基于QoS评价的动态网络调度与控制方法、系统及装置制造方法及图纸

一种基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：实时监测系统网络的状态参数，所述状态参数包括系统平均相对时延、系统平均网络带宽利用率、系统网络利用率波动和系统延时抖动；根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态；所述网络状态为迁移状态或干扰状态时，进入步骤S2；所述网络状态为稳定状态时进入步骤S5；S2：实时获取系统的任务状态参数，所述任务状态参数包括任务超调量、任务平均相对时延和任务最大相对时延；根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态；若所述任务状态为健康状态则进入步骤S5；若所述任务状态为亚健康状态则进入步骤S3；若所述任务状态为危险状态则进入步骤S4；S3：对系统中的控制器启动控制补偿策略后返回所述步骤S2；S4：对系统中的控制器、传感器启动动态调度策略后返回所述步骤S2；S5：结束调度。

【技术实现步骤摘要】
基于QoS评价的动态网络调度与控制方法、系统及装置
本专利技术涉及网络控制系统中的调度与控制方法、系统与装置，具体是一种能够保证QoS（QualityofService）的动态网络调度与控制方法、系统及装置。
技术介绍
在分布式控制系统中，传感器与控制器，控制器与执行器之间通过实时通信网络构成的闭环反馈控制系统称为网络控制系统(NetworkedControlSystems，NCS)。网络控制系统与传统的点对点结构的控制系统相比，具有成本低、易于信息共享、易于扩展维护、灵活性大等优点，因此近年来被广泛应用于工业控制过程中。网络控制系统包括控制器、执行器和传感器。如前所述，传感器与控制器、控制器与执行器之间通过通信网络传输数据，形成一个回路。传感器监测被控对象状态，并将采样到的被控对象状态发送至网络，控制器通过网络接收到传感器发送的被控对象状态作为反馈信号，控制器根据反馈信号通过控制算法输出控制指令至网络，执行器从网络接收控制指令，执行器控制被控对象执行控制指令相对应的动作，如此循环。但是，由于网络通信带宽的承载能力有限，网络数据的传输不可避免地存在着网络时延，时延的存在会降低系统的控制性能质量，甚至引起系统不稳定，同时也给控制系统的分析、设计带来了很大的困难。为了消除时延给系统的控制性能造成的影响，现有技术中多采用以下方法：在控制系统选择控制算法时，将时延、丢包等网络因素考虑进去，但是这种方法势必会加大控制算法的复杂程度和计算量。并且，不同控制系统中网络因素、网络环境不同，如果单纯的将时延作为一个固定参数考虑到控制算法中，通用性较差，不能适用于各种网络环境。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中的网络控制系统中控制算法复杂并且通用性差，从而提供一种简单可行，并且能适用于各种网络环境的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法、系统及装置。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，包括如下步骤：S1：实时监测系统网络的状态参数，所述状态参数包括系统平均相对时延、系统平均网络带宽利用率、系统网络利用率波动和系统延时抖动；根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态；所述网络状态为迁移状态或干扰状态时，进入步骤S2；所述网络状态为稳定状态时进入步骤S5；S2：实时获取系统的任务状态参数，所述任务状态参数包括任务超调量、任务平均相对时延和任务最大相对时延；根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态；若所述任务状态为健康状态则进入步骤S5；若所述任务状态为亚健康状态则进入步骤S3；若所述任务状态为危险状态则进入步骤S4；S3：对系统中的控制器启动控制补偿策略后返回所述步骤S2；S4：对系统中的控制器、传感器启动动态调度策略后返回所述步骤S2；S5：结束调度。上述的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，所述步骤S1中，根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态的处理方法如下：所述系统平均网络带宽利用率不变并且所述系统平均相对时延不变并且无系统网络利用率波动并且所述系统延时抖动规律，此时网络状态为稳定状态；所述系统平均网络带宽利用率变化并且所述系统平均相对时延变化并且无系统网络利用率波动并且所述系统延时抖动规律，此时网络状态为迁移状态；所述系统平均网络带宽利用率不变并且所述系统平均相对时延不变并且所述系统网络利用率变大并且所述系统延时抖动随机，此时网络状态为干扰状态。上述的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，所述步骤S2中根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态的处理方法如下：所述任务平均相对时延小于或等于网络性能要求指标并且任务最大相对时延小于或等于最大允许时延并且所述任务超调量小于或等于控制性能要求指标，此时任务状态为健康状态；所述任务平均相对时延小于或等于网络性能要求指标并且任务最大相对时延不定并且所述任务超调量不定，此时任务状态为亚健康状态；所述任务平均相对时延大于网络性能要求指标并且任务最大相对时延大于最大允许时延并且所述任务超调量大于控制性能要求指标，此时任务状态为危险状态。上述的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，其特征在于，所述步骤S3中：所述控制补偿策略通过Smith预估器完成。上述的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，所述步骤S4中，对系统中的控制器、传感器启动动态调度策略的处理方法如下：S41：为每一用于监测被控对象的传感器设置第一误差阈值；为控制器设置第二误差阈值；S42：根据传感器采集到的新采样值与该传感器采集到的前一个采样值进行比较，若差值的绝对值大于所述第一误差阈值，则令该传感器不发送新采样值至网络；否则令该传感器发送新采样值至网络；S43：根据控制器从网络上采集到的新的传感器采样值与控制器采集到的前一个传感器采样值进行比较，若差值大于或等于第二误差阈值，则令控制器发送新的控制信号至网络；否则令控制器发送与前一个控制指令相同的控制指令至网络；S44：令执行器通过网络接收控制器发送的控制指令，所述执行器控制被控对象按照控制指令做出相应动作。本专利技术还提供一种基于QoS评价的动态网络调度与控制系统，包括网络状态获取单元，任务状态获取单元，控制补偿单元和动态调度单元：所述网络状态获取单元，用于实时监测系统网络的状态参数，所述状态参数包括系统平均相对时延、系统平均网络带宽利用率、系统网络利用率波动和系统延时抖动；根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态；所述网络状态为迁移状态或干扰状态时启动所述任务状态获取单元；所述任务状态获取单元，用于实时获取系统的任务状态参数，所述任务状态参数包括任务超调量、任务平均相对时延和任务最大相对时延；根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态；所述控制补偿单元，用于在所述任务状态为亚健康状态时对控制器启动控制补偿策略；所述动态调度单元，用于在所述任务状态为危险状态时对控制器、传感器启动动态调度策略。上述的基于QoS评价的动态网络调度与控制系统，所述网络状态获取单元根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态的方法如下：所述系统平均网络带宽利用率不变并且所述系统平均相对时延不变并且所述系统网络利用率波动无并且所述系统延时抖动规律时，此时网络状态为稳定状态；所述系统平均网络带宽利用率变化并且所述系统平均相对时延变化并且所述系统网络利用率波动无并且所述系统延时抖动规律时，此时网络状态为迁移状态；所述系统平均网络带宽利用率不变并且所述系统平均相对时延不变并且所述系统网络利用率变大并且所述系统延时抖动随机时，此时网络状态为干扰状态。上述的基于QoS评价的动态网络调度与控制系统，所述任务状态获取单元根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态的方法如下：所述任务平均相对时延小于或等于网络性能要求指标并且任务最大相对时延小于或等于最大允许时延并且所述任务超调量小于或等于控制性能要求指标，此时任务状态为健康状态；所述任务平均相对时延小于或等于网络性能要求指标并且任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：实时监测系统网络的状态参数，所述状态参数包括系统平均相对时延、系统平均网络带宽利用率、系统网络利用率波动和系统延时抖动；根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态；所述网络状态为迁移状态或干扰状态时，进入步骤S2；所述网络状态为稳定状态时进入步骤S5；S2：实时获取系统的任务状态参数，所述任务状态参数包括任务超调量、任务平均相对时延和任务最大相对时延；根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态；若所述任务状态为健康状态则进入步骤S5；若所述任务状态为亚健康状态则进入步骤S3；若所述任务状态为危险状态则进入步骤S4；S3：对系统中的控制器启动控制补偿策略后返回所述步骤S2；S4：对系统中的控制器、传感器启动动态调度策略后返回所述步骤S2；S5：结束调度。

