專利名稱：一種基于無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)間的流量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域和網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域，特別是涉及無(wú)線me sh網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)共存，以及流量控制。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS)是控制技術(shù)發(fā)展形成的一個(gè)全新的領(lǐng)域。它的出現(xiàn)取代了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中控制部件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制的分布化和網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)也加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)控制和上層管理的聯(lián)系，具有信息資源能夠共享、高效、靈活性等許多優(yōu)點(diǎn)。 但在這種開放式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生控制器和遠(yuǎn)程控制對(duì)象的傳感器和執(zhí)行器等智能設(shè)備之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交流和共享問(wèn)題。但由于目前通信帶寬的局限性以及大量設(shè)備的信息流量變化不規(guī)則等原因，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)存在一定程度的局限性。而另一方面，在無(wú)線通信領(lǐng)域，無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)的應(yīng)用為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供了一個(gè)穩(wěn)定的傳輸平臺(tái)，在不犧牲信道容量的情況下，可擴(kuò)展當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。由于無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)具有靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、便利的網(wǎng)絡(luò)配置、較好的容錯(cuò)能力和網(wǎng)格連通性，組網(wǎng)方式靈活、易于配置，網(wǎng)絡(luò)是自組織的(Self-Organizing)、自生成的 (Self-Creating)和自管理的(Self-Administering) 0由于網(wǎng)絡(luò)具有自組織能力，一方面不但可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的管理，提高其穩(wěn)健性(Robustness)和靈活性；另一方面，它能在動(dòng)態(tài)環(huán)境下使資源得到有效利用。其容許結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障、結(jié)點(diǎn)隨意的加入或離去。使得WMN大大提升了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的性能再加上無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)本身缺乏有效地自身控制能力，將無(wú)線mesh 網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相結(jié)合可以使二者之間互補(bǔ)。無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)典型空間分布的控制器和執(zhí)行器之間的信息交互，以達(dá)到被控對(duì)象的反饋控制.而對(duì)于分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊，其模塊間的業(yè)務(wù)流存在控制問(wèn)題。為了獲取系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)流的擁塞程度，必須合理調(diào)整業(yè)務(wù)流的速率，以完成擁塞控制。并且為了獲取精確地隊(duì)列長(zhǎng)度信息，要求大量的控制信息，這不僅會(huì)增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，還會(huì)和業(yè)務(wù)流競(jìng)爭(zhēng)傳輸資源，頻繁的擁塞警告將會(huì)增加業(yè)務(wù)流的丟包率。因此有必須設(shè)計(jì)一種流量控制策略，以滿足分布式模塊間網(wǎng)絡(luò)擁塞和控制流的均衡要求。綜上所述現(xiàn)有無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)僅考慮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸和處理問(wèn)題，極少考慮對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)的控制能力，因此有必要將無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)和NCS相結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)功能單一、適用范圍狹窄，數(shù)據(jù)傳輸方式有限等問(wèn)題；解決在分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊間的網(wǎng)絡(luò)擁塞和控制流的均衡問(wèn)題，如圖2所示。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為改變單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊中的數(shù)據(jù)傳輸模式；提供一種二門限值的流量控制的方法，該方法通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中隊(duì)列長(zhǎng)度來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制流速率；其特征在于通過(guò)隊(duì)列長(zhǎng)度門限值的改變實(shí)現(xiàn)控制流速率和業(yè)務(wù)流的合理分配，滿足對(duì)業(yè)務(wù)流的有效控制。包括以下步驟A、在單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊中，運(yùn)用無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的控制流和業(yè)務(wù)流；B、在分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊之間通過(guò)調(diào)整不同數(shù)據(jù)隊(duì)列門限的差值，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同條件下控制流速率和業(yè)務(wù)流擁塞率的均衡。所述步驟A中，分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊是由控制器、執(zhí)行器、零階保持器、量化器，以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成的一種閉環(huán)全分布式實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)；其基本信息(包括參考輸入、對(duì)象輸出、控制輸入，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))通過(guò)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換， 如

