基于Internet的机器人遥操作系统的网络延时建模研究

论文摘要

互联网技术为机器人遥操作技术的应用开辟了广阔的前景,但网络延迟问题降低了遥操作系统的性能,甚至造成系统的不稳定。所以,对Internet网络延时的准确建模对网络遥操作控制系统具有重要意义。传统的建模方法如正态分布等,不能准确的描述Internet网络延时的分布特性。正态分布是一种对称式的分布结构,而实际的Internet网络延时分布是一种非对称式的有偏移的分布结构。一个理想的网络延时模型应该是存在曲线偏移的,并且存在一个平移gamma分布使得该分布逼近网络延时的分布特性。基于以上原则,本文提出了基于平移gamma分布的Internet网络延时建模方法。该方法充分考虑到了Internet网络延时的非对称分布特性,为实现网络遥操作控制系统的设计奠定了基础。建立了测试网络延时的程序框架,绘制了测试程序的框图,实现了网络通讯和延时记录的编程。设计了基于TCP协议和UDP协议的四组不同地点的网络延迟测试实验,并对相应实验做了详细的记录,来验证延时建模的正确性。最后本文结合最小二乘方法,针对平移gamma分布的网络延时建模方法中的三个参数进行估计。通过估计曲线与实际的延时概率密度分布对比,验证了平移gamma分布的网络延时建模的正确性和有效性。基于平移gamma分布的Internet网络延时建模克服了传统方法的缺点,实现了延时分布的非对称式结构,更精确的刻画了Internet网络延时的分布特性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 机器人遥操作系统的产生和发展
• 1.2 Internet的产生和发展
• 1.3 基于网络的机器人遥操作系统的发展现状
• 1.4 网络延时建模的作用与意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 基于INTERNET的机器人遥操作系统
• 2.1 机器人遥操作系统的结构
• 2.2 机器人遥操作系统的特征
• 2.2.1 遥操作系统的构成特点
• 2.2.2 网络通信环节数据传输特征
• 2.3 机器人遥操作系统控制延迟产生的原因
• 2.4 小结
• 第3章 INTERNET网络延迟特性分析
• 3.1 Internet的结构和接入方式
• 3.1.1 Internet的物理结构
• 3.1.2 Internet的接入方式
• 3.2 Internet协议
• 3.2.1 用户数据报协议UDP
• 3.2.2 传输控制协议TCP
• 3.3 网络延迟产生的原因
• 3.3.1 路由延迟
• 3.3.2 ADU在网络上的传输延迟
• 3.4 网络延迟特性的分析方法
• 3.5 小结
• 第4章 网络延时建模
• 4.1 传统的网络延时建模方法
• 4.2 基于平移gamma分布的网络延时建模
• 4.2.1 gamma分布
• 4.2.2 平移gamma分布
• 4.2.3 用平移gamma分布建模的优势
• 4.3 平移gamma分布的参数估计
• 4.3.1 矩估计法
• 4.3.2 极大似然估计法
• 4.3.3 最小二乘法
• 4.4 小结
• 第5章 网络延迟测试实验及结果分析
• 5.1 网络延迟测试软件设计
• 5.1.1 基于TCP协议的网络延迟测试程序设计
• 5.1.2 基于UDP协议的网络延迟测试程序设计
• 5.2 实验条件
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 沈自所—沈农大实验
• 5.3.2 沈阳—石家庄实验
• 5.3.3 沈阳—香港实验
• 5.3.4 沈阳—美国实验
• 5.4 实验数据的统计分析
• 5.5 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