熵权法与装箱算法结合的Modbus RTU跨TSN调度技术
2025-02-12 21:27
No.1339347208037998592
技术概要
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本技术方案提出了一种结合熵权法和装箱算法的Modbus RTU跨TSN的调度技术,旨在优化数据交换网络。该技术首先将Modbus RTU数据帧转换为Modbus TCP格式,然后通过熵权法评估数据帧的重要性,并利用装箱算法进行调度,以实现高效的数据传输。
背景技术
工业发展的其中一个重要方向是工业物联网,网络技术和通信技术将制造业的所有事物进行连接,使彼此之间可以互联互通。为了满足各种工业现场的不同网络需求,产生了各种不同的有线网络协议及无线网络协议。有线网络包括ModbusRTU,PRIFINET等。虽然目前针对工业有线网络ModbusRTU和TSN单独的调度研究已经很多,但是工业异构网络的数据传输,资源分配及流量调度的问题一直没有很好解决。在一个工业控制系统中,如果涉及到需要实时控制和数据交换的任务,例如精密制造中的机器人操作或高速传感器数据的采集,使用ModbusRTU单独可能无法满足时序要求,而引入TSN技术则能够保证数据的精确时序性,确保工业过程的安全性和稳定性。在工业异构网络中,网络资源的维度、数据的传输需求、传输策略及调度机制是完全不同的,如何去保障工业异构网络中不同类型数据的低延迟、确定性延迟,目前存在的工业异构网络调度机制没有一个明确的解决方案。 有效的调度策略能够根据这些特性合理分配和使用资源,提高整体网络效率。容错与可靠性提升,在异构网络环境下,节点或链路故障可能导致整个系统性能下降甚至失效。合理的调度策略能够实现快速故障检测、冗余路径规划及流量重定向,从而增强网络的可靠性和鲁棒性。随着物联网、工业互联网以及未来新型网络技术的发展,网络规模不断扩大且结构日趋复杂。异构网络调度的研究可以提供灵活、可扩展的解决方案,适应不断变化的网络环境。 时间敏感网络(TSN)的提出为解决传统以太网无法满足低时延,高可靠性、高稳定性等需求的问题提供了思路。TSN流量调度算法在提出的一些调度机制框架上,针对不同调度流量和目标提出了各自的方案,大幅优化了性能。在时间敏感网络同步调度算法方面,NasrallahA等人提出了针对标准的时间感知整形器(TAS)和异步业务整形器(ATS)机制。为了解决TAS的不足,提出了两种新的机制,即自适应带宽共享(ABS)和自适应时隙窗口(ASW)机制。通过对偶发泊松流量和周期性流量的广泛模拟,评估了TSN标准机制和新机制。提出并评估了自适应带宽共享和自适应时隙窗口机制,以使TAS适应流量波动。还进一步评估了异步流量整形器(ATS),它被提出用于提供低延迟的网络服务,而不需要网络节点的时间同步。的评估表明,如果高优先级调度业务(ST)的选通比足够大以适应高优先级业务量,则标准TAS通常实现超短延迟。还观察到,引入的ABS机制提高了向低优先级尽力而为(BE)业务提供的服务质量,同时保持了高优先级业务的超短延迟。 在工业异构网络调度方面Wan J等人提出了一种基于软件定义网络的异构网络体系结构,以实现多源制造数据的跨网柔性转发和网络资源的优化利用。随后,从数据流的高动态特性和不同的延迟要求的角度分析了跨网融合与调度(CNFS)的机制。提出了一种路径感知的数据流动态重构算法,以提高多任务协同和高动态智能工厂环境中多源异构数据的融合效率。特别是对于多变量和小批量智能制造系统。为了满足不同延迟流对带宽的要求,提出了一种延迟敏感的网络带宽调度算法。在有线/无线多协议共存、不同数据流具有不同实时性要求的网络环境中,有效的数据转发和资源调度机制是提高系统网络性能的关键。此外,利用系统中数据流的连续或离散特征对网络带宽进行了优化和调度,以满足不同延迟流的实时性要求。 工业异构网络调度其中一个关键的问题是工业异构网络调度表的生成,目前的大部分异构网络调度算法求解的是近似最优解。研究异构网络调度是为了当前智能工厂对工业物联网提出的确定性低时延,灵活等要求,具有一定的理论及现实意义。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
耿道渠  陈晓波  魏旻  王平  朱泰宇
技术所属: 重庆邮电大学
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