圖1所示。所述步驟A中，控制器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通道到達(dá)控制器節(jié)點(diǎn)時(shí)，控制器中控制程序根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，控制器節(jié)點(diǎn)立刻開始執(zhí)行控制算法產(chǎn)生控制量，而執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，接收從無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)經(jīng)零階保持器傳送的控制量，在接收到控制信號(hào)后立即動(dòng)作，周期性作用于被控對(duì)象(即單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)模塊)。所述步驟B中，通過(guò)隊(duì)列長(zhǎng)度觀測(cè)器獲取隊(duì)列長(zhǎng)度信息，然后根據(jù)隊(duì)列長(zhǎng)度信息運(yùn)用流量控制方法調(diào)整業(yè)務(wù)流的速率；通過(guò)動(dòng)態(tài)控制業(yè)務(wù)流隊(duì)列長(zhǎng)度的的合理范圍，進(jìn)而調(diào)整輸入業(yè)務(wù)流的速度，從而調(diào)整傳輸通道中的也業(yè)務(wù)流擁塞概率，如圖3所示。所述步驟B中，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)其中的隊(duì)列長(zhǎng)度未超過(guò)所設(shè)定的門限上限時(shí)，此時(shí)的隊(duì)列的到達(dá)速率也即輸入速率維持一個(gè)較高的水平。。隨著隊(duì)列長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，當(dāng)其超過(guò)所設(shè)定的門限上限時(shí)，為控制業(yè)務(wù)流隊(duì)列長(zhǎng)度繼續(xù)增長(zhǎng)，此時(shí)產(chǎn)生擁塞警告，輸入速率降至較低水平。所述步驟B中，隨著業(yè)務(wù)流的速率降低，系統(tǒng)中的隊(duì)列長(zhǎng)度出現(xiàn)減小趨勢(shì)，為防止隊(duì)列長(zhǎng)度繼續(xù)減少，當(dāng)隊(duì)列長(zhǎng)度降至或低于所設(shè)定的門限下限時(shí)，其輸入速率調(diào)整至隊(duì)列長(zhǎng)度未超過(guò)所設(shè)定的門限上限時(shí)的較高輸入速率，如圖4所示。所述步驟B中，系統(tǒng)服務(wù)采用M/M/1/L模型，對(duì)于狀態(tài)h+l(1)，h+l(2)，i = 1,2,..., k_l，狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖5所示。令，E為當(dāng)隊(duì)列長(zhǎng)度超過(guò)G時(shí)的穩(wěn)態(tài)概率為擁塞概率，C為控制
流速率。擁塞概率為
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)間的流量控制方法。包括如下步驟A.在單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊中，運(yùn)用無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的控制流和業(yè)務(wù)流；B.在分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊之間通過(guò)調(diào)整不同數(shù)據(jù)隊(duì)列門限的差值，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同條件下控制流速率和業(yè)務(wù)流擁塞率的均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，對(duì)于所述步驟A其特征在于單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊是由控制器、執(zhí)行器、零階保持器、量化器以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的一種閉環(huán)全分布式實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)；其基本信息(包括參考輸入、對(duì)象輸出、控制輸入，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))通過(guò)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，對(duì)于所述步驟A其特征在于控制器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通道到達(dá)控制器節(jié)點(diǎn)時(shí)，控制器中控制程序根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，控制器節(jié)點(diǎn)立刻開始執(zhí)行控制算法產(chǎn)生控制量，而執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，接收從無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)經(jīng)零階保持器傳送的控制量，在接收到控制信號(hào)后立即動(dòng)作，周期性作用于被控對(duì)象(即單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，對(duì)于所述步驟B其特征在于通過(guò)隊(duì)列長(zhǎng)度觀測(cè)器獲取隊(duì)列長(zhǎng)度信息，然后根據(jù)隊(duì)列長(zhǎng)度信息運(yùn)用流量控制方法調(diào)整業(yè)務(wù)流的速率。通過(guò)動(dòng)態(tài)控制業(yè)務(wù)流隊(duì)列長(zhǎng)度的合理范圍，進(jìn)而調(diào)整輸入業(yè)務(wù)流的速度，從而調(diào)整傳輸通道中的業(yè)務(wù)流擁塞概率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，對(duì)于所述步驟B其特征在于當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)其中的隊(duì)列長(zhǎng)度未超過(guò)所設(shè)定的門限上限時(shí)，此時(shí)的隊(duì)列的到達(dá)速率也即輸入速率維持一個(gè)較高的水平；隨著隊(duì)列長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，當(dāng)其超過(guò)所設(shè)定的門限上限時(shí)，為控制業(yè)務(wù)流隊(duì)列長(zhǎng)度繼續(xù)增長(zhǎng)，此時(shí)產(chǎn)生擁塞警告，輸入速率降至較低水平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，對(duì)于所述步驟B其特征在于當(dāng)隊(duì)列長(zhǎng)度降至或低于所設(shè)定的門限下限時(shí)，其輸入速率調(diào)整至隊(duì)列長(zhǎng)度未超過(guò)所設(shè)定的門限上限時(shí)的較高輸入速率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，對(duì)于所述步驟B其特征在于系統(tǒng)服務(wù)采用M/M/1/L模型。 令E為當(dāng)隊(duì)列長(zhǎng)度超過(guò)G時(shí)的穩(wěn)態(tài)概率為擁塞概率，C為控制流速率，其中Ρ^，Κ為狀態(tài)g-l(1)，h的穩(wěn)態(tài)概率，k = g-h為兩個(gè)隊(duì)列長(zhǎng)度門限值之差，μ為系統(tǒng)的服務(wù)速率，X1, λ2為數(shù)據(jù)流到達(dá)速率，入工> λ 2,P2=^-,P1=^,η, 全文摘要
本發(fā)明提供一種基于無(wú)線mesh的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)間的流量控制方法，該方法1、通過(guò)改變傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量，采用無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸控制信號(hào)和采樣信號(hào)，既保證了整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)具有較好的容錯(cuò)能力和網(wǎng)格連通性，組網(wǎng)方式的靈活多樣性以及較高的自管理性，也增加了無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)流傳輸時(shí)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是控制能力；2、通過(guò)調(diào)整基于無(wú)線mesh的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模塊間不同數(shù)據(jù)隊(duì)列門限的差值，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同條件下控制流速率和業(yè)務(wù)流擁塞率的均衡。本發(fā)明的顯著效果是1、對(duì)于單個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)模塊增強(qiáng)了對(duì)業(yè)務(wù)流的控制能力和保證了控制信號(hào)和采樣信號(hào)的傳輸路徑的多樣性和可靠性；2、對(duì)于分布式網(wǎng)絡(luò)模塊間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于任意較低的控制速率獲得了最優(yōu)的指數(shù)衰減擁塞概率，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
文檔編號(hào)H04W28/10GK102170661SQ20101060791
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者周建林, 姜建倫, 治學(xué)亮, 田逢春, 胡松華, 胡致遠(yuǎn), 袁研根, 黃東 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)