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1、南京邮电大学 硕士学位论文 基于Ad Hoc路由协议的网络控制技术的研究 姓名：李小盼 申请学位级别：硕士 专业：信息与通信工程 指导教师：吴蒙 20100301 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 网络控制系统是控制学科的一个新的发展方向，它涉及控制、计算机与网络通讯等多 学科理论和技术。网络的引入使控制系统具有开放性、数字互连、维护方便以及更好的可 靠性和容错能力等优点。A dH o e 网络把移动通信和计算机网络结合在一起，它具有无需固 定基础设施支持即可实现便捷有效通信的优异特性。因此，如何融合两种技术的优点，使 A dH o e 网络控制系统发挥更好的性能具有重要的研究意义。
2、 首先，本文设计了一个网络控制系统仿真平台，该平台主要分为四个模块：控制器 被控对象、M a t l a b 数据接口模块、V i s u a lC + + 网络接口模块、A dH o e 网络仿真模块。利用 S i m u l i n k 实现控制系统的仿真；利用网络仿真软件N S 实现A dH o e 网络环境的模拟；M a t l a b 数据接口模块和V i s u a lC + + 网络接口模块用来连接网络仿真模块和控制系统仿真模块。通 过这个平台可以进行控制系统和网络的综合仿真，对系统进行性能评估，研究网络对控制 系统控制品质的影响。 其次，针对D S R 和A O D V 协议的
3、缺点，提出两种新的路由方案：E R E ) D S R 协议和 D B A O D V 协议。E R D D S R 协议提出了主动发现错误路由思想，节点能够主动的发现路由 表中的失效路由，避免了使用失效路由来传输数据包所造成的时延和丢包问题，使得源节 点能及时的为相应目的节点重新建立有效路由。仿真结果显示基于改进后的协议，网络控 制性能有明显提高。D B A O D V 协议提出了备用路由思想，路由表保存两条路由信息，当 主路由失效时，源节点直接调用备用路由而不必发起新的路由请求，节省了重新建立路由 的时间。仿真结果显示基于改进后的协议，网络控制性能有明显提高。 关键字：A dH o e ，
4、路由协议，网络控制，A O D V ，D S R 南京邮电大学硕士研究生学位论文A b s t r a c t A b s t r a c t N e t w o r k e dc o n t r o ls y s t e mi sak i n do fn e wd e v e l o p i n gd i r e c t i o no fc o n t r o ls c i e n c e ，w h i c h i n t e g r a t e sc o n t r o l ，c o m p u t e rs c i e n c ea n dn e t w o r kc o m m u n
5、 i c a t i o n I th a se m o r m o u sa d v a t a n g e s ， s u c ha Sl o w e rc o s t ，r e d u c e dw e i g h ta n dp o w e r ，s i m p l e ri n s t a l l a t i o n ，h i g hr e l i a b i l i t y ，e a s eo fs y s t e m d i a g n o s i sa n dm a i n t e n a n c e ，a n di n c r e a S e ds y s t e ma g
6、i l i t y A dH o cn e t w o r km a k e sm o b i l e c o m m u n i c a t i o na n dc o m p u t e rn e t w o r kt o g e t h e r T h en o d e si nA dH o cn e t w o r kc a nc o m m u n i c a t e e f f e c t i v e l yw i t h o u tt h es u p p o r to ff i x e di n f r a S t r u c t u r e T h e r e f o r e
7、 ，i ti sag r e a ta n ds i g n i f i c a n t r e s e a r c ho fm a k i n gA dH o cn e t w o r ka n dc o n t r o ls y s t e mt o g e t h e r I no r d e rt or e s e a r c ht h ep e r f o r m a n c eo fc o n t r o ls y s t e mb a s e do nA dH o cn e t w o r k ，t h i sp a r p e r d e s i g n sas i m u l
8、 a t i o np l a t f o r mo fn e t w o r k c o n t r o ls y s t e m T h ep l a t f o r mi sd e v e l o p e db yN Sa n d M a t l a ba n di ti sd i v i d e di n t of o u rm o d u l e s ：C o n t r o l l e ra n dc o n t r o l l e do b j e c t ，M a t l a bd a t ai n t e r f a c e ， V i s u a IC + + n e t
