現(xiàn)代分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)測量與控制關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)代分布式工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)變得越來越開放和復(fù)雜，而且與企業(yè)網(wǎng)、廣域網(wǎng)結(jié)合更加緊密，使得工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的很多網(wǎng)絡(luò)特性都發(fā)生了改變。必須對工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)測量、預(yù)測和控制，才能使其更好的為各個控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)工作。本文研究了現(xiàn)代分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)測量與控制的關(guān)鍵技術(shù)，包括監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時延測量與分析、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時延的靜態(tài)與動態(tài)預(yù)測模型、工業(yè)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性分析、監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的容錯機制、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)行為分析、流媒體監(jiān)控系統(tǒng)流量控制

2、策略、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源分配機制等。 本文的主要內(nèi)容和貢獻如下： (1)首先介紹了研究背景和意義、現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與趨勢、工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的變遷與遠程監(jiān)控系統(tǒng)的建立、網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)的現(xiàn)狀、國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)介紹，然后闡述了研究現(xiàn)代分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)測量與控制技術(shù)的必要性和面臨的挑戰(zhàn)。 (2)對包括網(wǎng)絡(luò)測量、網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和流量控制在內(nèi)的一些相關(guān)研究內(nèi)容進行了綜述。從網(wǎng)絡(luò)測量的基本原理開始，介紹了網(wǎng)絡(luò)測量的手段與分類，網(wǎng)

3、絡(luò)性能預(yù)測的基本原理與性能指標，最后對網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)中的服務(wù)質(zhì)量控制、服務(wù)質(zhì)量度量和流量控制進行了概述。 (3)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)測量和預(yù)測算法做了概述和比較，在監(jiān)控網(wǎng)時延預(yù)測中引入了支持向量回歸理論。研究了監(jiān)控網(wǎng)的時延特性，提出了一種基于非線性ε-SVR的網(wǎng)絡(luò)時延靜態(tài)預(yù)測模型，以工作日為周期建立非線性回歸模型，對網(wǎng)絡(luò)測量的RTT數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練和預(yù)測。在實際實驗與窄帶遠程監(jiān)控系統(tǒng)的測試中，該靜態(tài)模型工作效果良好，能有效的預(yù)測時段的時延，與同

4、類型方法相比預(yù)測精度更高。 (4)研究了動態(tài)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中時延的短期特性，對監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)三種結(jié)構(gòu)的可靠性進行了建模，并分析了每種結(jié)構(gòu)的特性。在本文提出的靜態(tài)預(yù)測模型的基礎(chǔ)上進一步泛化時延預(yù)測模型，以控制周期為標準來建立動態(tài)的基于非線性ε-SVR的時延預(yù)測模型，還分別探討了多種非線性核函數(shù)的預(yù)測效果。實驗和應(yīng)用表明：與同類型動態(tài)預(yù)測方法相比，該模型不但能夠在預(yù)測效果上達到現(xiàn)有預(yù)測水平，而且能大大提高預(yù)測速度，適應(yīng)實時預(yù)測的需要。

5、(5)研究了監(jiān)控網(wǎng)中各監(jiān)控系統(tǒng)之間的非合作博弈模型，提出了相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度策略。以包含多個基于不同通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的混合控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對各種監(jiān)控系統(tǒng)進行了數(shù)學(xué)抽象。提出了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中調(diào)度策略的非合作博弈模型，該模型能夠反映各種監(jiān)控子系統(tǒng)的動態(tài)運行特征與相互競爭關(guān)系。根據(jù)調(diào)度方式與監(jiān)控系統(tǒng)的特點設(shè)計了子系統(tǒng)的效用函數(shù)，并討論了該非合作博弈模型的有效性，證明了Nash均衡點的存在性和唯一性。還給出了調(diào)度優(yōu)化問題的描述和基于遺傳算法的

6、解算方法。仿真和實驗表明，該模型能夠有效的反映子系統(tǒng)間的資源競爭，可以求得優(yōu)化的帶寬分配方案。 (6)對監(jiān)控網(wǎng)中的控制系統(tǒng)所表現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)行為進行了研究和分類，建立了一個基于概率的帶優(yōu)先級的網(wǎng)關(guān)隊列中數(shù)據(jù)分組的排隊模型，并分析了各模型的特性與效果。繼而提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)行為識別的監(jiān)控網(wǎng)關(guān)流量控制模型。實驗和實際應(yīng)用說明，該模型能夠有效的識別各種控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的流量特征，在監(jiān)控網(wǎng)關(guān)上進行合理的流量控制。而且該模型還能夠識別對等網(wǎng)構(gòu)

7、架的流量信息，為即將出現(xiàn)的基于對等網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)流量控制做了預(yù)研究。 (7)基于本文各章節(jié)的研究和創(chuàng)新，借鑒了TCPDUMP和Wkeshark等權(quán)威網(wǎng)絡(luò)測量軟件的特點和優(yōu)點，研發(fā)了一套能夠適應(yīng)分布式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要的、分布式的、多元聯(lián)動的、一體化的網(wǎng)絡(luò)測量與聯(lián)動控制系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)化控制和遠程監(jiān)控系統(tǒng)提供更好的網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在協(xié)議識別能力、協(xié)同控制方式、人機界面等多個方面都有改進和創(chuàng)新。該系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種工