(4)数据包的时序错乱

    在NCS中,数据通过多路径进行传送,使得网络中由同一节点同时发出的数据包不能够在同时抵达目的端,称为数据包时序错乱[8]。在NCS中,数据包时序错乱通常又包括单包和多包两种情形。一是单包传输时,每一包数据是就是完整的,数据包时序错乱指的是几个数据包抵达目的端的顺序不同于发送时的。二是多包传输时,单个的数据被分割成了多个数据包来传输,这里的数据包时序错乱指的是这多个数据包抵达目的端的顺序不同于发送时的。针对于上述两种情况,在NCS的设计中必须分别做出对应的解决方案。

    产生数据包时序错乱现象的原因包括节点冲突、通信网络阻塞以及多途径传输机制等。数据包时序错乱往往会造成信息传送率变低,而且会加大时延。在存在数据包乱序的状况下,我们一般能够采用两种办法来解决这个问题:一是在发送端和接收端建立缓冲区,根据时间的次序对数据进行准确的排列,以确保其正确的次序;二是采取TOD技术,对先传输但是后到达的目的端的数据包,因为不需要对其算出相应的控制量,所以只须将其丢掉,用这种方法来确保接收端得到的数据包是崭新的。

    (5)节点的驱动方式

在NCS中,节点的驱动方式指的是各节点传感、控制、和执行器启动所采取的方式[9]。当前NCS主要包括事件和时钟驱动两种驱动方式。事件驱动指的是节点在一个特别预定的事件开始产生时就开动工作。时钟驱动指的是节点在一个预置的时刻开动工作,时钟驱动可以使各个节点能够周期地进行作业。

在NCS中,传感器通常采取时钟驱动,以一定的周期对被控对象的数据进行样点采集,控制器事件驱动指的是当收到传感器传送来的数据时就马上开始进行控制方法计算。而执行器节点事件驱动则是当接到控制器发来的控制信号立即将控制命令付诸实施,也就是对控制对象的执行机构驱动采取对应的调试工作。由于事件驱动在现实的操作中不容易实现,所以实际中控制器和执行器一般采取时间驱动。

控制器或执行器采取事件驱动的优势是节点接到数据或控制信息即刻开始工作,这不但减少了等候采样时刻的时间进而降低了网络时延,而且回避了时钟驱动时出现的节点间时钟同步难和丢包等缺陷。控制器或执行器事件驱动的缺点在于事件驱动较之于时间驱动不容易实现,并且现实中支持事件驱动的网络不太多。

(6)节点时钟同步方式

当网络中各节点包括传感、控制器和执行器均是时钟驱动时,那么各节点间时钟必须保持同步。时钟同步有硬件和软件同步两种方式。硬件同步通常是经由媒介转达同步时钟信号,软件同步通常是借助网络来广播有高优先级的同步时钟信号[10]。对散步在不同位置地点的控制系统各节点,硬件同步一般难以实现而且成本较大。我们在控制系统中通常采取的同步方式是比较经济的软件同步。

(7)网络调度文献综述

    在NCS中,控制环节的性能高低与控制算法息息相关,而且与对同享网络资源的调度有关系。调度算法的焦点在于控制对象传送信息的速度大小和其具有的优先权。对于被发送的数据怎样更高效地完成传输过程和通信阻塞情况下采用何种解决方案,调度算法并不关心,这些问题是在网络层中的线路优化和阻塞控制算法所关注的。此外,在用户层中还能够对控制环的采样周期和时刻进行调度,以尽可能地防止通信中产生冲突问题,进而尽可能地降低数据的传输时延。

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