，得到流量约束结果，具体包括：
[0016]获取输入数据流和输出数据流，组成数据流集合；
[0017]根据所述数据流集合通过调度变量计算出链路上为数据流预留的时间段；
[0018]根据数据流预留的时间段，使数据流按照规划顺序在链路上通过。
[0019]根据本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法，根据所述数据流集合通过调度变量计算出链路上为数据流预留的时间段，具体包括：
[0020]获取同一链路上不同数据流规划的时段；
[0021]按照规划的时段使数据流按照时间顺序流经链路，生成数据流预留时间段。
[0022]根据本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法，利用所述任务约束结果和所述流量约束结果，对任务计算和网络流量进行依赖约束，得到依赖约束结果，具体包括：
[0023]对任务计算和网络流量进行依赖约束，在输入数据流全部到达后开始计算任务；
[0024]在计算任务结束后开始输出数据流；
[0025]约束计算任务和流量传输时间之和小于最大允许值，输出依赖约束结果。
[0026]根据本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法，对所述依赖约束结果进行优化，得到任务计算和网络流量联合调度结果，具体包括：
[0027]在任务约束结果、流量约束结果和依赖约束结果中加入可选的优化目标；
[0028]通过所述优化目标对依赖约束结果全部任务的执行时间总和进行最小化，得到任务计算和网络流量联合调度结果。
[0029]本专利技术还提供一种工业控制系统的联合调度系统，所述系统包括：
[0030]任务计算约束模块，用于对任务计算进行约束，使每个任务数据流在一个单独完整的计算周期内进行计算，得到任务约束结果；
[0031]网络流量约束模块，用于对网络流量进行约束，使网络流量在链路中按顺序不重叠通过，得到流量约束结果；
[0032]双向依赖约束模块，用于利用所述任务约束结果和所述流量约束结果，对任务计算和网络流量进行依赖约束，得到依赖约束结果；
[0033]优化模块，用于对所述依赖约束解进行优化，对任务整体进行延迟最小化处理。
[0034]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述工业控制系统的联合调度方法。
[0035]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算
机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述工业控制系统的联合调度方法。
[0036]本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述工业控制系统的联合调度方法。
[0037]本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法及系统，通过对工业控制系统中任务计算和网络流量分别进行约束后，再进行任务计算和网络流量的依赖约束，实现了对任务计算和网络流量的联合调度，保证了任务计算和流量传输时间不超过最大允许值。兼顾了计算资源和网络资源的平衡，降低生产成本。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1是本专利技术提供的一种工业控制系统的联合调度方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业控制系统的联合调度方法，其特征在于，包括：对任务计算进行约束，使每个任务数据流在一个单独完整的计算周期内进行计算，得到任务约束结果；对网络流量进行约束，使网络流量在链路中按顺序不重叠通过，得到流量约束结果；利用所述任务约束结果和所述流量约束结果，对任务计算和网络流量进行依赖约束，得到依赖约束结果；对所述依赖约束结果进行优化，得到任务计算和网络流量联合调度结果。2.根据权利要求1所述的工业控制系统的联合调度方法，其特征在于，所述对任务计算进行约束，使每个任务数据流在一个单独完整的计算周期内进行计算，得到任务约束结果，具体包括：对任务计算进行约束，判断输入的数据流不在计算周期结束时刻，则将数据流保留在当前计算周期内，判断输入的数据流在计算周期结束时刻，则将数据流分配至下一计算周期中，完成任务计算约束；确定任务计算的交换机和任务开始时间，根据任务开始时间确定任务计算周期；判断所述任务计算周期是否接近计算周期结束时刻，当判断任务计算周期接近计算周期结束时刻，则将任务计算分配至下一计算周期。3.根据权利要求1所述的工业控制系统的联合调度方法，其特征在于，所述对网络流量进行约束，使网络流量在链路中按顺序不重叠通过，得到流量约束结果，具体包括：获取输入数据流和输出数据流，组成数据流集合；根据所述数据流集合通过调度变量计算出链路上为数据流预留的时间段；根据数据流预留的时间段，使数据流按照规划顺序在链路上通过。4.根据权利要求3所述的工业控制系统的联合调度方法，其特征在于，根据所述数据流集合通过调度变量计算出链路上为数据流预留的时间段，具体包括：获取同一链路上不同数据流规划的时段；按照规划的时段使数据流按照时间顺序流经链路，生成数据流预留时间段。5.根据权利要求1所述的工业控制系统的联合调度方法，其特征在于，利用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铮，赵毅，王泽宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：