本發(fā)明涉及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，更具體的說(shuō)是涉及一種基于opc?ua協(xié)議的應(yīng)用層確定性保障方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下，工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向無(wú)人化、智能化發(fā)展，復(fù)雜生產(chǎn)任務(wù)的“算法更復(fù)雜、數(shù)據(jù)量更大、時(shí)間敏感度更高”，由簡(jiǎn)單控制邏輯演變?yōu)閺?fù)雜大數(shù)據(jù)決策，對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備提出更加嚴(yán)格的確定性要求。然而，現(xiàn)有確定性技術(shù)主要存在于網(wǎng)絡(luò)層和物理層之間，但是實(shí)際應(yīng)用中，真正用戶需要的是應(yīng)用到應(yīng)用之間的確定性，應(yīng)用到應(yīng)用之間實(shí)際上包括了順序處理、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)，難以靠單一的網(wǎng)絡(luò)層面保障能力難以支撐應(yīng)用到應(yīng)用的確定性需求。因此，確定性需要在整個(gè)工廠系統(tǒng)中不斷延伸，從2-3層向應(yīng)用層發(fā)展。

2、應(yīng)用層確定性需要能夠感知應(yīng)用與業(yè)務(wù)需求，以全局優(yōu)化策略配置網(wǎng)絡(luò)、算力等異構(gòu)資源，通過(guò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算精密協(xié)同，實(shí)現(xiàn)涵蓋應(yīng)用的“精準(zhǔn)、高性能、可靠”應(yīng)用的端到端確定性閉環(huán)控制，保障通信、計(jì)算等過(guò)程的精確性能。目前工業(yè)應(yīng)用協(xié)議比較有代表性的是opc?ua協(xié)議。opc?ua是opc基金會(huì)(opc?foundat?ion)發(fā)布的數(shù)據(jù)通訊統(tǒng)一方法，具有與平臺(tái)無(wú)關(guān)，可在任何操作系統(tǒng)上運(yùn)行、配置和維護(hù)更加方便、基于服務(wù)的技術(shù)等特點(diǎn)。但是由于opc?ua原是面向it通信的opc協(xié)議演進(jìn)而來(lái)，設(shè)計(jì)之初并未考慮在網(wǎng)絡(luò)層、計(jì)算上的確定性問(wèn)題，因此難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的確定性保障。通過(guò)本發(fā)明方法，增加opc?ua的確定性保障能力，為用戶提供應(yīng)用端到應(yīng)用端的確定性保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于opc?ua協(xié)議的應(yīng)用層確定性保障方法與系統(tǒng)。

2、本發(fā)明采用技術(shù)方案如下：一種基于opc?ua協(xié)議的應(yīng)用層確定性保障方法，包括以下步驟：

3、用戶應(yīng)用模塊，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系編排應(yīng)用的整體流程，流程包括多個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的功能通過(guò)opc?ua服務(wù)調(diào)用和本地服務(wù)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)；

4、應(yīng)用服務(wù)確定性管理模塊，將整個(gè)應(yīng)用的確定需求分解，形成各opc?ua服務(wù)調(diào)用和本地服務(wù)的確定性需求，并通過(guò)服務(wù)調(diào)用接口的服務(wù)確定性參數(shù)傳遞給調(diào)用的各opc?ua服務(wù)調(diào)用和本地服務(wù)；

5、opc?ua確定性管理模塊，根據(jù)opc?ua服務(wù)的功能進(jìn)行任務(wù)分解，將opc?ua服務(wù)分解為多個(gè)計(jì)算任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)；根據(jù)服務(wù)確定性參數(shù)和各類任務(wù)的確定性執(zhí)行狀態(tài)信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的網(wǎng)算協(xié)同規(guī)劃，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)；

6、如果當(dāng)前任務(wù)是計(jì)算任務(wù)，則放入對(duì)應(yīng)確定性類型的計(jì)算接口中；本地計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)發(fā)送本地操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度計(jì)算資源執(zhí)行計(jì)算任務(wù)；遠(yuǎn)程計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)通過(guò)調(diào)用opc?ua方法服務(wù)的接口，發(fā)送給遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)內(nèi)核接口，由遠(yuǎn)程設(shè)備的操作系統(tǒng)調(diào)度計(jì)算資源執(zhí)行計(jì)算任務(wù)；

7、如果當(dāng)前任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，將網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理器，使網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)參數(shù)制定網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略，并將調(diào)度策略配置到傳輸路徑上的交換機(jī)和終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口中。

