CN110457642A - 一种配电实时操作系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种配电实时操作系统，其特征在于，包括：输入行为预计模块，用于分析输入行为的可预计性；输出行为预计模块，用于分析输出行为的可预计性；计算行为预计模块，用于分析计算行为的可预计性，其包括：时间分析单元，用于分析计算行为的时间可预计性；执行顺序分析单元，用于分析任务集合执行顺序的可预计性。

Description

一种配电实时操作系统

技术领域

本申请涉及下一代信息网络产业技术领域，尤其涉及一种配电实时操作系统。

背景技术

配电终端是安装在配电网现场的各种远程监测、控制单元的总称，主要包括馈线终端、站所终端、配变终端等。其功能主要包括：数据采集、控制、数据传输、维护、对时、事件顺序记录(SOE)、馈线故障诊断、单相接地检测、一次重合闸等。

作为配电终端上的配电实时操作系统，包含了网络系统和物理系统两个部分。网络系统包含物联网和通信网，物联网主要用于传感器和配电终端之间的联网，通信网用于配电终端之间以及配电终端和各种开关以及服务器之间的通信。而物理系统包含用于监控变电站各种变化的传感器以及用于执行各种配电动作的开关。

由于配电实时操作系统同时接入大量监控子系统，收集各种传感器数据，并且需要实时地执行开关操作，所以具有高复杂度、高并发和高交互的特点，这就要求实现配电实时操作系统的可预计性，及要求保证配电实时操作系统内各个任务的行为可预计，从而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种配电实时操作系统。

根据本申请实施例，提供一种配电实时操作系统，包括：

输入行为预计模块，用于分析输入行为的可预计性；

输出行为预计模块，用于分析输出行为的可预计性；

计算行为预计模块，用于分析计算行为的可预计性，其包括：

时间分析单元，用于分析计算行为的时间可预计性；

执行顺序分析单元，用于分析任务集合执行顺序的可预计性。

优选的，时间分析单元确定N个任务的任务集合H内任意一个任务H_i的时间可预计性如下：

其中，是任务Hi的最好响应时间，是任务H_i的最坏响应时间。

优选的，时间分析单元确定任务集合H的时间可预计性PH_H如下：

优选的，执行顺序分析单元确定任务集合H的执行顺序的可预计性如下：

其中，D_O是H的实际执行顺序的执行顺序距离的集合，d_k是第k个实际执行顺序与理想执行顺序的距离。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本配电实时操作系统给出了分析计算行为和任务集合执行顺序的时间可预计性的分析方案，从而实现了配电实时操作系统的可预计性，进而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种配电实时操作系统的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不只是所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征值“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1是根据一示例性实施例示出的一种配电实时操作系统的框图。参照图1，一种配电实时操作系统，包括：

输入行为预计模块10，用于分析输入行为的可预计性，其包括：

传感器输入预计单元，用于分析传感器输入行为的可预计性；

物联网输入预计单元，用于分析物联网输入行为的可预计性；

输入完成顺序预计单元，用于分析输入完成顺序的可预计性；

系统输入定时预计单元，用于分析系统输入定时的可预计性。

输出行为预计模块20，用于分析输出行为的可预计性；

计算行为预计模块30，用于分析计算行为的可预计性。

由于配电实时操作系统同时接入大量监控子系统，收集各种传感器数据，并且需要实时地执行开关操作，所以具有高复杂度、高并发和高交互的特点，这就要求实现配电实时操作系统的可预计性，及要求保证配电实时操作系统内各个任务的行为可预计，从而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。本配电实时操作系统给出了确定传感器输入行为、物联网输入行为、物联网输入行为和系统输入定时的可预计性的分析方案，从而实现了配电实时操作系统的可预计性，进而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

