基于动态优先级的CPS集成反馈传输调度策略研究

摘要

信息物理融合系统(Cyber-Physical System，CPS)是一种将计算、通信和控制技术融于一体的新型智能复杂系统。信息物理融合系统深度融合了信息资源和物理资源，而融合介质网络的加入给信息物理融合系统带来了很多问题。系统的高复杂性、信息传输量大以及网络的不稳定性等特点都会对系统的控制性能造成严重的影响，因此CPS中网络传输调度策略将直接影响系统的整体性能。 首先综述了信息物理融合系统的相关理论和研究现状，对CPS与传统的应用系统的异同进行了比较分析，讨论了CPS中的网络分类以及影响CPS网络性能的几种关键因素，在此基础上引出了本文要将要研究的问题——在网络资源受限和传输性能不稳定性的条件下，如何才能提高网络资源的利用率并确保系统的控制性能。 然后，研究了传统的开环调度算法在信息物理融合系统中的应用，并且通过仿真实验比较分析了传统静态调度算法和动态调度算法在信息物理融合系统中的优缺点，在此基础上，提出了一种集成反馈传输调度策略。该反馈传输调度策略能根据系统可用资源的动态变化，分别对控制回路的优先级和采样周期进行调节。其中优先级的调节采用了基于多特征参数的动态优先级配置算法，该算法中任务的优先级由系统控制性能和任务截止期两个特征参数共同决定，而采样周期的调节是在当前可用网络资源状况的基础上根据当前控制性能的需求来动态调整采样周期，从而在网络资源有限的条件下保证系统的整体控制性能。 最后，我们利用Matlab/Simulink和Truetime工具箱对上述策略进行了仿真分析。建立了一个由多个控制回路组成的信息物理融合系统的仿真模型，通过仿真将本文的策略与传统的调度算法进行比较分析，从而验证了该传输调度策略的有效性和优越性。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3本文主要研究内容

1．4本文组织结构

第2章相关理论与关键技术

2．1信息物理融合系统

2．1．1信息物理融合系统的定义与特征

2．1．2信息物理融合系统的体系结构

2．1．3 CPS的应用领域

2．1．4信息物理融合系统与其它传统应用系统的区别

2．2信息物理融合系统中的网络分类

2．2．1以太网

2．2．2控制网(令牌环和令牌总线)

2．2．3 CAN总线

2．3影响网络性能的重要因素

2．3．1网络诱导时延

2．3．2数据包传输

2．3．3节点驱动方式

2．4本章小结

第3章传统开环网络传输调度的研究

3．1与网络调度相关的问题

3．1．1网络调度概述

3．1．2网络调度中几个基本概念

3．1．3网络调度与CPU调度的比较

3．2传统实时调度算法

3．3信息物理融合系统中的网络调度

3．3．1基于静态调度算法的网络传输调度

3．3．2 RM调度算法在CPS中的应用

3．3．3基于动态调度算法的网络传输调度

3．3．4 EDF调度算法在CPS中的应用

3．4RM算法与EDF算法的应用比较

3．5本章小结

第4章集成反馈传输调度策略的研究

4．1框架结构设计

4．2基于多特征参数的任务调度算法

4．2．1截止期控制性能优先级表设计

4．2．2 CPDF算法的实现

4．3变采样周期算法

4．3．1采样周期与控制性能的关系

4．3．2采样周期调节算法

4．4集成反馈调度器的伪代码设计

4．5本章小结

第5章集成反馈传输调度策略的仿真和分析

5．1．1 内核模块(Truetime Kernel)

5．1．2网络模块(Truetime NetWork)

5．2仿真分析

5．3本章小结

6．1本文工作总结

6．2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文