8、所述服務(wù)調(diào)用接口在opc?ua服務(wù)調(diào)用接口基礎(chǔ)上，增加服務(wù)確定性參數(shù)的傳遞功能；其中，服務(wù)確定性參數(shù)包括：

9、服務(wù)確定性類型：周期實(shí)時(shí)類型、非周期實(shí)時(shí)類型和非實(shí)時(shí)類型；

10、服務(wù)周期：對(duì)于周期性執(zhí)行的服務(wù)為周期服務(wù)，服務(wù)周期參數(shù)有效；非周期服務(wù)參數(shù)表示為0；

11、服務(wù)id：應(yīng)用層對(duì)服務(wù)的確定性進(jìn)行區(qū)分的標(biāo)識(shí)，同一個(gè)周期性服務(wù)在不同周期執(zhí)行的服務(wù)id是一致的，其余非周期實(shí)時(shí)類型服務(wù)都有唯一的服務(wù)id；

12、服務(wù)起始、截止時(shí)間：對(duì)于有確定服務(wù)時(shí)間需求的服務(wù)，定義為實(shí)時(shí)類型，服務(wù)時(shí)間參數(shù)有效，以應(yīng)用流程起始時(shí)間為基點(diǎn)，表示在應(yīng)用起始基點(diǎn)后的時(shí)間點(diǎn)；對(duì)于沒(méi)有確定截止時(shí)間時(shí)間需求的服務(wù)，定義為非實(shí)時(shí)類型，服務(wù)時(shí)間參數(shù)為0；

13、服務(wù)可靠性：可靠性包括2種方式，一種為重復(fù)執(zhí)行n次，一種為冗余計(jì)算方式。

14、所述任務(wù)確定性參數(shù)包括：

15、任務(wù)確定性類型：包括周期實(shí)時(shí)類型、非周期實(shí)時(shí)類型和非實(shí)時(shí)類型；

16、任務(wù)周期：對(duì)于周期性執(zhí)行的任務(wù)為周期任務(wù)，任務(wù)周期參數(shù)有效，為任務(wù)的周期長(zhǎng)度；非周期任務(wù)參數(shù)表示為0；

17、任務(wù)id：確定性中間件對(duì)同一服務(wù)id下各任務(wù)的確定性進(jìn)行區(qū)分的標(biāo)識(shí)；

18、任務(wù)起始、截止時(shí)間：對(duì)于有確定服務(wù)時(shí)間需求的任務(wù)，定義為實(shí)時(shí)類型，任務(wù)時(shí)間參數(shù)有效，以服務(wù)起始時(shí)間為基點(diǎn)，表示任務(wù)在服務(wù)基點(diǎn)后的時(shí)間點(diǎn)；對(duì)于沒(méi)有確定截止時(shí)間時(shí)間需求的任務(wù)，定義為非實(shí)時(shí)類型，任務(wù)時(shí)間參數(shù)為0；

19、任務(wù)可靠性：可靠性包括2種方式，一種為重復(fù)執(zhí)行n次方式，一種為冗余路徑或資源的計(jì)算方式。

20、所述確定性執(zhí)行狀態(tài)信息，由任務(wù)確定性信息統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行管理和獲取，作為網(wǎng)算協(xié)同規(guī)劃的依據(jù)和條件；計(jì)算任務(wù)執(zhí)行開(kāi)始和結(jié)束時(shí)分別記錄時(shí)間，結(jié)束時(shí)間與開(kāi)始時(shí)間的差值作為計(jì)算任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，將執(zhí)行時(shí)間作為任務(wù)的確定性返回參數(shù)，反饋到任務(wù)確定性信息統(tǒng)計(jì)模塊。

21、所述opc?ua方法服務(wù)的接口，在輸入?yún)?shù)列表中，增加遠(yuǎn)程計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)，發(fā)送給遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)內(nèi)核接口；在輸出參數(shù)列表中，增加遠(yuǎn)程計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，作為opc?ua方法服務(wù)的結(jié)果參數(shù)返回。

22、所述如果當(dāng)前任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，將網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理器，使網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)參數(shù)制定網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略，并將調(diào)度策略配置到傳輸路徑上的交換機(jī)和終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口中；使網(wǎng)絡(luò)層執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)任務(wù)時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的傳輸數(shù)據(jù)流量進(jìn)行區(qū)分和接口適配后，放入對(duì)應(yīng)確定性類型的通信接口中，然后通過(guò)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)通道開(kāi)始傳輸；使終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口和交換機(jī)按照網(wǎng)絡(luò)管理器的策略進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)拇_定性保障。

