張立成，劉曉鑫，郝茹茹，周 洲，尚旭明

(長(zhǎng)安大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，據(jù)公安部交通管理局統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)3.10億輛，其中汽車2.17億輛，與2016年相比，全年增加2 304萬(wàn)輛，增長(zhǎng)11.85%[1]。汽車安全性能檢測(cè)是保證道路交通安全的重要措施之一，國(guó)家相關(guān)部門高度重視，陸續(xù)制定出臺(tái)了面向機(jī)動(dòng)車安全性能檢測(cè)與綜合性能檢測(cè)的系列標(biāo)準(zhǔn)[2-4]。除此之外，還出臺(tái)相關(guān)政策，如機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)業(yè)務(wù)逐步社會(huì)化、市場(chǎng)化來(lái)緩解車主檢車排隊(duì)、檢驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題[5]。為了檢驗(yàn)業(yè)務(wù)更加公平公正，2015年，公安部要求各交警支隊(duì)使用全國(guó)統(tǒng)一版的機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)監(jiān)督管理系統(tǒng)，各檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)部署安裝機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，該業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T26765-2011《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)規(guī)范》[6-7]。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，每個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目開始檢驗(yàn)前需要向檢驗(yàn)監(jiān)督管理系統(tǒng)申請(qǐng)，申請(qǐng)成功后拍攝檢驗(yàn)過(guò)程照片并上傳，檢驗(yàn)完成時(shí)需要上傳檢驗(yàn)結(jié)果，再申請(qǐng)檢驗(yàn)結(jié)束。因此設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定、高效的車輛檢測(cè)調(diào)度算法顯得尤為重要。另外新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，現(xiàn)有的檢測(cè)調(diào)度算法存在一些不足，如檢驗(yàn)結(jié)果上傳成功后，該項(xiàng)目則被鎖定，不能繼續(xù)申請(qǐng)檢驗(yàn)，也不能再次上傳檢驗(yàn)結(jié)果，因此對(duì)檢測(cè)異常中斷的一些項(xiàng)目，如制動(dòng)，需要斷點(diǎn)保存功能，否則會(huì)形成本地報(bào)告單數(shù)據(jù)與監(jiān)管平臺(tái)數(shù)據(jù)的不同步。

本文分析了現(xiàn)有調(diào)度算法的基本原理和不足，提出了一種改進(jìn)的基于狀態(tài)機(jī)的調(diào)度算法，并詳細(xì)描述了實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1 現(xiàn)有調(diào)度算法

1.1 文件共享

該方式的基本思路是在各個(gè)工位硬盤上建立共享文件夾，主控機(jī)將報(bào)檢信息以一定格式，如request.ini文件，寫入到共享文件夾下，工位機(jī)在空閑時(shí)實(shí)時(shí)掃描判定是否有新的報(bào)檢文件生成，如果有新的報(bào)檢文件，則讀取報(bào)檢信息，檢測(cè)完成后將檢測(cè)數(shù)據(jù)寫入共享文件result.ini中，并將request.ini文件刪除，主控機(jī)判定request.ini文件被刪除后，讀取共享文件result.ini獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀完后刪除result.ini文件。該方法存在諸多問(wèn)題：(1)實(shí)際使用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于病毒原因或安全策略設(shè)置原因?qū)е鹿蚕砦募A無(wú)法訪問(wèn)的現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法調(diào)度，甚至癱瘓；(2)工位機(jī)或主控機(jī)輪詢報(bào)檢信息或結(jié)果信息消耗大量CPU資源，尤其是主控機(jī)程序，需要處理的任務(wù)比較多，降低了系統(tǒng)調(diào)度的實(shí)時(shí)性，工位數(shù)量越多，實(shí)時(shí)性越差，不利于系統(tǒng)擴(kuò)展；(3)系統(tǒng)可靠性差，一旦工位機(jī)的報(bào)檢信息文件被破壞或誤操作，系統(tǒng)將無(wú)法正常運(yùn)行。

