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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 网络控制系统概述2

1.2.1 网络分类与通信协议2

1.2.2 网络诱导时延4

1.2.3 网络中数据的传输4

1.2.4 网络控制系统典型结构6

1.3 网络控制系统中的调度问题8

1.3.1 实时任务调度8

1.3.2 网络层的数据包调度9

1.3.3 应用层的控制任务调度10

1.3.4 可调度分析及调度优化14

1.4 网络调度的研究现状15

1.4.1 实时调度理论的推广方法15

1.4.2 优先级调度方法16

1.4.3 通信序列调度方法16

1.4.4 采样周期调度方法17

1.4.5 带宽及其优化调度方法19

1.4.6 调度与控制协同设计21

1.5 网络测量23

1.5.1 工业现场网络与远程监控系统23

1.5.2 网络测量技术现状24

1.5.3 国内外网络测量的研究机构26

参考文献27

第2章 网络测量与预测36

2.1 引言36

2.2 网络测量与预测研究进展37

2.2.1 网络测量的基本原理37

2.2.2 网络性能预测研究进展40

2.2.3 网络控制研究进展42

2.3 基于ε－SVR的监控网时延测量与预测45

2.3.1 概述45

2.3.2 网络时延测量工具46

2.3.3 时延预测算法47

2.3.4 支持向量回归模型48

2.3.5 误差分析标准50

2.4 基于ε－SVR的静态时延预测模型51

2.4.1 端到端时延测量模型51

2.4.2 时延数据分析与校验52

2.4.3 静态样本数据的预测建模53

2.4.4 实验结果与分析55

2.5 基于ε－SVR的动态时延预测模型59

2.5.1 动态时延变量的参数化59

2.5.2 预测算法设计60

2.5.3 基于多项式核的预测62

2.5.4 基于高斯径向基核的预测63

2.5.5 基于Sigmoid核的预测64

2.5.6 实验结果与分析65

2.6 本章小结66

参考文献66

第3章 网络资源调度与网关流量控制71

3.1 引言71

3.2 监控网关QoS控制中的非合作博弈73

3.2.1 混合监控系统特点73

3.2.2 各种新监控技术带来的问题74

3.2.3 非合作博弈问题74

3.3 基于非合作博弈的监控网关资源调度75

3.3.1 监控子系统的参数化75

3.3.2 多监控子系统的非合作博弈建模77

3.3.3 调度策略中Nash均衡的描述78

3.3.4 调度策略中Nash均衡的存在性及其证明79

3.3.5 调度问题模型80

3.3.6 基于遗传算法的求解方法82

3.3.7 实验结果与分析83

3.4 基于网络行为识别的监控网关流量控制84

3.4.1 网络测量与网络行为学84

3.4.2 各类控制系统网络行为特征分析86

3.4.3 基于行为判断的控制策略描述87

3.4.4 控制算法的设计88

3.4.5 实验结果与分析90

3.5 对等网中控制系统网络行为的识别与控制92

3.5.1 对监控网中P2P流量的识别92

3.5.2 对P2P流量的控制算法94

3.5.3 实验结果与分析96

3.6 分布式网络测量与联动控制系统的设计与实现97

3.6.1 国内外研究进展98

3.6.2 系统架构与分块99

3.6.3 主要功能与特色100

3.6.4 几种关键技术105

3.6.5 在大型旅游景区企业网中的应用107

3.6.6 在水电站远程监控系统中的应用109

3.7 本章小结111

参考文献112

第4章 网络控制系统的调度115

4.1 引言115

4.2 基于模糊逻辑的反馈调度116

4.2.1 基于误差的优先级调度116

4.2.2 基于反馈的网络调度结构116

4.2.3 基于模糊反馈调度的原理118

4.2.4 实验结果与分析119

4.3 基于RM和EDF的二维调度策略123

4.3.1 概述123

4.3.2 二维调度策略结构124

4.3.3 可调度性分析125

4.3.4 二维调度策略的实现及性能分析127

4.3.5 实验结果与分析128

4.4 基于误差阈值的网络调度131

4.4.1 概述131

4.4.2 具有通信调度功能的网络控制模型132

4.4.3 NCS的稳定域分析134

4.4.4 实验结果与分析136

4.5 基于模糊逻辑的带宽优化管理139

4.5.1 系统结构与问题描述140

4.5.2 基于模糊逻辑的带宽管理器141

