基于IP网络的NCS通信系统建模及其应用

论文摘要

由于具有资源共享、信息沟通、可靠性、节约成本等方面的作用，Internet得到了飞速的发展与应用，已成为一个重要而无处不在的基础设施。网络应用的巨大需求导致网络系统经常会出现拥塞现象。而现有的方法大都采用数据包丢弃作为拥塞的指示信息，这种机制主要适合于对延迟或者单个包的丢失不敏感的TCP流。而对于低速率、延迟敏感的交互TCP流，譬如telnet，web-browsing流，可能的包的丢失和重传会造成显著的延迟。为进一步提高IP网络对低速率交互TCP流的传输性能，本文引入了数据包标记作为网络拥塞的指示，并针对一个简单的IP网络，建立了基于RED路由器队列管理策略的动态模型。最后，与网络仿真器NS的仿真结果进行了对比，验证了该动态模型的合理性。 网络控制系统（NCS）已经成为过程控制领域里一个重要的研究方向，而由于网络的引入可能导致数据丢失、时延等问题。为刻画NCS通信环节的外部特性，本文用一个简单的变采样周期、变时延模型来描述数据包丢失、网络诱导时延对闭环系统的影响。然后将其仿真结果与网络仿真器NS的仿真结果进行了对比，验证了该动态模型的合理性和有效性。 基于上述简单的通信环节模型，本文构造了一个单输入单输出NCS的仿真模型，并针对网络中随机的丢包和变时延特性，描述了常规PID的事件驱动形式；与此同时，为克服常规PID事件驱动形式在实际应用中存在的问题，提出了相应的改进方案。仿真结果表明：该改进的事件驱动PID控制律具有很强的鲁棒性，尤其是在大量过程数据丢失的情况下。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 综述
• 1.1 计算机网络拥塞控制策略
• 1.1.1 网络拥塞和拥塞发生的原因
• 1.1.2 拥塞控制系统的结构和分类
• 1.1.3 基于端主机的拥塞控制策略
• 1.1.4 基于通信子网的拥塞控制策略
• 1.2 网络数学模型建立
• 1.3 网络控制系统概述
• 1.3.1 网络控制系统的定义和结构
• 1.3.2 NCS的研究现状
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 采用拥塞标记策略的IP网络动态模型
• 2.1 引言
• 2.2 拥塞标记策略
• 2.2.1 源端采用的标记策略
• 2.2.2 路由器端采用的标记策略
• 2.3 采用拥塞标记策略的简单IP网络模型
• 2.3.1 IP网络的路由器的模型描述
• 2.3.2 TCP的模型描述
• 2.3.3 网络整体模型
• 2.3.4 仿真实验
• 2.4 采用丢包与标记策略对网络性能的比较
• 2.5 小结
• 第三章 IP网络控制系统中通信环节的模型化
• 3.1 引言
• 3.2 网络控制系统的结构
• 3.3 NCS中通信环节的近似模型
• 3.4 仿真实验
• 3.5 小结
• 第四章 一种运用于NCS的改进的事件驱动PID控制器
• 4.1 引言
• 4.2 单输入单输出NCS的仿真模型
• 4.3 事件驱动PID控制器
• 4.3.1 常规型事件驱动PID
• 4.3.2 改进型事件驱动PID
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表及录用的文章
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目