[发明专利]一种变采样周期调度器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于网络控制系统的技术领域，涉及网络资源调度的方法，具体涉及一种变采样周期调度器及其控制方法。

背景技术

网络化控制系统(Networked Control System,NCS)是一种完全网络化的、分布化的控制系统，是通过网络构成的闭环的反馈控制系统。网络化控制系统的闭环中，网络作为传输介质，实现着传感器、控制器、执行器和其他网络节点间的数据传输，从而实现资源的共享、远程检测和控制。现代网络技术的不断发展可以使得网络化控制系统能够可以利用有线网络和无线网络实现复杂环境下的系统的远程控制，并且具有交互性好、减少系统布线、易于扩展和维护等诸多优点，这些都是传统控制系统无法比拟的。但是计算机网络介入传统的控制系统使得网络化控制系统的分析和设计变得更加的复杂，这主要表现在两方面：第一，空间分布的器件通过网络的接入对控制系统的动态行为必然产生重大的影响，如网络资源的共享、不同的介质访问控制方式导致的时延和数据包的丢失、无线网络产生的信道衰落和时变的吞吐量等。第二，分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)设计时涉及的重点发生了转移，如涉及调度和路由的通信协议对系统的稳定性及可靠性的重要影响、算法的实时性、长时间无信息反馈时系统的自治性等。

传统计算机控制系统中，控制算法的优劣决定了个控制回路的性能。对于网络化控制系统，各个控制回路的性能不仅取决于控制算法，而且还还依赖于对共享系统资源的分配。网络化控制系统的系统资源包括CPU计算资源和网络资源两部分。网络化控制系统的调度是指在网络化控制系统中，各个控制回路和其他应用节点对共享系统资源的一种分配策略，尤其是对网络资源的分配成为了网络化控制系统的一个研究热点方向。网络化控制系统中的网络调度的思想和实时调度思想类似，他们都是需要为并发任务分配共享信道资源、周期性激发任务以及满足任务截止期要求等。因此网络化控制系统中优先级调度方法大都是由相关的实时调度方法发展而来的。Liu和Layland提出了单调速率调度算法(Rate Monotonic,RM)和最早截止期限优先调度算法(Earliest Deadline First,EDF)。在实际的实时系统中，RM和EDF算法由于具备了优良的性能，也得到广泛的应用。与此同时，随着网络化控制系统越来越复杂以及各种智能设备空间分布越来越广，导致数据与信息传输量增加，网络诱导时间以及网络丢包等加剧，在这些不确定因素的影响下，EM和EDF等基于固定采样周期的网络控制策略并不能充分适应越来越复杂的时变环境。由此提出一种能够动态的适应网络环境变化的网络控制系统，通过动态的改变传感器采样周期的方法来提升网络化控制系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变采样周期调度器及其控制方法，避免数据包在网络传输时，随网络负荷和介质访问控制机制的不同而造成传输时间不确定性，通过动态的改变各回路的采样周期来分配有限的网络资源，具体技术方案如下：

一种变采样周期调度器，包括网络状态监测模块、网络状态控制模块、SVM预测模块和采样周期调节模块，其中，

所述网络状态监测模块通讯连接至网络状态控制模块，并用于周期性地监测网络状态；

所述网络状态控制模块通讯连接至SVM预测模块，并用于利用每一时刻的数据包传输时间和每一时刻的采样周期计算出每一时刻的网络利用率；

所述SVM预测模块通讯连接至采样周期调节模块，并用于在线预测出下一采样周期的可适用网络利用率；

所述采样周期调节模块用于根据预测的网络利用率得到控制回路的下一采样周期。

进一步地，还包括缓冲区，其设置在网络状态监测模块和网络状态控制模块之间，且连接至SVM预测模块。

进一步地，网络状态监测模块通讯连接至网络。

进一步地，还包括传感器，其通讯连接至网络，且采样周期调节模块通讯连接至该传感器。

进一步地，所述采样周期调节模块采用插值法得到控制回路的下一采样周期。

上述变采样周期调度器模型的控制方法，包括如下步骤：

(1)构建变采样周期的调度器或调度器模型；

(2)根据所描述变采样周期调度器或调度器模型，变采样周期调度器的网络状态监测模块采集样本数据，并将采集的网络状态样本离散化；

(3)保存网络状态监测器采集的历史数据和当前的网络状态数据；