针对控制系统的低延迟确定性网络设计与分析.pdf

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1、针对控制系统的低延迟确定性网络设计与分析MashoodAnwar2016年1月中图分类号：TP13UDC分类号：621针对控制系统的低延迟确定性网络设计与分析作者姓名MashoodAnwar学院名称自动化学院指导教师夏元清教授答辩委员会主席郭雷教授申请学位工学博士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月DesignandAnalysisofLowLatencyDeterministicNetworkforControlApplicationsCandidateName：MashoodAnwarSchoo

2、lorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:Prof.YuanqingXiaChair,ThesisCommittee：Prof.LeiGuoDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得

3、的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：AbstractControlsystemsoverthewirelessnetworkhaveemergedconsiderablyandshowedmanybenefitssuchasnotiresomeworkofwiring,simpleandecon

4、omicalsystemcommissioning,etc..TheIEEE802.15.4standardhasshowngoodcharacteristicsfordeterministicnet-worksinbeacon-enabledmodebyusingguaranteedtimeslots(GTS),butwithminimumcyclicupdatetimeforPANdevicesnotlessthan15:36ms.Moreover,itisunsuitableforhardreal-timesystemswhen

5、usedinnonbeacon-enabledmodeduetotherandomnatureofchannelaccessprotocol(CSMA-CA).ThisresearchworkcombinesthebenefitsofthesetwomodesandintroducestheconceptofGTSinnonbeacon-enabledmodetoachievesu-perframetimelessthan15:36ms.Inthisdissertation,wefirstanalyzetheIEEE802.15.4sta

6、ndardandthenproposeatechniqueformakingthisstandardsuitableforlowlatencydeterministicnetworks(LLDN)forcontrolapplicationswherethecyclicupdatetimeofsensorsinformationisnotmorethan10ms.Theproposedtechniqueis,infact,adataexchangeprotocolbetweenPANnetworkdevicesemployingtime

7、divisionmultipleaccess(TDMA)basedchannelaccessthatworksonslightlymodifiedIEEE802.15.4instartopol-ogywithoptimumbandwidthutilization.Eachnetworkdevicetransmitsitsdataframeinassignedtimeslotinresponsetoperiodicrequestfromanetworkcoordinator.Thistimeslotdurationandinter-tim

8、eslotdurationareoptimizedforchannelbandwidthutilizationandreliablenetworkdataexchange.WhilethisTDMAbasedprotoc