1.2 基于winsocket的車輛調(diào)度

文獻(xiàn)[8]介紹了一種基于winsocket的車輛動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。每個(gè)工位機(jī)在不發(fā)生故障的情況下，有空閑、忙和等待三種狀態(tài)，當(dāng)任何一個(gè)工位機(jī)進(jìn)入新狀態(tài)后都必須向主控機(jī)及時(shí)通報(bào)，直到主控機(jī)對(duì)該狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)為止。與共享文件方式不同，信息是通過(guò)winsocket消息發(fā)送給工位機(jī)，如：第i個(gè)工位空閑(i取1,2,3，…,MaxGwNum)，報(bào)檢隊(duì)列不為空時(shí)，主控機(jī)給第i工位發(fā)送報(bào)檢數(shù)據(jù)幀，延時(shí)n秒后，主控機(jī)檢測(cè)是否收到第i工位機(jī)回應(yīng)，若收到則判定報(bào)檢信息發(fā)送成功，否則重發(fā)，延時(shí)次數(shù)增1，若延時(shí)次數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值，系統(tǒng)報(bào)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤。第i工位收到報(bào)檢數(shù)據(jù)幀后執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)，狀態(tài)由空閑變?yōu)槊?，檢測(cè)完成后，檢測(cè)數(shù)據(jù)按照一定幀格式發(fā)送給主控機(jī)并等待主控機(jī)調(diào)度，狀態(tài)由忙變?yōu)榈却?。主控通過(guò)第i+1工位發(fā)來(lái)的winsocket消息判斷i+1工位的狀態(tài)，若第i+1工位狀態(tài)為忙，則第i工位一直等待，若第i+1工位空閑，主控請(qǐng)求第i工位離開，延時(shí)n秒后，判斷第i工位是否回應(yīng)，若第i工位沒(méi)有回應(yīng)，延時(shí)次數(shù)增1，若延時(shí)次數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值，系統(tǒng)報(bào)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤；若第i工位回應(yīng)，第i工位狀態(tài)由忙變?yōu)榭臻e，主控向第i+1工位發(fā)送報(bào)檢信息，依次類推。該調(diào)度算法利用TCP握手機(jī)制保證了數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性，整體優(yōu)于文件共享方式，但是也存在如下幾點(diǎn)不足：(1)命令幀和數(shù)據(jù)幀都是通過(guò)winsocket實(shí)現(xiàn)主控機(jī)與工位機(jī)之間的交換，命令幀數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)量大，尤其是近些年來(lái)國(guó)家監(jiān)管部門要求傳輸制動(dòng)力曲線、工位檢測(cè)圖片、視頻等大容量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)傳送方式容易丟幀，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性降低；(2)第i工位機(jī)出現(xiàn)掉電、重啟等故障時(shí)，軟件重新運(yùn)行后，檢測(cè)信息丟失，需要等待主控機(jī)重新發(fā)報(bào)檢信息；(3)機(jī)動(dòng)車安全檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)連入監(jiān)管平臺(tái)后，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)節(jié)拍的過(guò)程控制，若制動(dòng)某軸檢測(cè)完成后，支隊(duì)網(wǎng)絡(luò)突然發(fā)生異?；驒z測(cè)軟件異常中斷，只能通過(guò)業(yè)務(wù)退辦繼續(xù)檢測(cè)，給檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)帶來(lái)不便，降低了檢驗(yàn)效率。

2 核心算法設(shè)計(jì)

2.1 調(diào)度表設(shè)計(jì)

算法設(shè)計(jì)的調(diào)度表包括工位狀態(tài)表和工位調(diào)度狀態(tài)表，工位狀態(tài)表命名為GWZT，其數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 工位狀態(tài)表數(shù)據(jù)字典

gwnflg設(shè)計(jì)有3種狀態(tài)，有檢測(cè)任務(wù)時(shí)狀態(tài)為9，無(wú)檢測(cè)任務(wù)時(shí)狀態(tài)為1，其他狀態(tài)為無(wú)效狀態(tài)，如被屏蔽狀態(tài)、存在硬件故障狀態(tài)等，賦值為0。屏蔽或故障狀態(tài)的工位不參與調(diào)度。

工位調(diào)度狀態(tài)表命名為GWiZT，i為工位的序號(hào)，工位狀態(tài)表依次為GW1ZT,GW2ZT,…,GWnZT。若檢測(cè)線共有3個(gè)工位，即n=3，工位調(diào)度狀態(tài)表即有GW1ZT,GW2ZT,GW3ZT。數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 工位調(diào)度狀態(tài)表數(shù)據(jù)字典

jcflgi設(shè)計(jì)有4種狀態(tài)，正在檢測(cè)時(shí)狀態(tài)為1，檢測(cè)完成時(shí)狀態(tài)為9，出現(xiàn)故障時(shí)狀態(tài)為7，其他為初始化狀態(tài)，值為0，如表3所示。