23、一種基于opc?ua協(xié)議的應(yīng)用層確定性保障系統(tǒng)，包括：

24、用戶應(yīng)用模塊，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系編排應(yīng)用的整體流程，流程包括多個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的功能通過(guò)opc?ua服務(wù)調(diào)用和本地服務(wù)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)；

25、應(yīng)用服務(wù)確定性管理模塊，將整個(gè)應(yīng)用的確定需求分解，形成各opc?ua服務(wù)調(diào)用和本地服務(wù)的確定性需求，并通過(guò)服務(wù)調(diào)用接口的服務(wù)確定性參數(shù)傳遞給調(diào)用的各opc?ua服務(wù)調(diào)用和本地服務(wù)；

26、opc?ua確定性管理模塊，根據(jù)opc?ua服務(wù)的功能，進(jìn)行任務(wù)分解，分解為多個(gè)計(jì)算任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)；根據(jù)服務(wù)確定性參數(shù)和各類任務(wù)的確定性執(zhí)行狀態(tài)信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的網(wǎng)算協(xié)同規(guī)劃，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)；

27、本地計(jì)算確定性通道，用于接收計(jì)算任務(wù)，并放入對(duì)應(yīng)確定性類型的計(jì)算接口中；本地計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)發(fā)送本地操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度計(jì)算資源執(zhí)行計(jì)算任務(wù)；遠(yuǎn)程計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)通過(guò)調(diào)用opc?ua方法服務(wù)的接口，發(fā)送給遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)內(nèi)核接口，由遠(yuǎn)程設(shè)備的操作系統(tǒng)調(diào)度計(jì)算資源執(zhí)行計(jì)算任務(wù)；

28、網(wǎng)絡(luò)確定性通道，用于接收網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，將網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理器，使網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)參數(shù)制定網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略，并將調(diào)度策略配置到傳輸路徑上的交換機(jī)和終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口中。

29、由opc?ua確定性管理模塊、本地計(jì)算確定性通道和網(wǎng)絡(luò)確定性通道構(gòu)成確定性中間件。

30、所述opc?ua確定性管理模塊，包括：

31、服務(wù)網(wǎng)算任務(wù)分解模塊，用于對(duì)opc?ua服務(wù)進(jìn)行分解，得到opc?ua服務(wù)包含的多個(gè)任務(wù)，所述任務(wù)為計(jì)算任務(wù)或網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)，將分解的多個(gè)任務(wù)作為結(jié)果發(fā)送給任務(wù)確定性類型映射模塊和網(wǎng)算任務(wù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)協(xié)同規(guī)劃模塊；

32、任務(wù)確定性類型映射，用于根據(jù)opc?ua服務(wù)的確定性參數(shù)，確定對(duì)所述opc?ua服務(wù)所包含的任務(wù)的確定性參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的確定性類型、周期、可靠性參數(shù)分別與所屬服務(wù)的確定性類型、周期、可靠性參數(shù)相同；各任務(wù)起始時(shí)間、截止時(shí)間通過(guò)網(wǎng)算任務(wù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)協(xié)同規(guī)劃模塊進(jìn)行計(jì)算；

33、任務(wù)確定性信息統(tǒng)計(jì)模塊，用于管理和獲取確定性執(zhí)行狀態(tài)信息，接收任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中反饋的確定性返回參數(shù)；其中，所述確定性返回參數(shù)為執(zhí)行時(shí)間，所述執(zhí)行時(shí)間為任務(wù)執(zhí)行截止時(shí)間與起始時(shí)間的差值；

34、網(wǎng)算任務(wù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)協(xié)同規(guī)劃模塊，用于根據(jù)服務(wù)確定性參數(shù)和多個(gè)任務(wù)的確定性執(zhí)行狀態(tài)信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的網(wǎng)算協(xié)同規(guī)劃；計(jì)算網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的任務(wù)確定性參數(shù)中的任務(wù)起始、截止時(shí)間。

35、本發(fā)明具有如下有益效果和優(yōu)點(diǎn)：

36、提升基于opc?ua應(yīng)用層的確定性保障能力，為用戶提供應(yīng)用端到應(yīng)用端的確定性保障。