[發明專利]一種端邊協同的工業網絡控制架構及資源聯合分配方法

有效

• 申請號: 202210523683.3
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114866593B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 溫曉婧;陳彩蓮;任晟;馬葉涵;關新平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L67/125
• 分類號: H04L67/125;H04L67/10;H04L41/0896
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種基于任務時效性的感知-傳輸-計算資源聯合分配方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟A、將現場設備層需要監測的各個生產環節定義為L_i，所有生產環節構成生產流程集合L，每個生產環節對應的邊緣設備定義為E_i，每個生產環節和邊緣設備合稱為子系統，配置每個子系統可使用頻帶資源M_f、計算資源M_c，初始化采樣變量α_m,n、傳輸資源分配變量β_s,m,n和計算資源分配變量γ_s,m,n；

步驟B、工業云平臺對個性化定制需求進行分解，調節各個生產環節的估計誤差閾值l_i，設置生產周期N，下達到現場設備層的生產執行設備；

步驟C、生產環節中各生產任務進行本地估計，判斷是否采樣，若采樣則轉至步驟D，否則轉至步驟F；

步驟D、各邊緣設備根據任務時效性選擇調度任務，進行頻帶資源和計算資源的細粒度劃分，并下達流量調度信息；

步驟E、調度任務包含的傳感設備根據邊緣計算層的流量調度信息，完成配置，上傳控制類感知數據；邊緣設備中計算單元對原始數據進行清洗處理，提取有效信息，完成任務狀態更新；

步驟F、邊緣設備中的估計單元判斷是否收到狀態更新數據，若收到則轉至步驟G，否則轉至步驟H；

步驟G、邊緣設備中的估計單元根據狀態更新數據進行融入AoT的局部估計，估計誤差為轉至步驟I；

步驟H、邊緣設備的估計單元沒有收到狀態更新數據時，根據歷史估計值進行迭代估計，估計誤差為

步驟I、邊緣設備中的反饋控制單元根據局部估計值，采用最優控制律做出控制決策，下達指令至生產執行設備；

步驟J、工業云平臺中集中控制器判斷個性化定制需求是否發生變化，若發生變化則重復執行步驟B到步驟I，否則轉至下一步；

步驟K、現場設備層中的傳感設備判斷當前時隙是否大于生產周期N，若小于等于N則重復執行步驟C到步驟J，否則結束，完成云邊協同的閉環控制；

所述步驟D包括以下步驟：

步驟D.1：判斷傳輸請求集合是否為空，若不為空，執行步驟D.2；否則，轉至步驟H；

步驟D.2：計算當前時刻生產環節中各任務的任務時效性(AoT)，根據AoT大小進行從高到低排序，并賦予任務優先級，將排序第一的任務標記為調度任務；

步驟D.3：選定調度任務后，邊緣設備在保證系統收斂性的前提下，采用最大AoT增益下降法給每個傳感器劃分頻帶RBs和計算RBs；

步驟D.4：將流量調度信息返回至現場設備層中相應傳感器；

所述任務時效性AoT為在端邊協同的工業網絡控制系統架構中多元信息密集型任務的信息新鮮度AoI，當任務的狀態信息經過采樣、傳輸和計算，估計器接收到對應任務的所有傳感器的狀態信息時，即認為任務更新完成，計算方式如下，

其中為估計器最新接收到的任務的生成時間，/和/分別為任務m中傳感器s在時隙/的傳輸時間和計算時間；

所述最大AoT增益下降法進行傳輸-計算資源聯合分配設計的具體步驟如下：

第3.1步，獲取調度任務m中各傳感器的數據包大小/計算強度/

第3.2步，遍歷每個數據包，直至所有數據包滿足計算部分系統收斂性條件

第3.3步，更新可用計算RBs，計算每個數據包的計算AoT增益，由高到低降序排列，排序第一的數據包計算RBs加1，直至計算RBs為0；

第3.4步，遍歷每個數據包，直至所有數據包滿足傳輸部分系統收斂性條件

第3.5步，更新可用傳輸RBs，計算每個數據包傳輸AoT增益，由高到低降序排列，排序第一的數據包傳輸RBs加1，直至傳輸RBs為0；

第3.6步，返回頻帶RBs和計算RBs的分配情況。

2.根據權利要求1所述的基于任務時效性的感知-傳輸-計算資源聯合分配方法，其特征在于，所述步驟A中可使用的頻帶資源和計算資源被劃分為資源塊，每個資源塊為一個最小不可再分單元，頻帶資源塊的頻帶寬度為奈奎斯特帶寬，時間長度為時隙；計算資源塊的計算寬度為物理CPU線程，時間長度為時隙。