表3 工位檢測(cè)狀態(tài)表

ctrlflgi設(shè)計(jì)有5種狀態(tài)，有檢測(cè)任務(wù)時(shí)，控制狀態(tài)賦值為8，表示檢測(cè)命令；本工位所有報(bào)檢項(xiàng)目檢測(cè)完成，且下一工位正忙，控制狀態(tài)賦值為1，表示等待命令；本工位所有報(bào)檢項(xiàng)目檢測(cè)完成，且下一工位空閑，控制狀態(tài)賦值為9，表示前進(jìn)命令；若檢測(cè)任務(wù)由于某些原因被終止，控制狀態(tài)賦值為7，表示中斷檢測(cè)命令，如表4所示。

表4 工位控制指令表

2.2 主控調(diào)度算法

利用工位狀態(tài)表及工位調(diào)度狀態(tài)表，將每個(gè)工位的工位狀態(tài)gwnflg、工位檢測(cè)狀態(tài)jcflgi、工位控制指令ctrlflgi組成三個(gè)數(shù)的組合。由排列組合原理，共有3×4×5 = 60種組合。其中有很多為無(wú)效組合，將有效組合整理出來(lái)，如表5所示。

表5 工位組合狀態(tài)表

假設(shè)工位i沒(méi)有故障，也沒(méi)有被屏蔽，則該工位為有效工位(以下所述工位指有效工位)。若工位數(shù)為n,系統(tǒng)初始時(shí)，各工位組合狀態(tài)都為“100”(以下所述狀態(tài)指組合狀態(tài))。如果是第1個(gè)工位(i=n)，從報(bào)檢隊(duì)列中按報(bào)檢先后順序選擇一輛待檢車，將第1個(gè)工位狀態(tài)更新為“918”，此時(shí)其他工位的狀態(tài)是“100”。如果第1個(gè)工位檢測(cè)任務(wù)完成，其狀態(tài)為“991”，表示第1個(gè)工位任務(wù)檢測(cè)完成，需要等待。如果第2(i=n-1) 個(gè)工位有檢測(cè)任務(wù)，則保持第1個(gè)工位的狀態(tài)為“991”，點(diǎn)陣屏提示引車員“請(qǐng)等待”；否則將第2個(gè)工位狀態(tài)更新為“918”，同時(shí)將第1個(gè)工位狀態(tài)更新為“999”，點(diǎn)陣屏提示引車員“請(qǐng)前進(jìn)”，在隨后調(diào)度過(guò)程中，第1個(gè)工位的狀態(tài)會(huì)更新為初始狀態(tài)“100”，此時(shí)第1個(gè)工位的檢測(cè)任務(wù)調(diào)度到了第2個(gè)工位，依次類推。當(dāng)調(diào)度到第n個(gè)工位時(shí)(i=1)，需要對(duì)每個(gè)工位的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成處理。具體算法細(xì)節(jié)見算法1。

算法1：主控調(diào)度算法

設(shè)工位序號(hào)為i(i=1,…,n),n為工位數(shù)。

1:輸入：第i個(gè)工位狀態(tài)Si,第i+1個(gè)工位狀態(tài)Si+1,當(dāng)i=n時(shí)，Si+1=""

2:fori=1,2,…,n

3:if Si="991"

4: ifi=1

5: Si="999"

6: end if

7:end if

8:if Si="999"

9: Si="100"

10:end if

11:if Si="100"

12: if Si+1="100"

13: end if

14: if Si+1="918"

15: end if

16: if Si+1=""

17: Si="918"

18: end if

19: if Si+1="991"

20: Si="918"

21: Si+1="999"

22: end if

23:end if

24:end for

2.3 工位機(jī)調(diào)度算法

工位機(jī)調(diào)度算法在工位調(diào)度線程中運(yùn)行，第i個(gè)工位機(jī)輪詢GWiZT表，執(zhí)行主控調(diào)度算法賦予的檢測(cè)指令，具體算法細(xì)節(jié)見算法2。

