[发明专利]工业无线传感器网络中混合数据流可靠传输的调度方法

说明书

本发明涉及工业无线传感器网络中混合数据流可靠传输的调度方法，网关为各现场设备发送的周期性数据和非周期性数据分配时隙，用于各现场设备根据时隙分配完成数据传输，包括以下步骤：对周期性数据和非周期性数据建模；采用循环统计法为非周期性数据预留时隙；为周期性数据分配时隙。本发明该方法以数据传输可靠性和公平性作为衡量调度方法性能的指标，采用循环统计的方法为非周期性数据预留时隙，采用均匀分配方法为周期性数据分配时隙，综合考虑等待机制和抢占/丢弃机制，为混合数据流的传输提供有效的调度方案。

技术领域

本发明涉及工业无线传感器网络的调度方法，具体地说是一种针对工业无线传感器网络中混合数据流可靠传输的调度方法。

背景技术

随着无线网络技术的进步和电子器件性能的提高，无线传感器网络技术迅速兴起并被广泛应用到我们日常的生产和生活中。其中，工业是无线传感器网络应用的重要领域之一。在工业中，相比于传统的有线通信，无线通信有以下优势：(1)线缆方面，不需要布设线缆，减少了工作量和相应的成本，并且不用担心线缆磨损、老化带来的维护费用；(2)特殊工业场景下，如某些移动和无法布线的场景，使用无线通信无疑是最佳选择。

然而，在工业环境中存在着大量的干扰。这些干扰主要来自于两方面：一方面，工业环境的温度、湿度等剧烈变化，加之设备和工作人员的频繁移动，使得通信链路的质量极其不稳定；另一方面，由于ISM 2.4GHz频段的开放性，无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均工作在此频段上，工业环境中的共存网络间干扰非常严重。

根据工业应用中数据的功能和要求，可将数据设置不同的优先级。优先级最高的是紧急数据(RT0)，该类数据指对应用行为起关键作用，是要求及时传递的数据。RT0数据通常包括：控制器制动执行器的命令、设备产生的故障/错误通知等紧急告警、主控计算机发出的时间紧迫的网络管理服务(如开始/停止命令)；周期性过程数据(RT1)是指具有严格实时性要求且周期性传输的过程数据。RT1数据主要包括控制系统的物理测量和控制指令。非周期性非紧急数据(RT2)，是指由事件驱动产生且非周期性传输的数据，如非紧急告警数据。

针对以上工业无线传感器网络的环境干扰严重且数据类型多样的特点，为使无线资源得到充分利用，需要综合考虑各种因素的制约，设计一种有效的调度方法。目前工业无线传感器网络调度策略的研究中，主要考虑所有现场设备的数据更新周期都相同的情形；针对不同优先级数据，多数采用高优先级数据到来后立即抢占低优先级数据时隙的方式。由于工业环境中不同现场设备功能不同，数据更新周期未必完全相同，故设计调度方案时应考虑数据更新周期的异构性。由于高优先级数据有其最长等待时间，只需在此等待时间之内传到网关就可满足实时性要求，故高优先级数据到来后可以综合考虑等待和抢占机制，在实时性要求满足的条件下减少对低优先级数据传输机会的抢占。因此，需要设计一种新的调度方法，对工业无线传感器网络的混合数据流进行调度，以满足数据传输的硬实时和高可靠要求。

发明内容

针对工业无线传感器网络中数据硬实时和高可靠的要求，本发明提出一种针对工业无线传感器网络中混合数据流可靠传输的调度方法。该方法包括周期性数据建模、非周期性数据建模、非周期性数据时隙预留、周期性数据时隙分配以及非周期性数据对周期性数据的“等待-抢占/丢弃”机制共五个方面。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：工业无线传感器网络中混合数据流可靠传输的调度方法，网关为各现场设备发送的周期性数据和非周期性数据分配时隙，用于各现场设备根据时隙分配完成数据传输，包括以下步骤：

对周期性数据和非周期性数据建模；

采用循环统计法为非周期性数据预留时隙；

为周期性数据分配时隙。

对周期性数据建模具体为：