支持QoS的CPS網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-physical systems，CPS)是由感知、計(jì)算和控制等多個(gè)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含感知數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果、控制指令等多種類型的數(shù)據(jù)。CPS通常應(yīng)用于野外環(huán)境監(jiān)測、基礎(chǔ)設(shè)施控制、智慧交通等大型工程系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)規(guī)模較物聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)更大。因此，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性成為影響CPS系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。同時(shí)，CPS的通信范圍覆蓋系統(tǒng)的物理層、網(wǎng)絡(luò)層和決策層，各層的網(wǎng)絡(luò)類型不一樣，通信需求也不一樣

2、，因此，一個(gè)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和滿足相應(yīng)QoS需求的路由算法對CPS系統(tǒng)尤為重要。針對以上問題，本文提出了相關(guān)解決方案，主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)提出一個(gè)基于跨層QoS模型的數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制。其主要目的是通過節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)選擇來滿足CPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸需求。該算法的核心思想是提出一個(gè)跨層QoS模型，分別對節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的QoS需求進(jìn)行分析，將各層的QoS需求進(jìn)行量化，然后以滿足這些QoS需求為目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)選擇控制策略。

3、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用該策略來選擇數(shù)據(jù)的發(fā)送序列，這樣節(jié)點(diǎn)就可以通過對網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用來滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的QoS需求，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬r(jià)值和網(wǎng)絡(luò)資源分配的公平性。仿真實(shí)驗(yàn)表明，使用該數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制的路由算法比不使用該數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制的路由算法在網(wǎng)絡(luò)效用和網(wǎng)絡(luò)公平性上都有明顯提升。
　　(2)提出一個(gè)適用于 CPS網(wǎng)絡(luò)的 QoS路由算法，該算法主要目的是解決網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性問題。算法的核心思想是選取網(wǎng)絡(luò)傳輸中的延遲和可靠性兩

4、個(gè)QoS指標(biāo)，將其分別量化為一個(gè)閾值。以機(jī)會(huì)路由為基礎(chǔ)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先以滿足延遲指標(biāo)為目的，對其所有鄰居節(jié)點(diǎn)區(qū)分優(yōu)先級排序；接著以滿足可靠性指標(biāo)為目的，在鄰居節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級列表中根據(jù)策略選擇部分節(jié)點(diǎn)作為候選節(jié)點(diǎn)集；集合中節(jié)點(diǎn)之間通過協(xié)同，確定相應(yīng)中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該路由算法在延遲和投遞率的性能較同類型的QORM路由算法更優(yōu)。
　　(3)對 CPS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一個(gè)以容遲/容斷網(wǎng)絡(luò)