【技术特征摘要】
1.一种基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：实时监测系统网络的状态参数，所述状态参数包括系统平均相对时延、系统平均网络带宽利用率、系统网络利用率波动和系统延时抖动；根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态；所述网络状态为迁移状态或干扰状态时，进入步骤S2；所述网络状态为稳定状态时进入步骤S5；S2：实时获取系统的任务状态参数，所述任务状态参数包括任务超调量、任务平均相对时延和任务最大相对时延；根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态；若所述任务状态为健康状态则进入步骤S5；若所述任务状态为亚健康状态则进入步骤S3；若所述任务状态为危险状态则进入步骤S4；S3：对系统中的控制器启动控制补偿策略后返回所述步骤S2；S4：对系统中的控制器、传感器启动动态调度策略后返回所述步骤S2；S5：结束调度；所述步骤S1中，根据所述状态参数是否变化得到网络状态为迁移状态或干扰状态或稳定状态的处理方法如下：所述系统平均网络带宽利用率不变并且所述系统平均相对时延不变并且无系统网络利用率波动并且所述系统延时抖动规律，此时网络状态为稳定状态；所述系统平均网络带宽利用率变化并且所述系统平均相对时延变化并且无系统网络利用率波动并且所述系统延时抖动规律，此时网络状态为迁移状态；所述系统平均网络带宽利用率不变并且所述系统平均相对时延不变并且所述系统网络利用率变大并且所述系统延时抖动随机，此时网络状态为干扰状态。2.根据权利要求1所述的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，其特征在于，所述步骤S2中根据所述任务状态参数是否变化得到任务状态为健康状态或亚健康状态或危险状态的处理方法如下：所述任务平均相对时延小于或等于网络性能要求指标并且任务最大相对时延小于或等于最大允许时延并且所述任务超调量小于或等于控制性能要求指标，此时任务状态为健康状态；所述任务平均相对时延小于或等于网络性能要求指标并且任务最大相对时延不定并且所述任务超调量不定，此时任务状态为亚健康状态；所述任务平均相对时延大于网络性能要求指标并且任务最大相对时延大于最大允许时延并且所述任务超调量大于控制性能要求指标，此时任务状态为危险状态。3.根据权利要求1所述的基于QoS评价的动态网络调度控制方法，其特征在于，所述步骤S3中：所述控制补偿策略通过Smith预估器完成。4.根据权利要求3所述的基于QoS评价的动态网络调度与控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，对系统中的控制器、传感器启动动态调度策略的处理方法如下：S41：为每一用于监测被控对象的传感器设置第一误差阈值；为控制器设置第二误差阈值；S42：根据传感器采集到的新采样值与该传感器采集到的前一个采样值进行比较，若差值的绝对值大于所述第一误差阈值，则令该传感器不发送新采样值至网络；否则令该传感器发送新采样值至网络；S43：根据控制器从网络上采集到的新的传感器采样值与控制器采集到的前一个传感器采样值进行比较，若差值大于或等于第二误差阈值，则令控制器发送新的控制信号至网络；否则令控制器发送与前一个控制指令相同的控制指令至网络；S44：令执行器通过网络接收控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽曼，张献，李运华，宋云浩，李会东，黄云涛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：