优选的，当传感器所处环境为EV，自身状态为PH时，传感器输入预计单元确定传感器输入I_s完成时间的可预计性PI_s如下：

其中，TimeR()是传感器的响应时间的函数。

申请人认为，传感器完成时间是影响传感器输入的关键，因此传感器响应时间的变化可以用来衡量传感器输入完成时间的可预计性。申请人提出了上述独创的计算方法来分析传感器输入I_s完成时间的可预计性，PI_s的值越大，该传感器输入完成时间的可预计性就越高。如果PI_s接近于1，则该传感器受环境影响较小，其响应时间的波动范围也较小。在这种情况下，处理该输入的时间可以被设置得非常紧致，从而存储在该传感器输入端口中的数据可以尽快被处理。

通过本优选实施例，可以增加了输入决定的程序的可预计性和可组合型，同时也减少了运行时系统的缓存开销，提高了运行时系统的可预计性。

优选的，物联网输入预计单元确定物联网输入I_IOT完成时间的可预计性PI_IOT如下：

其中，D是物联网延迟，其D＝(J，L，S，W)，物联网延迟D包括消息的释放延迟J、网络链路传输延迟L，网络交换延迟S和是由于在消息接收队列中与其他的数据竞争产生的延迟W；D_i＝(J_i，L_i，S_i，W_i)是第i条消息的物联网延迟；D_j＝(J_j，L_j，S_j，W_j)是第j条消息的物联网延迟；Delay()是网络输入延迟的函数；N是通过物联网传输的消息数量。

申请人认为网络输入完成时间是系统输入完成时间不确定性的主要来源。申请人提出了上述独创的计算方法来分析物联网输入I_IOT完成时间的可预计性，PI_IOT越大，则物联网输入完成时间的可预计性越高。因此，如果PI_IOT趋近于1，则系统输入的可预计性可以得到明显改善。

优选的，输入完成顺序预计单元确定输入完成顺序对系统行为影响的可预计性PI_OD为：

PI_OD＝α(*sys+β*buf

其中，sys是输入完成顺序对系统行为的影响，buf是输入完成顺序占用的缓存对运行时系统可预计性的影响，α，β是根据经验预设的权重，均为(0，1)的小数，α+β＝1。

优选的，输入完成顺序预计单元确定

其中，对所有输入执行M次读输入操作，对于j次读输入操作读取输入I，依赖于输入I的任务的个数为TM，输入I对系统行为的影响为TM^I，如果此时输入I完成，则否则U_I＝{I}。

优选的，输入完成顺序预计单元确定

其中，对于j次读输入操作读取输入I_j，需要缓存的输入的集合为

优选的，输入完成顺序预计单元确定输入集合C的完成顺序的可预计性PC_O如下：

其中，C代表所有可能的输入完成顺序集合，C_i是其中的第i次，C_j是其中的第j次，

申请人提出了上述独创的计算方法来分析输入集合C的完成顺序的可预计性，PC_O值越大，则输入完成顺序的可预计性越高。PC_O＝1意味着不同周期内，输入总是按照一样的顺序变为完成状态。

通过本优选实施例，可以帮助改善系统的可预计性。因为每次的完成顺序都是一样的，所以就可以知道系统如何受到输入的影响，并且尝试优化输入完成顺序。

优选的，系统输入定时预计单元确定系统输入定时的可预计性PI_C如下：

对于安全关键的配电实时操作系统，任何超出可预计的范畴的延迟都可能导致安全关键的配电实时操作系统发生灾难性的后果。本优选实施例设计为系统输入集合的可预计性取决于该集合内具有最坏可预计性的输入，因此将上述三种情况都考虑在内，从而大幅提高了系统的安全性和稳定性。

根据本申请实施例，提供一种配电实时操作系统，包括：

输入行为预计模块，用于分析输入行为的可预计性

输出行为预计模块，用于分析输出行为的可预计性，其包括：

本地输出完成时间分析单元，用于分析本地输出完成时间的可预计性；

物联网输出完成时间分析单元，用于分析物联网输出完成时间的可预计性；

计算行为预计模块，用于分析计算行为的可预计性。

由于配电实时操作系统同时接入大量监控子系统，收集各种传感器数据，并且需要实时地执行开关操作，所以具有高复杂度、高并发和高交互的特点，这就要求实现配电实时操作系统的可预计性，及要求保证配电实时操作系统内各个任务的行为可预计，从而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。本配电实时操作系统给出了分析本地输出完成时间和物联网输出完成时间的可预计性的分析方案，从而实现了配电实时操作系统的可预计性，进而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

