面向控制网络的介质访问控制相关问题研究-控制理论与控制工程专业毕业论文.docx

’,’I|rllllUIIIIIllIII[‘■Author: YinRupoDirector::ControlTheory&ControlEngineeringDepartmentofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversityf;:· ' h..::­-mf"'ij如•l'I挣本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式1● 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:穸三泣三唛日期:2D◇.『年6月弓日..‘、"‘,‘,学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影’∥ 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密酣在—三一年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。(请在以上方框内打“√’’)学位论文作者繇歹弛;奠 指导教师签名:、日期:≯叼年‘月弓日 日期:&叩年∥月弓日.·pI、气摘要信息技术的快速发展导致了自动化领域的深刻变革,逐渐形成了自动化领域的开放式系统互连通信网络。各种通信网络越来越多的进入系统的控制闭环,为控制系统的分析和设计带来了新的发展机遇和前所未有的挑战。由于引入特殊的1F线性,控制系统在实现网络化的同时一个重要的课题随之出现,即必须尽量降低通信网络对控制系统的不良影响。这就要求一方面在网络化的背景下针对控制理论研究新的分析和设计方法,与此同时,从通信网络的角度而言,采用与之适应的通信协议也是非常重要的一项措施,有助于从根本上解决新的网~ 络问题,降低理论研究复杂程度。◆以太网是目前最有希望弥补现场总线技术不足的有线控制网络技术,其发展前景为各界一致看好。然而,以太网的实时性一直是限制其进入控制系统应Hj的一个重要障碍,以太网还不能很好地满足工业控制环境下数据传输的确定性、时序性和优先级等特殊要求,即使是采用交换结构或者改进上层实时通信协议,也面临着诸如不确定性转移、传递时延增加、实现复杂等诸多新问题。无线控制网络无需布线、支持移动、成本低廉,可以作为有线网络的有效补充手段在特定应用中发挥重要作用,比如无线传感器网络。由于通常不能进行能量补充,功率控制成为无线控制网络中的一个突出问题,直接影响无线信号的传输质量、电池或节点寿命、网络拓扑。无线功率控制与以太网的实时性是目前控制网络研究中比较突出的两个问题,而且都与网络的介质访问控制协议密切相关。本文结合其研究的最新进展,针对控制网络中介质访问控制的相关问题进行进一步探讨,并取得了如下几方面研究成果和Jg,J新。夺 针对上层协议提供实时性时会导致消息传递的协议栈层次过多、处理时延增加等问题,本文分析了在数据链路层定义优先级机制的可行性,提出一种基于可变载波长度的物理信令传播机制:利用标准协议中的可变l帧长和CSMA网络同有的载波侦听功能实现信道多状态信息反馈。链路层可共享全局冲突、成功和优先级等多种控制信息,也可将优先级的动态管理交付上层协议,面向应用,对消息传递的中间层次做透明处理,具有一]上海交通大学博士学位论文定通Hj性。该方法充分考虑了CSMA网络自身的功能和特点,。◆ 针对以太网传输时延的不确定问题,提出了一与现有的以太网兼容的实时介质访问控制协议。新协议基丁-可变载波长度信令原理获取多种信道状态信息,在信道发生冲突时采用持续发送竞争帧和阻塞信道的方法决定的信道访问权的!J1属,以此实现优先级传输,同时保证高优先级信息在满足一定伪周期条件下具有确定性的传输时延。信道不发生竞争时,,保证消息以最快速度获得传输。与现有方法相比,新协议充分保留标准以太网的优点和特征,并与以太网标准兼容,实时以太网总线不需经过协议转换装置即可与现有网关实现互连。◆ 时序排队系统在控制网络中大量存在,鉴丁传统虚时钟协议采用随机延迟的退避重传策略导致时序传输的非严格性问题,提出一个即时的虚时轴消息冲突解析算法BOVTA。与Tree和Window等算法不同,BOVTA算法利用与虚时钟信道访问规则完全一致的方式进行解析过程的同步,避免了引入额外的站点相关信息,使冲突解析过程变得简单易行,而带米