算法2：工位調(diào)度算法

設(shè)工位序號(hào)為i(i=1,…,n),n為工位數(shù)。

1:輸入：第i個(gè)工位控制狀態(tài)Ci，第i個(gè)工位檢測(cè)狀態(tài)Ji

2:if Ci=0

3: 提示檢測(cè)就緒

4:end if

5:if Ci=1

6: 提示請(qǐng)等待

7:end if

8:if Ci=8

9: 取報(bào)檢信息逐項(xiàng)檢測(cè)

10: Ji=9

圖1 車輛檢測(cè)時(shí)序圖

11: Ci=1

12:end if

13:if Ci=9

14: 提示請(qǐng)前進(jìn)

15:end if

本文設(shè)計(jì)的算法，當(dāng)工位組合狀態(tài)為"918"時(shí)，每完成一項(xiàng)檢測(cè)節(jié)拍，將檢驗(yàn)數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中，新的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)車輛的過(guò)程控制和過(guò)程監(jiān)管。以制動(dòng)為例，制動(dòng)的每個(gè)軸檢驗(yàn)前需要申請(qǐng)，檢驗(yàn)完成后需要上傳檢驗(yàn)結(jié)果及項(xiàng)目結(jié)束信息，一旦檢驗(yàn)結(jié)果信息成功上傳，不可重新上傳覆蓋。為此，在結(jié)果表中增加檢驗(yàn)項(xiàng)目上傳成功標(biāo)志信息，如B1表示一軸制動(dòng)、B2表示二軸制動(dòng)等。B1=1表示一軸檢測(cè)完成且成功上傳，B2=0表示二軸檢測(cè)未完成等，當(dāng)工位檢測(cè)軟件因網(wǎng)絡(luò)故障、硬件故障等原因需要重新運(yùn)行時(shí)，工位狀態(tài)仍為"918"，只有檢測(cè)完成時(shí)狀態(tài)才會(huì)被更新為"991"，基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)調(diào)度算法在軟件重新運(yùn)行時(shí)通過(guò)讀取相應(yīng)的工位狀態(tài)表和工位調(diào)度狀態(tài)表即可重新獲取報(bào)檢信息，繼續(xù)檢測(cè)，而基于winsocket通信方式的算法必須等待主控重發(fā)報(bào)檢信息。而且，本文設(shè)計(jì)的算法在軟件異常重啟時(shí)根據(jù)標(biāo)志位即可判定哪些項(xiàng)目已經(jīng)檢驗(yàn)完成且成功上傳，自動(dòng)加載已檢測(cè)完成且上傳成功的車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)，繼續(xù)未檢測(cè)項(xiàng)目。這樣既避免了重復(fù)檢測(cè)，節(jié)省了時(shí)間，也確保了監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)與本地檢測(cè)數(shù)據(jù)一致。

3 算法測(cè)試

為了驗(yàn)證本文提出的新型調(diào)度算法，采用實(shí)例分析對(duì)算法的可行性和合理性進(jìn)行測(cè)試。假設(shè)有3個(gè)工位，選取5輛待檢車輛。為5輛車輛在3個(gè)工位上分配檢測(cè)任務(wù)，車輛檢測(cè)耗時(shí)如表6所示。

表6 車輛檢測(cè)項(xiàng)目耗時(shí)表 (min)

圖1是本文提出的調(diào)度算法按照表6所示的檢測(cè)項(xiàng)目耗時(shí)表的調(diào)度Gantt圖。Gantt圖中展示了5輛待檢車輛在3個(gè)檢測(cè)工位上的消耗時(shí)間。通過(guò)實(shí)例分析，證明本文提出的調(diào)度算法可以實(shí)現(xiàn)汽車檢測(cè)控制系統(tǒng)的調(diào)度功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的算法目前在榆林、咸陽(yáng)、商洛等多個(gè)地區(qū)的10多個(gè)機(jī)動(dòng)車安全性能檢驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行了測(cè)試使用，算法穩(wěn)定可靠，滿足全程實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的調(diào)度要求，加快了檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的工作效率，減少了車主的等待時(shí)間，確保檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)與監(jiān)管平臺(tái)數(shù)據(jù)的一致性。