实时网络控制系统的若干关键问题研究

《实时网络控制系统的若干关键问题研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要计算机和网络技术的飞速发展及其与控制技术的交叉融合，推动着自动控制系统由集中式的封闭体系结构转向分布式的开放结构，越来越多地向数字化、网络化、智能化的方向发展，网络控制系统NCS(networkedcontrolsystem)应运而生。虽然传统控制系统研究的内容(如稳定性、可控性、算法的收敛性等)仍然是NCS研究的范畴，但由于网络技术本身所具有的一些特点(如f网络延时、网络拥塞、数据包丢失等)，使得网络控制系统表现出一些新的特征。随着NCS的广泛应用，不同类型的需求对网络控制系统性能提出了不同要求，于

2、是如何有效地描述网络的随机性特征并保证NCS的服务质量QoS(qualityofservice)成为人们关注的重要内容。影响NCS性能的因素很多，需要进行全面的分析才能确定哪些是主要因素。为此，本文首先分析了NCS面临的基本问题(如实时性、网络拥塞等)及其成因，然后通过对网络控制系统体系结构的分析，建立了网络控制系统的基本模型，包括数据传输模型、网络节点模型及网络服务质量模型等。本文基于这些模型探讨了NCS的性能与服务质量QoS之间的关系，并从系统的角度把网络QoS的实现方式分为两类：一是网络节点设备的Q

3、oS，另一是控制算法的QoS。对于前者，从WebQoS的角度研究了节点设备对NCS整体性能的影响；对于后者，分别从源端和链路端对已有网络拥塞控制模型及算法进行对比分析，指出网络拥塞控制算法必须在满足QoS要求的约束下才有效，并基于此提出了以网络OoS参数为直接约束条件的网络拥塞控制新方法。该方法的核心思想是，以满足NCS整体性能要求为前提条件，在OoS参数与网络负载特性之间建立直接的映射关系，将网络负载特性曲线划分为若干区间，把负载的变化映射到不同区间，各区间的变迁可以描述为一种模糊有限状态机FuSM(f

4、uzzyfinitestatemachine)，并以此作为约束条件来构造拥塞控制算法。其具体方法是，把网络负载特性曲线(即Knee／Cliff曲线)划分为五个区间，每个区间定义为一种状态，状态之间的变迁以模糊有限状态机(FuSM)进行描述，从而建立相应的FuSM模型。然后，将FuSM作为直接约束条件对已有的RED拥塞控制算法进行重构，形成了基于FuSM约束的RED拥塞控制算法，仿真结果证明了该算法的有效性。摘要在此基础上，本文针对BACnet网络拥塞控制机制过于简单、拥塞控制作用相对滞后的缺陷，以FuSM

5、作为直接约束条件分别建立了基于丢包概率和多优先级的拥塞控制模型，并实现了基于FuSM约束的RED拥塞控制算法和改进多优先级的MPRED拥塞控制算法。通过仿真验证了这两种算法的有效性。此外，本文从网络控制系统的总体性能需求出发，研究了基于嵌入式Web方式实现网络节点设备QoS的方法。该方法采用嵌入式Web的网络体系结构及CGI(commongatewayinterface)动态数据交换技术，并借助于实时操作系统完成了对QoS的控制目标，从而为实现网络节点设备的服务质量探索了一种有效途径。该方法已在液体泄漏检

6、测仪中得到成功应用。最后，对本文的主要研究成果进行总结，并指出进一步研究的若干方向。关键词：网络控制系统，网络服务质量，拥塞控制，模糊有限状态机AbstractABSTRACTAlongwiththefastdevelopmentofcomputerandnetworktechnique，across、析t11theintegrationofcontroltechnology,theautomaticcontrolsystemisdriventothedistributedopenstructurefro

7、mtheconcentrativeclosedone，anddevelopedalongthedigital．networkedandintellectualizeddirection，thereforetheNCS(networkedcontrolsystem)emergedasrequired．Asweallknown,theresearchobjectofthetraditionalcontrolsystem，suchasstability,controllabilityandalgorithmic

8、astringency，isalsotheresearchareaoftheNCS．HowevertheNCSexhibitssomenewcharacteristicsduetotheinherentproblemsofnetworktechnique，suchasnetworkdelay,networkcongestionanddatapackagelosing．WiththebroadapplicationoftheNC