优选的，本地输出完成时间分析单元确定本地输出完成时间的可预计性PO_l如下；

其中，如果所有访存的缓存都命中，则访问内存所需延迟为d_ch；如果所有访存的缓存都失败，则访问内存所需延迟为d_cm。

申请人提出了上述独创的计算方法分析本地输出完成时间的可预计性，P0_l是衡量本地输出可预计性的标准。根据本优选实施例，如果PO_l趋近于1，其后继任务的可预计性可以得到提高。除此之外，如果本地输出有较高的可预计性，则该任务与其后继任务之间的同步开销则大大减小，从而进一步提升了系统的可预计性。

优选的，物联网输出完成时间分析单元，用于分析物联网输出完成时间的可预计性PO_n如下：

其中，发送端P向接收端R发送消息，R具有N个接收端，每个接收端接收M条消息，D是从发送端P到接收端R的延迟集合，其物联网延迟D包括消息的释放延迟J、网络链路传输延迟L，网络交换延迟S和是由于在消息接收队列中与其他的数据竞争产生的延迟W，用来计算向第i个结点发送第j条消息时的网络延迟；Delay()是网络输入延迟的函数；N是通过物联网传输的消息数量。

申请人提出了上述独创的计算方法来分析物联网输出完成时间的可预计性。如果PO_n趋近于0，则可以根据本优选实施例找出具有最坏可预计性的节点，并集中力量提高该节点网络传输的可预计性。

根据本申请实施例，提供一种配电实时操作系统，包括：

输入行为预计模块，用于分析输入行为的可预计性；

输出行为预计模块，用于分析输出行为的可预计性；

计算行为预计模块，用于分析计算行为的可预计性，其包括：

时间分析单元，用于分析计算行为的时间可预计性；

执行顺序分析单元，用于分析任务集合执行顺序的可预计性。

由于配电实时操作系统同时接入大量监控子系统，收集各种传感器数据，并且需要实时地执行开关操作，所以具有高复杂度、高并发和高交互的特点，这就要求实现配电实时操作系统的可预计性，及要求保证配电实时操作系统内各个任务的行为可预计，从而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。本配电实时操作系统给出了分析计算行为和任务集合执行顺序的时间可预计性的分析方案，从而实现了配电实时操作系统的可预计性，进而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

优选的，时间分析单元确定N个任务的任务集合H内任意一个任务Hi的时间可预计性如下：

其中，是任务Hi的最好响应时间，是任务H_i的最坏响应时间。

申请人提出了上述独创的计算方法来确定任意一个任务H_i的时间可预计性，是衡量任务时间属性可预计性的标准。如果趋近于0，则该任务高度不可预计。

本发明上述优选实施例考虑到了响应时间中的不确定性因素，它可以用来分析导致任务不可预计的主要原因，因此考虑到了并发环境下任务的抢占、运行时系统的开销等因素，更适于多任务并发的配电实时操作系统。

优选的，时间分析单元确定任务集合H的时间可预计性PH_H如下：

申请人提出了上述独创的计算方法来确定任务集合H的时间可预计性，PH_H是任务集合时间属性可预计性的衡量标准，PH_H越小，则该任务集合的时间属性的可预计性越低，也因此越难确定H的截止时间或者周期，为了保证安全性，需要采用高性能的平台，但是这样会导致资源浪费，因为可能大多数情况下任务集合中的任务会很早就执行完毕；另一方面，为了减小开销，设置了较小的截止时间或者周期，但是这会将整个系统置于风险之中，因为在最坏情况下，任务集合的最晚完成时间可能会超过截止时间。

