【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业控制，尤其涉及一种基于tsn的工业设备协同控制方法、系统及可读存储介质。
技术介绍
1、在现有的工业自动化系统中，设备之间的通信通常依赖于传统的以太网、现场总线以及工业无线网络，存在延迟高、可靠性差、无法满足实时性要求等问题。在工业网络市场，传统以太网因其速度更快、拓扑结构更灵活的优势持续占据主导地位。
2、在网络拥堵、硬件故障或配置错误等极端情况下，传统以太网的延迟会异常地大幅增加，甚至可能趋于无穷大。时间敏感网络（time-sensitive network，简称tsn）作为一种新兴的网络技术，能够为工业设备提供确定性的通信服务，精确控制时延、抖动、丢包率、带宽和数据传输路径，解决传统以太网在实时通信上的不足。它通过优化时间同步、流量调度以及互操作等方面，实现周期性数据和非周期性数据在同一网络中的混合承载，降低整个通信网络的复杂度。同时，tsn还具有开放兼容的技术特点，能够打破传统工业以太网协议之间的封闭性，实现不同设备之间的信息互通及功能协同，为工业网络向更高效、更可靠方向发展提供了重要支持。
3、然而，tsn技术在与现有的工业自动化系统融合的过程中，仍面临以下挑战：
4、第一，现代工业环境中，设备间的网络连接和数据流量日益复杂。传统“两层三级”的网络架构往往难以应对大量设备的接入和数据传输，造成网络管理困难，数据传输效率低下。
5、第二，当前的流量调度方法大多采用静态优先级和固定时隙分配策略，缺乏对不同类型流量的灵活适应能力。对于一些关键控制流量，传统的调
6、第三，尽管tsn在时间同步和流量调度方面有一定优势，但在复杂的工业环境中，设备的运行状态和网络状况是动态变化的。传统的网络管理方式无法实时调整流量的优先级和网络资源的分配，导致网络拥塞、延迟和数据丢失。
7、有鉴于此，有必要提出一种新的基于tsn的工业设备协同控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于tsn的工业设备协同控制方法、系统及可读存储介质，以解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的一种基于tsn的工业设备协同控制方法，包括步骤：
3、s1，交换机获取tsn网络从预设的开始检测时刻到当前时刻的流量，并将时刻获取的流量平均分为n个流量截至当前时刻，每个流量的集合为：
4、；
5、s21，构建静态调度策略的优化目标函数：
6、，
7、其中，n表示流量的总数，iϵ[1,n]，表示第i个流量的时延，表示第i个流量的抖动，表示第i个流量的丢包率，、、分别为第i个流量时延、抖动和丢包率的权重系数；
8、s22，获取使步骤s21中的优化目标函数达到最小的流量优先级、分配时隙和带宽资源；
9、s3，构建动态调度模型，以得到调节后的流量优先级、分配时隙和带宽资源，具体包括：
10、s31，将第i个流量的时延，第i个流量的抖动，第i个流量的丢包率，进行标准化处理，随机生成候选调度方案以得到一个包含多个候选调度方案的蚁群；
11、s321，计算每个候选调度方案的调度决策转移路径长度，
12、；
13、其中，是第k只蚂蚁的流量传输延迟，是丢包率，是抖动值，是设备状态的影响因素；
14、s322，计算每段路径增加的信息素浓度，；其中，m为蚁群中蚂蚁的数量，q为常数，为第k只蚂蚁的路径长度；
15、s331，根据步骤s322获取的信息素浓度，启发信息引导蚁群移动，获取调度决策转移的概率，
16、；
17、其中，为蚂蚁k允许选择的节点集合，为启发信息，和分别为信息素和启发信息的重要程度参数；
18、s332，更新信息素浓度，
19、；
20、其中，表示在时刻t，从节点i到节点j的信息素浓度，为信息素挥发系数，为新增的信息素浓度；
21、s34；计算每个候选调度方案的适应度，根据适应度值选择优秀调度方案，进行信息素更新和蚁群移动，直到达到最大迭代次数；
22、s35，获取拥有最大适应度值的最优调度方案，以获得适应当前网络情况的最优流量优先级分配、时隙分配和带宽资源分配结果。
23、优选的，所述步骤s2中，
24、，
25、，
26、；
27、其中，、、分别为第i个流量的时延权重、抖动权重和丢包率权重，其取值均为0到1之间，且三者的和为1；、、分别为第i个流量的最大允许时延、最大抖动和最大丢包率。
28、优选的，根据所述第i个流量的时延、抖动、丢包率，统计截至当前时刻的第i个流量产生时延、抖动、丢包率的概率占比，作为第i个流量的时延权重、抖动权重和丢包率权重。
29、优选的，所述步骤s2中，还包括步骤：根据当前时刻的n个流量的带宽和时隙数，对带宽和时隙数分别进行求和处理，以得到tsn网络的总带宽和网络总时隙数。
