[发明专利]一种适用于工业传感网的实时调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子领域、传感网络、工业应用领域，尤其涉及在工业应用领域的一种实时调度策略。

背景技术

随着工业监控技术的发展，无线传感器网络的低成本、易用和泛在感知等特征越来越多的在工业当中占据了重要的地位。工业与传感网的结合也越来越紧密，利用传感器网络人们可以以较低的投资和使用成本实现对工业全流程的全面监测，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程参数，并以此为基础实施优化控制，来达到提高产品质量，降低工业生产过程中的跑冒滴漏、提高能源效率的目标。

在工业环境下有许多不同的应用，按照应用对时间的不同要求，这些应用大致分为三类：安全类、控制类、监测监控类。其中，安全类业务要求有很高的实时性，这种应用要求恒为关键。其他的应用必须为该业务预留固定的带宽。而且该业务不能受到其他业务的干扰。第二类业务就是控制类，包括闭环控调节制业务、闭环监督控制和开环控制。其中闭环调节控制通常认为它的实时性要高于其他两个控制类业务，仅次于安全类的业务，有时候甚至可以作为安全类业务来考虑。闭环监督控制业务通常认为不是很关键的，偶尔需要高的优先级。开环控制是由人工控制，它对时间的要求往往取决于认为的设定。第三类业务，也就是实时性最低的一类业务包括基于事件的维护业务和记录和下载不产生直接结果的操作结果的业务，这两个业务对实时性来说没有很高的要求，基本上不受时间的约束。在工业应用当中，不同的应用对时间的要求不同，这就需要一种实时调度机制来满足工业传感网的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于工业传感网的实时调度方法，使得现有的传感网络更好的应用于实时工业环境，降低工业实时性业务的延迟，提高传感网络媒体访问控制层的效率。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种适用于工业传感网络的实时调度方法，包括以下步骤：

步骤1：在工业传感网中心节点的上创建超帧结构，所述超帧结构分成若干相等的时隙，该时隙分成三个部分，第一部分为自由接入部分，用于网络设备的控制通信和网络节点的自由访问；第二部分为预留带宽部分，用于实时性很高的工业应用业务的通信；第三部分为定界标部分，用于标定所述超帧结构的边界；

该超帧结构将中心节点的传感网络媒体访问控制层工作以时间为轴分割成若干访问控制周期，访问控制周期之间存在时间间隔，该间隔大小为可调参数；

网络中心节点将所述超帧结构发布在网络中，网络普通节点只能接收中心节点发来的关于超帧结构信息；

步骤2：工业无线传感网中心节点根据工业应用需要，将工业应用映射成媒体访问控制层的业务优先级；

步骤3：当工业业务有实时性较高的业务时，工业传感网的普通设备节点通过所述超帧结构的自由接入部分以退避避免机制向网络中心节点申请预留带宽；

步骤4：网络中心节点收到普通节点申请预留带宽的请求后，网络中心节点不立即回复请求，而是按照申请信息所提供的业务优先级，将请求分别排在不同优先级队列中；

步骤5：当所有队列满或者经过一个规定的时间后，网络中心节点，对各优先级队列按照优先级从高到低的顺序进行调度处理，即按照普通设备节点所申请求预留带宽，在超帧结构中建立预留带宽部分；

步骤6：网络中心节点向普通节点发送请求应答信息，将建立好的超帧结构预留带宽信息通知申请预留带宽的普通节点；

步骤7：普通节点接收到中心节点发送的请求应答信息后，在各自的媒体访问控制层数据库中通过定时器建立各自的预留带宽开始和结束时间；

步骤8：在所述定时器控制下，普通节点与网络中心节点进入一对一的工作模式进行通信，其他普通节点都不能在这个时刻和网络中心节点进行通信；

步骤9：当普通节点使用完毕由中心节点分配给它的预留带宽之后，普通节点可以根据需要提出继续使用或者释放预留带宽的请求；如果普通节点在某个规定的时间内没有向中心节点做出任何请求，则网络中心节点将强制释放超帧结构中该普通节点的预留带宽；当所有的普通设备都没有申请预留带宽时，网络中心节点将不分配任何预留带宽，所述的超帧结构当中只有自由接入部分和定界标部分，预留带宽部分大小为零。

作为优化，所述步骤4，网络中心节点按照申请信息所提供的业务优先级，将请求分别排在不同优先级队列中，还包括下列步骤：

低优先级队列中的请求由于请求次数达到某一请求次数阈值，可以转移到较高优先级的队列；当请求次数下降到小于该阈值时，退回到原来优先级的队列中。