[发明专利]一种端边协同的工业网络控制架构及资源联合分配方法

权利要求书

1.一种基于任务时效性的感知-传输-计算资源联合分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、将现场设备层需要监测的各个生产环节定义为L_i，所有生产环节构成生产流程集合L，每个生产环节对应的边缘设备定义为E_i，每个生产环节和边缘设备合称为子系统，配置每个子系统可使用频带资源M_f、计算资源M_c，初始化采样变量α_m,n、传输资源分配变量β_s,m,n和计算资源分配变量γ_s,m,n；

步骤B、工业云平台对个性化定制需求进行分解，调节各个生产环节的估计误差阈值l_i，设置生产周期N，下达到现场设备层的生产执行设备；

步骤C、生产环节中各生产任务进行本地估计，判断是否采样，若采样则转至步骤D，否则转至步骤F；

步骤D、各边缘设备根据任务时效性选择调度任务，进行频带资源和计算资源的细粒度划分，并下达流量调度信息；

步骤E、调度任务包含的传感设备根据边缘计算层的流量调度信息，完成配置，上传控制类感知数据；边缘设备中计算单元对原始数据进行清洗处理，提取有效信息，完成任务状态更新；

步骤F、边缘设备中的估计单元判断是否收到状态更新数据，若收到则转至步骤G，否则转至步骤H；

步骤G、边缘设备中的估计单元根据状态更新数据进行融入AoT的局部估计，估计误差为转至步骤I；

步骤H、边缘设备的估计单元没有收到状态更新数据时，根据历史估计值进行迭代估计，估计误差为

步骤I、边缘设备中的反馈控制单元根据局部估计值，采用最优控制律做出控制决策，下达指令至生产执行设备；

步骤J、工业云平台中集中控制器判断个性化定制需求是否发生变化，若发生变化则重复执行步骤B到步骤I，否则转至下一步；

步骤K、现场设备层中的传感设备判断当前时隙是否大于生产周期N，若小于等于N则重复执行步骤C到步骤J，否则结束，完成云边协同的闭环控制；

所述步骤D包括以下步骤：

步骤D.1：判断传输请求集合是否为空，若不为空，执行步骤D.2；否则，转至步骤H；

步骤D.2：计算当前时刻生产环节中各任务的任务时效性(AoT)，根据AoT大小进行从高到低排序，并赋予任务优先级，将排序第一的任务标记为调度任务；

步骤D.3：选定调度任务后，边缘设备在保证系统收敛性的前提下，采用最大AoT增益下降法给每个传感器划分频带RBs和计算RBs；

步骤D.4：将流量调度信息返回至现场设备层中相应传感器；

所述任务时效性AoT为在端边协同的工业网络控制系统架构中多元信息密集型任务的信息新鲜度AoI，当任务的状态信息经过采样、传输和计算，估计器接收到对应任务的所有传感器的状态信息时，即认为任务更新完成，计算方式如下，

其中为估计器最新接收到的任务的生成时间，/和/分别为任务m中传感器s在时隙/的传输时间和计算时间；

所述最大AoT增益下降法进行传输-计算资源联合分配设计的具体步骤如下：

第3.1步，获取调度任务m中各传感器的数据包大小/计算强度/

第3.2步，遍历每个数据包，直至所有数据包满足计算部分系统收敛性条件

第3.3步，更新可用计算RBs，计算每个数据包的计算AoT增益，由高到低降序排列，排序第一的数据包计算RBs加1，直至计算RBs为0；

第3.4步，遍历每个数据包，直至所有数据包满足传输部分系统收敛性条件

第3.5步，更新可用传输RBs，计算每个数据包传输AoT增益，由高到低降序排列，排序第一的数据包传输RBs加1，直至传输RBs为0；

第3.6步，返回频带RBs和计算RBs的分配情况。

2.根据权利要求1所述的基于任务时效性的感知-传输-计算资源联合分配方法，其特征在于，所述步骤A中可使用的频带资源和计算资源被划分为资源块，每个资源块为一个最小不可再分单元，频带资源块的频带宽度为奈奎斯特带宽，时间长度为时隙；计算资源块的计算宽度为物理CPU线程，时间长度为时隙。