30、优选的，所述步骤s2中，还包括根据tsn网络的总带宽和网络总时隙数构建所述静态调度策略的优化目标函数的约束条件：
31、，
32、；
33、其中，表示第i个流量的带宽需求，是tsn网络的总带宽，表示第i个流量的传输时隙需求，是tsn网络的总时隙数。
34、优选的，所述步骤s34包括：
35、s341，根据公式：
36、，
37、计算每个候选调度方案的适应度；其中，、、、分别为时延、抖动、丢包率和设备状态的影响因素的权重系数；
38、s342，获取适应值最高的调度方案，进行信息素更新和蚁群移动，直到达到最大迭代次数。
39、优选的，所述步骤s1之前还包括步骤：在包括交换机和服务器的tsn网络，构建分层的网络拓扑结构；其中，所述分层的网络拓扑结构，包括负责全局管理和数据处理的工厂级以及负责设备控制和数据采集的设备级。
40、本专利技术还提供一种基于tsn的工业设备协同控制系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项所述的基于tsn的工业设备协同控制方法的步骤。
41、本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的基于tsn的工业设备协同控制方法的步骤。
42、针对现有技术中的不足与改进需求，本专利技术提供的基于tsn的工业设备协同控制方法，其目的是解决现有工业网络在设备协同控制中存在的实时性差、流量调度不灵活的问题。总体而言，通过本专利技术所构思的技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
43、本专利技术采用了静态流量调度策略，通过为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，
3.根据权利要求2所述的基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于，根据所述第i个流量的时延、抖动、丢包率，统计截至当前时刻的第i个流量产生时延、抖动、丢包率的概率占比，作为第i个流量的时延权重、抖动权重和丢包率权重。
4.根据权利要求1所述的基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，还包括步骤：根据当前时刻的N个流量的带宽和时隙数，对带宽和时隙数分别进行求和处理，以得到TSN网络的总带宽和网络总时隙数。
5.根据权利要求4所述的基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，还包括根据TSN网络的总带宽和网络总时隙数构建所述静态调度策略的优化目标函数的约束条件：
6.根据权利要求1所述的基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤S34包括：
7.根据权利要求1所述的基于TSN的工业设备协同控制方法，其特征在于
8.一种基于TSN的工业设备协同控制系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于TSN的工业设备协同控制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于TSN的工业设备协同控制方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于tsn的工业设备协同控制方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于tsn的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，
3.根据权利要求2所述的基于tsn的工业设备协同控制方法，其特征在于，根据所述第i个流量的时延、抖动、丢包率，统计截至当前时刻的第i个流量产生时延、抖动、丢包率的概率占比，作为第i个流量的时延权重、抖动权重和丢包率权重。
4.根据权利要求1所述的基于tsn的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，还包括步骤：根据当前时刻的n个流量的带宽和时隙数，对带宽和时隙数分别进行求和处理，以得到tsn网络的总带宽和网络总时隙数。
5.根据权利要求4所述的基于tsn的工业设备协同控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，还包括根据tsn网络的总带宽和网络总时隙数构建所述静态调度策略的优化目标函数的约束...
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