4.5.3 带宽动态管理的上下界142

4.5.4 利用QoC和RoB管理来优化NCS性能144

4.5.5 实验结果与分析147

4.6 基于神经网络的多目标优化调度150

4.6.1 系统结构和问题描述151

4.6.2 带宽动态管理的多目标优化152

4.6.3 基于神经网络的优化调度153

4.6.4 实验结果与分析155

4.7 本章小结157

参考文献157

第5章 网络控制系统中控制与调度的协同设计162

5.1 引言162

5.2 网络调度与能控性、能观性分析163

5.2.1 网络控制系统的输出反馈调度模型163

5.2.2 能控性与能观性定义165

5.2.3 输出反馈静态调度分析166

5.2.4 能控性与能达性分析167

5.2.5 能观性分析169

5.2.6 实验结果与分析169

5.3 具有通信约束和时延的网络控制系统的反馈镇定171

5.3.1 概述171

5.3.2 基于状态反馈的网络控制系统控制与调度协同设计方法172

5.3.3 基于输出反馈的网络控制系统控制与调度的协同设计180

5.4 网络控制系统鲁棒控制与调度的协同设计186

5.4.1 网络控制系统状态反馈调度模型187

5.4.2 预备知识188

5.4.3 网络控制系统状态反馈静态调度分析189

5.4.4 网络控制系统静态调度稳定性和鲁棒性分析191

5.4.5 鲁棒H∞控制器设计192

5.4.6 实验结果与分析194

5.5 网络调度与最优保性能控制的协同设计197

5.5.1 不确定网络控制系统静态调度模型197

5.5.2 保性能控制198

5.5.3 最优保性能控制202

5.5.4 实验结果与分析203

5.6 变采样网络控制系统的分析与设计205

5.6.1 变采样周期的网络控制系统建模206

5.6.2 变采样网络控制系统镇定209

5.6.3 变采样网络控制系统保性能控制器设计211

5.6.4 网络控制系统H∞控制器设计215

5.7 基于混合逻辑动态模型的集成控制和调度的协同优化221

5.7.1 集成控制和调度的信息调度模型222

5.7.2 渐近稳定的控制器设计225

5.7.3 调度与H∞控制协同优化方法231

5.8 本章小结238

参考文献239

第6章 网络控制的工程实现245

6.1 引言245

6.2 网络通信技术245

6.2.1 TCP/IP协议族245

6.2.2 传输层协议TCP和UDP的特点247

6.2.3 基于套接字的网络编程247

6.3 基于宽带的网络控制系统252

6.3.1 宽带网络的结构252

6.3.2 视频服务端程序设计253

6.3.3 视频客户端程序设计254

6.4 基于调制解调器的网络控制系统255

6.4.1 调制解调器基本原理255

6.4.2 数据校验技术256

6.4.3 基于调制解调器监控系统架构257

6.5 基于无线网络的网络控制系统258

6.5.1 无线网络监控系统架构258

6.5.2 基于无线公网通信方案设计与实现259

6.5.3 基于无线私网通信方案设计与实现261

6.6 基于卫星通信的网络控制系统262

6.7 本章小结263

参考文献263

第7章 网络控制在远程监控中的应用265

7.1 远程监控技术265

7.1.1 远程监控的概念265

7.1.2 远程监控系统的功能265

7.1.3 基于视频的远程监控技术267

7.1.4 远程监控系统现状和发展方向268

7.2 水电站远程监控系统269

7.2.1 水电站视频监控系统总体架构270

7.2.2 监控系统硬件架构271

7.2.3 视频服务器软件总体架构272

7.2.4 视频数据流的采集272

7.2.5 宽带视频服务器设计274

7.2.6 窄带视频服务器设计274

7.2.7 云台控制服务器设计275

7.2.8 视频数据存储模块设计276

7.2.9 历史视频的回放277

7.2.10 视频监控系统客户端设计278

7.2.11 云台客户端设计282

7.3 旅游景区视频展播系统282

7.3.1 视频展播系统架构283

7.3.2 视频展播系统服务端设计284

7.3.3 用户并发性管理调度策略286

7.3.4 客户端连接管理模块设计288

7.3.5 视频展播系统客户端设计289

7.4 海洋石油平台油气混输控制监视系统294

7.4.1 概述294

7.4.2 系统硬件组成296

7.4.3 系统组态与软件编制298

7.4.4 上位机监控软件实现303

7.5 本章小结308

参考文献308