基于反馈调度的CPS网络QoS控制策略研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:guangminghuayuan
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信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems, CPS)是综合了计算、通信和控制技术于一体的新型智能复杂系统。CPS深度融合了信息资源与物理资源,将再一次掀起信息产业的浪潮。它将深刻改变人类同信息世界和物理世界的交互方式。由于CPS深度融合、高复杂性以及信息量大等特点,其对网络QoS提出了更高要求,只有满足QoS要求才能保证系统的有效运行。本文首先分析整理了CPS的相关概念和研究现状,比较了CPS与相关技术的异同,重点讨论了CPS的时态特性及影响CPS网络性能的几种关键因素。在总结了CPS中各个控制回路的时态特性后,进一步分析了采样周期对系统的控制性能和网络性能的影响;在上述分析的基础上,提出了一种基于反馈调度的控制策略,设计网络反馈调度器,在线实时调整传感器的采样频率,以保证网络的稳定性。该反馈调度器包括等间隔采样网络带宽和错误传输率的网络QoS监测器、利用监测器获取的带宽值估计网络带宽调节量的QoS控制器和根据该调节量及获取的错误传输率调整网络参数的QoS执行器。QoS执行器计算出下一个任务周期的可利用网络带宽,并将带宽合理地分配给各个不同需求的控制回路,最终根据各个回路得到的带宽计算采样频率。其次,利用了PID控制和模糊PID控制,对反馈调度器中QoS控制器进行了详细的实现。分别介绍了PID控制和模糊PID控制的基本原理之后,在Matlab/Simulink工具箱下建立两种控制模型,最终完成对下一个任务周期网络带宽的可调节量的预测。最后,本文设计了一个信息物理融合系统的仿真实例。在该实例中,系统具有三个网络控制回路,它们共享有限的网络带宽。通过对比本文提出的反馈调度器与传统调度算法RM和EDF调度算法,说明本文提出的反馈调度器的可行性与优越性。
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