[发明专利]智能电网中WirelessHART网络端到端数据传输的时延分析方法

权利要求书

1.一种智能电网中WirelessHART网络端到端数据传输的时延分析方法，若一个实时工作负载F包含n个数据流，即F＝{F₁，F₂，...，F_n}，实时工作负载F的数据流按其优先级的降序排列，WirelessHART网络中有多个具有相同能力的传输信道上进行调度，所有的数据流共享m个可串行使用的资源l₁,l₂,...,l_m；数据流F_i进行端对端传输的时延分析包括以下步骤：

一、最大阻塞时间分析

数据流F_i的传输周期为T_i、预设的截止时间为d_i，将每个传输信道映射为一个处理器，从而将数据流F_i映射为多处理器上执行的周期为T_i、优先级与F_i相同的任务，1≤i≤n；数据流F_i的WCPT值为e_i，表示数据流F_i的最坏情况处理时间；数据流F_i的WCRT值为r_i，表示数据流F_i中的数据包响应时间的最大值；数据流F_i访问资源l_q的最大次数为N_i,q，数据流F_i使用资源l_q作为单一访问的最大持续时间为L_i,q；

对于任一个比数据流F_i高优先级的数据流F_x，1≤x＜i，表示数据流F_x传输时对数据流F_i端到端传输过程中针对资源l_q的第v个请求，表示由于数据流F_i执行请求带来的真实阻塞，1≤q≤m，数据流F_x使用资源l_q作为单一访问的最大持续时间为L_x,q，相应的阻塞比例表示如下：

令实时工作负载F中与数据流F_i分配于同一信道的数据流组成局部数据流集合F^l，与数据流F_i分配于不同信道的数据流组成远端数据流集合F^r，则最大阻塞时间的边界函数为：

式中，为最大本地阻塞时间的边界，1≤k＜i；

为最大远程阻塞时间的边界；

表示数据流F_x在端到端传输过程中请求资源l_q的次数；其中，r_x为数据流F_x的WCRT值，表示数据流F_i中的数据包响应时间的最大值；N_x,q为数据流F_x访问资源l_q的最大次数；d_x为数据流F_x预设的截止时间；

二、响应时延分析

利用响应时间分析方法确定每个数据流F_i的WCRT值r_i，即结合所述最大阻塞时间的边界函数对以下迭代式进行迭代运算：

其中，e_x表示数据流F_x的WCPT值，r_i⁽⁰⁾＝e_i，为数据流F_h最大远程阻塞时间的边界，d_h为数据流F_h预设的截止时间；h∈[1,i-1]，即数据流F_h的优先级高于数据流F_i的优先级；Ch(F_i)为数据流F_i所处的信道，Ch(F_h)为数据流F_h所处的信道；

在迭代计算过程中，当r_i^(u)＝r_i^(u-1)时，取r_i＝r_i^(u)，即得到数据流F_i的WCRT值r_i。

2.根据权利要求1所述的智能电网中WirelessHART网络端到端数据传输的时延分析方法，其特征在于：数据流F_i进行端对端传输的时延还包括传输冲突时延，即当数据流F_i与高优先级数据流F_k传输发生冲突时，1≤k＜i，属于较低优先级的数据流F_i需要被延迟；其延迟规则为：假设数据流F_k沿链路li_k传输，数据流F_i沿链路li_i传输，当链路li_k和链路li_i有公共节点时，若链路li_k是专用链路，链路li_i是共享或专用链路，则数据流F_i的传输将被延迟；若链路li_k是共享链路，链路li_i是专用链路，则数据流F_i的传输将被延迟；若链路li_k和链路li_i均是共享链路，两个链路的接收机节点不同，则数据流F_i的传输将被延迟；若链路li_k和链路li_i均是共享链路，两个链路的接收机节点相同，则数据流F_i的传输不会被延迟；

所述WirelessHART网络中的所有节点组成路由图，通过深度优先搜索算法找到所述路由图中数据流F_k产生最大冲突延迟的链路作为其瓶颈路径；在数据流F_i进行端对端传输时，数据流F_k沿其瓶颈路径给数据流F_i带来的延迟记为冲突延迟上界所述冲突延迟上界为瓶颈路径的所有节点中数据流F_k对数据流F_i产生的冲突时延之和；

由于数据流F_i的截止时间为d_i，数据流F_k的传输周期为T_k，因此数据流F_k对数据流F_i造成的总时延上限为在d_i时间间隔内，数据流F_i从所有较高优先级数据流所经历的总延迟上限记为Δ_i(d_i)，即

此时，利用响应时间分析方法确定每个数据流F_i的WCRT值r_i时迭代式为：

其中r_i⁽⁰⁾＝e_i；h∈[1,i-1]，即数据流F_h的优先级高于数据流F_i的优先级；Ch(F_i)为数据流F_i所处的信道，Ch(F_h)为数据流F_h所处的信道。