本优选实施例通过上述独创的算法，如果PH_H趋近于1，则任务集合的完成时间具有较高可预计性，此时，任务集合的截止时间或者周期可以设置的比较紧凑。

优选的，执行顺序分析单元确定任务集合H的执行顺序的可预计性如下：

其中，D_O是H的实际执行顺序的执行顺序距离的集合，d_k是第k个实际执行顺序与理想执行顺序的距离。

申请人提出了上述独创的计算方法来确定任务集合H的执行顺序的可预计性，PH_O(H)为衡量任务集合执行顺序可预计性的标准。

在实际执行顺序等于理想顺序的情况，任务的执行顺序对任务执行的可预计性是没有影响的，本优选实施例通过将D_O精化为从而解决了该问题。

如果任务执行顺序的可预计性趋于1，任务集合的执行顺序就是具有较高可预计性的，调度异常是比较容易被预防的。需要注意的是，PH_O(H)＝1不意味着实际执行顺序等于理想执行顺序。

因此本优选实施例，实际执行顺序具有较高可预计性，本配电实时操作系统可以通过调整任务的参数(如截止时间、执行周期和释放时间等>和调度算法的方式来调整任务的执行顺序。

根据本申请实施例，提供一种配电实时操作系统，包括：

输入行为预计模块，用于分析输入行为的可预计性，其包括：

传感器输入预计单元，用于分析传感器输入行为的可预计性；

物联网输入预计单元，用于分析物联网输入行为的可预计性；

输入完成顺序预计单元，用于分析输入完成顺序的可预计性；

系统输入定时预计单元，用于分析系统输入定时的可预计性；

输出行为预计模块，用于分析输出行为的可预计性；

计算行为预计模块，用于分析计算行为的可预计性，其包括：

本地输出完成时间分析单元，用于分析本地输出完成时间的可预计性；

物联网输出完成时间分析单元，用于分析物联网输出完成时间的可预计性；

时间分析单元，用于分析计算行为的时间可预计性；

执行顺序分析单元，用于分析任务集合执行顺序的可预计性。

由于配电实时操作系统同时接入大量监控子系统，收集各种传感器数据，并且需要实时地执行开关操作，所以具有高复杂度、高并发和高交互的特点，这就要求实现配电实时操作系统的可预计性，及要求保证配电实时操作系统内各个任务的行为可预计，从而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

本配电实时操作系统给出了确定传感器输入行为、物联网输入行为、物联网输入行为和系统输入定时的可预计性的分析方案；本配电实时操作系统还给出了分析本地输出完成时间和物联网输出完成时间的可预计性的分析方案；本配电实时操作系统还给出了分析计算行为和任务集合执行顺序的时间可预计性的分析方案，从而实现了配电实时操作系统的可预计性，进而确保各个任务合理分配资源，以满足实时稳定安全的要求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种配电实时操作系统，其特征在于，包括：

输入行为预计模块，用于分析输入行为的可预计性；

输出行为预计模块，用于分析输出行为的可预计性；

计算行为预计模块，用于分析计算行为的可预计性，其包括：

时间分析单元，用于分析计算行为的时间可预计性；

执行顺序分析单元，用于分析任务集合执行顺序的可预计性。

2.根据权利要求1所述的配电实时操作系统，其特征在于，时间分析单元确定N个任务的任务集合H内任意一个任务H_i的时间可预计性如下：

其中，是任务H_i的最好响应时间，是任务H_i的最坏响应时间。

3.根据权利要求2所述的配电实时操作系统，其特征在于，时间分析单元确定任务集合H的时间可预计性PH_H如下：

4.根据权利要求3所述的配电实时操作系统，其特征在于，执行顺序分析单元确定任务集合H的执行顺序的可预计性如下：

其中，D_O是H的实际执行顺序的执行顺序距离的集合，d_k是第k个实际执行顺序与理想执行顺序的距离。