无线网络控制系统中延时机理及状态预估控制方法研究

成果基本信息
关键词：	无线网络;状态预估;延时机理
成果类别：	基础理论	技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：	其他	体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	20120165	资源采集日期：	2012-10-20

研究情况
单位名称：	河北工业大学	技术水平：	国际先进
评价证书号：	冀科成转鉴字[2011]第7-045号	评价单位：	河北省科技成果转化服务中心
评价日期：	2011.12.21	评价证书号：	冀科成转鉴字[2011]第7-045号

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
1、工业无线网络系统控制性能研究和结构设计，对基于IEEE 802.11b和IEEE 802.15.4的网络性能进行对比研究，并分析各环路性能曲线，为选择IEEE802.15.4作为工业无线网络协议提供了可靠的依据。结合网络拓扑结构的分析将WIA-PA的Mesh和Star双层结构，扩展成Mesh和Cluster多层结构。　　提出了一种平面结构与层次结构相结合的网簇混合结构。平面结构和分级结构相结合，充分利用了平面网络健壮和分级结构易扩展优点。　　2、基于网络演算的时隙保障机制建模，在充分分析IEEE802.15.4超帧结构特征和GTS分配传输机制基础上，采用仿射函数描述网络节点输入数据流的到达曲线。为保证网络控制系统的服务质量，对进入无线网络节点的数据流进行漏桶管制，提供基于速率－延迟模型的服务保障，获得GTS阶梯服务曲线和逼近服务曲线。　　3、时隙保障系统性能确定上界，首先根据网路演算的三个性能界限定义，得到了仿射函数到达曲线和速率－延迟服务曲线的积压界限和延迟界限。指出保障时隙的吞吐量在超帧系数固定时，主要与缓冲区和到达速率的关系，研究缓冲区容量大于保障时隙持续期间传输量和缓冲区容量小于保障时隙持续期间传输量2种情况，推导出了吞吐量与超帧系数、到达速率、缓冲区容量的关系式。然后通过对单时隙、双时隙、三时隙等情况保障时隙的分析，总结出多时隙时端到端延迟。最后考虑到数据帧在网络各层添加了管理字节情况，研究了数据帧传输时有效负载的有效带宽和有效利用率。　　通过数值分析发现，高超帧系数会增加已分配GTS的浪费带宽，不能充分利用无线介质。如果缓冲区数值和到达速率较小时，低超帧系数利于提高利用率，此时SO=0适于时间敏感应用；当缓冲区数值和到达速率较大时，高超帧系数可以改善GTS利用率，并提高吞吐量，此时SO=2的超帧可以提供最好的实时保证。但是如果考虑数据有效负载，在超帧系数SO=2时可以获得最低延迟。这是因为在SO较低时，管理损耗（Overhead Cost）所占带宽比例过大。在SO较高时，单时隙持续时间过长，相应的造成延迟增加。从而得出，SO=2最适于提供实时保障服务，当负载加大时应该适当提高超帧时隙SO。　　4、多节点共享的保障时隙分配策略，分析了保障时隙GTS的分配和管理方式，通过实例说明了GTS的调整过程。　　本课题的研究成果可广泛应用于具有分布性的各工业领域。本成果的网络化自动控制系统的结构和一些关键单元技术已经成功的推广应用到中药、煤矿、集中供热、气象等监控系统中，

成果名称：	无线网络控制系统中延时机理及状态预估控制方法研究	关键词：	无线网络;状态预估;延时机理
成果类别：	基础理论	一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	自动控制、计算机制造	三级分类名称：
研究起止时间：	2010.12 至2011.12	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：	其他
技术成熟度：		技术水平：	国际先进
研究形式：	独立研究	学科分类1：	国家标准GB T13745-92《学科分类与代码》
单位名称：	河北工业大学	学科分类2：
中图分类号1：	中国图书资料分类法（第四版）	所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：	地方基金
应用行业：	信息传输、计算机服务和软件业	课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	F200900119
经费实际投入额（万元）：	5.00	评价单位：	河北省科技成果转化服务中心
评价形式：	评审	应用状态：	无
评价日期：	2011.12.21	转让范围：
评价证书号：	冀科成转鉴字[2011]第7-045号	推荐单位：	河北工业大学
推广形式：	无	成果登记号：	20120165
成果简介：	1、工业无线网络系统控制性能研究和结构设计，对基于IEEE 802.11b和IEEE 802.15.4的网络性能进行对比研究，并分析各环路性能曲线，为选择IEEE802.15.4作为工业无线网络协议提供了可靠的依据。结合网络拓扑结构的分析将WIA-PA的Mesh和Star双层结构，扩展成Mesh和Cluster多层结构。　　提出了一种平面结构与层次结构相结合的网簇混合结构。平面结构和分级结构相结合，充分利用了平面网络健壮和分级结构易扩展优点。　　2、基于网络演算的时隙保障机制建模，在充分分析IEEE802.15.4超帧结构特征和GTS分配传输机制基础上，采用仿射函数描述网络节点输入数据流的到达曲线。为保证网络控制系统的服务质量，对进入无线网络节点的数据流进行漏桶管制，提供基于速率－延迟模型的服务保障，获得GTS阶梯服务曲线和逼近服务曲线。　　3、时隙保障系统性能确定上界，首先根据网路演算的三个性能界限定义，得到了仿射函数到达曲线和速率－延迟服务曲线的积压界限和延迟界限。指出保障时隙的吞吐量在超帧系数固定时，主要与缓冲区和到达速率的关系，研究缓冲区容量大于保障时隙持续期间传输量和缓冲区容量小于保障时隙持续期间传输量2种情况，推导出了吞吐量与超帧系数、到达速率、缓冲区容量的关系式。然后通过对单时隙、双时隙、三时隙等情况保障时隙的分析，总结出多时隙时端到端延迟。最后考虑到数据帧在网络各层添加了管理字节情况，研究了数据帧传输时有效负载的有效带宽和有效利用率。　　通过数值分析发现，高超帧系数会增加已分配GTS的浪费带宽，不能充分利用无线介质。如果缓冲区数值和到达速率较小时，低超帧系数利于提高利用率，此时SO=0适于时间敏感应用；当缓冲区数值和到达速率较大时，高超帧系数可以改善GTS利用率，并提高吞吐量，此时SO=2的超帧可以提供最好的实时保证。但是如果考虑数据有效负载，在超帧系数SO=2时可以获得最低延迟。这是因为在SO较低时，管理损耗（Overhead Cost）所占带宽比例过大。在SO较高时，单时隙持续时间过长，相应的造成延迟增加。从而得出，SO=2最适于提供实时保障服务，当负载加大时应该适当提高超帧时隙SO。　　4、多节点共享的保障时隙分配策略，分析了保障时隙GTS的分配和管理方式，通过实例说明了GTS的调整过程。　　本课题的研究成果可广泛应用于具有分布性的各工业领域。本成果的网络化自动控制系统的结构和一些关键单元技术已经成功的推广应用到中药、煤矿、集中供热、气象等监控系统中，
联系人：	梁涛	成果登记日期：	2012-01-12
联系人email：	liangtao@hebut.edu.cn	单位代码：	91200021
邮政编码222：	300130	联系人电话：	022-60204748
单位传真：		单位通讯地址：	天津市红桥区丁字沽光荣道8号
单位所在省市：	天津市	单位电话：	022-26564019
转让收入（万元）：	0	单位属性：	大专院校
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2012	知识产权形式：
成果完成人：	梁涛;范书瑞;王睿;雷兆明;陈海永;张志伟;郭建兵;张军伟;李长鹏	资源采集日期：	2012-10-20

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