9、w o r ki n t e r f a c ea n dN e t w o r kS i m u l a t i o n W i t ht h ep l a t f o r m ，t h i sp a r p e rs i m u l a t e st h ec o n t r o ls y s t e mo v e rA dH o cn e t w o r kb a s e do n A O D V p r o t o c o la n dD S Rp r o t o c 0 1 T h i sp a p e ra n a l y z e st h en e t w o r kc o n
10、t r o lp e r f o r m a n c eo ft h i s t w ok i n do fp r o t o c o l s B e c a u s eA O D V p r o t o c o lju s ts a v e ss i n g l ep a t hi n f o r m a t i o na n dh a sp o o r s t a b i l i t y ，i ta d d st h em e c h a n i s mo fa l t e r n a t er o u t i n gi n t oA O D Vp r o t o c o la n dp
11、r o p o s e s D B - A O D Vp r o t o c 0 1 S i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t r o l l i n gp e r f o r m a n c eo fD B A O D V p r o t o c o li sb e t t e rt h a nA O D Vp r o t o c 0 1 B e c a u s eD S Rp r o t o c o lC a nn o tu p d a t et h eo u t d a t e d r o u t i n ge
12、f f e c t i v e l y ，i ta d d sm e c h a n i s mo fe r r o rr o u t a c t i v ed i s c o v e r yi n t oD S Rp r o t o c o la n d p r o p o s e sE R D D S Rp r o t o c 0 1 S i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t r o l l i n gp e r f o r m a n c eo ft h e E R D D S R p r o t o c o l
13、i sm u c hb e t t e rt h a nD S Rp r o t o c 0 1 K e y w o r d s ：A dH o c ，R o u t i n gP r o t o c o l ，N e t w o r kC o n t r o l ，A O D V ，D S R 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 随着控制科学、计算机网络及通讯技术的日益发展和交叉渗透，控制系统结构越来越 复杂，空间分布也越来越广，对系统控制性能的要求也愈来愈高。信息的网络化和智能化 给控制技术带来了深远影响和新的机遇与挑战。目前，控制科学已和飞速发展
14、的计算机网 络和通讯技术相结合，产生了网络环境下的控制。 移动A dH o c 网络是一种特殊的新型无线移动网络，它把移动通信和计算机网络结合 在一起，能够快速部署且运行时不依赖基站一类的固定通信设施，网络节点是可以移动的 便携式通信终端，网络中的信息交换采用计算机网络的分组交换机制。移动A dH o c 网络 最大的特点是它不需要任何基础设施，而且无中心节点。这个特点使得基于A dH o e 网络 的控制系统能有更广泛的应用范围。比如：应用在军事战场上、应用在地震洪灾等不适合 架设基站的通信环境中等。 随着A dH o c 网络技术和控制技术的发展，二者之间的融合成为一个新兴的课题。如 何克
15、服两种技术的缺点，结合各自的优点，让基于A dH o c 网络的控制系统能发挥更好的 性能是目前的研究热点。 A dH o e 网络控制是一个全新的研究方向，由于随机时变网络时延的存在，传统控制器 的设计理论并不能适应网络控制器；同时由于A dH o c 网络的特殊性，搭建实际的A dH o e 网络用于控制特性研究很难实现。因此迫切需要一个能进行系统控制和网络参数两个方面 综合仿真的软件平台，一方面可以利用它做各种研究，另一方面也可以验证我们的假设和 结论。 A dH o c 网络是控制系统中控制信号传输和反馈都必须经过的网络，因此A dH o e 网 络的性能是直接关系到系统性能的关键因素
16、。移动A dH o c 网络各节点是移动的，网络拓 扑是动态变化的，各节点间通过无线链路连接。而无线链路具有带宽小、信号不稳定的特 点，引入A dH o c 网络后带来的时延、丢包等网络问题必定使得控制系统的整体时延增大， 稳定性降低。因此如何提高移动A dH o e 网络的性能是提高基于A dH o c 网络的控制系统所 要解决的关键问题。在此基础上，引出了本文对A dH o e 网络的路由协议的优化，从而提 高网络性能的研究。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 2A dH o c 网络控制研究现状 1 2 1 网络控制系统研究现状 网络控制系统N C S ( N e t w o r kC o n t r o lS y s t e m ) 川逐渐成为控制领域的一个新的研究热 点，它正吸引着越来越多的国内外学者的关注。U n i v e r s i t yo fM i c h i g a n 以J a m e sM o y n e 为 首的研究小组在从事传感器总线系统的优化和设计工具软件的开拓性工作；G
