基于互联网远程控制时延问题的分析与研究

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1、广东工业大学工学硕士学位论文1．2．3单包传输和多包传输单包传输是控制数据或反馈数据被捆在一个数据包中一起发送。多包传输是则是将控制信息数据或被控对象的反馈信息数据分为多个数据包进行传输。要进行多包传输，一方面是因为单包字节大小的限制，一个数据包只能装载有限的信息；另一方面是因为网络控制系统的多个传感器或执行器常常分布在一个很大的物理空间，要将这些数据放在一个数据包中往往不可能。传统的采样控制系统都是假设被控对象的输出或控制输入是同时传递的，而这在具有多包传输的网络控制系统中已不再成立，因为一个数据要分成多个数据包，多次传输，这些数据包不

2、可能同时传递，也不可能同时达到。1．2．4数据包时序错乱在网络环境下，数据包经过多个计算机节点或通讯设备，且不同数据包的路径不尽相同，这必然导致数据包的时序错乱。在网络控制系统中，数据包的时序错乱有分为以下两种情况：(1)单包传输时序错乱。一次采样周期内，控制器的控制或被控对象反馈信息数据被捆在一个数据包中发送，由于传输路径和时延的差异，前后被发送的两个数据包，有可能先发送的数据包反而后到。(2)多包传输时序错乱。一次采样周期内，控制器的控制或被控对象反馈信息数据被分成多个数据包进行传输，由于传输路径和时延的差异，它们到达目的地时的顺序与

3、发送时不同了。这两种情况对于系统稳定性和性能的影响也不相同，在网络控制系统的设计和分析中必须分别对待。1．2．5网络调度网络控制系统的性能不仅依赖于控制算法，而且也依赖于对共享的网络资源的调度，这里所说的网络调度发生网络传输层上层，调度算法所关心的是被控对象传输数据的快慢和被传输的数据所具有的优先权，而不关心被发送的数据如何更有效地从出发点到达目的地以及当线路堵塞时应采用何种措施。这些问题在网络层由线路优化和堵塞控制算法来考虑。发生在网络传输层上层的调度控制，调4第一章绪论整采样周期和采样时刻，尽量避免网络冲突，尽可能减少数据的传输时延。

4、1．3基于互联网的远程控制的研究概述互联网发展和普及改变了人们的生活、工作和思维方式，并且从最初的辅助性工具开始逐渐成为很多人日常生活、工作和学习的重要组成部分。由于互联网在信息传递上的各种优势，基于互联网远程控制技术得到了迅速的发展并且取得了大量的成果。目前这些成果主要集中在远程操作的范围内，应用领域包括：远程学习实验室、教育科研共享设备、远程医疗手术、远程汽车控制、远程家电控制、航空航天以及远程操作机器人等。其中以基于互联网的远程操作机器人的研究成果最引人注目。最早出现在互联网上的远程操作机器人系统是1993年11月德福大学开发的机器

5、人天文望远镜【引。天文望远镜在互联网上对天文爱好者开放，爱好者可以通过Web浏览器访问其主页，控制望远镜变换角度和焦距，并把观测结果通过电子邮件发送给使用者。1994年9月美国加州大学伯克利分校完成了Mercury项目，将ASEAIRb．6工业机器人连接到互联网上，操作者可以通过登录到其网站通过控制界面使用鼠标和键盘控制机器人进行物品挖掘工作【8J。1995年，GeorgeBekey和SteveGoldberg使用六自由度机器人、回转平台与立体摄像机，开发了“饮水的主妇”，从而使世界各地的学者可以通过浏览器观察与欣赏博物馆中的艺术珍品【9

6、1。1998年6月，PumaPaint联入互联网，任何连入网络的计算机用户都可以通过网络控制一台PUMA760机器人在画架上作画【101。以上基于互联网远程控制系统虽然‘实现了远程控制，以及通过WEB以图像的形式观察远程被控对象的状态，但是这些应用共同的特点是对实时性要求并不高。对于有严格实时性要求的应用，因为基于互联网远程控制系统的前向通道和反馈通道均由互联网构成，系统中的本地计算机通过互联网向远端计算机不断地传送控制信息，同时远端计算机通过互联网向本地计算机不断地传送被控对象的采样信息，以便与输入信息进行比较，再发出控制信息。前向通道

7、与反馈通道都存在网络时延，如何设计网络控制算法，有效补偿网络时延，保证良好的实时性广东工业大学工学硕士学位论文是基于互联网远程控制的一个难题【l叭。例如，要对远程机械的运动进行实时控制，为了实时得到机械运动的变化情况，就必须对机械运动量进行高频率的采样，实时进行传递。此时产生的机械运动信息量虽然不大，但频率很高。采样周期若为10res，作为反馈信息的机械运动位置信号的大小可用4个字节来描述，但是每秒钟需要采样100个位置信息，并且要通过互联网发送到控制器端，显得有些困难。所以，基于互联网远程控制系统建模、系统的分析和设计是对传统自动控制技

8、术的一种挑战【l21。1．4论文的研究内容、论文结构基于互联网远程控制系统涉及诸多问题，如前面1．2节提及的网络诱导时延、数据包丢失、数据包时序错乱、单包传输或者多包传输和网络调度等等，这些都