一种分布式感测和控制网络包括多个感测/控制节点，其每一个包括控制器。每一个感测/控制节点基于存储在控制器内的物理比例K调度(PRKS)协议确定信号传输/接收调度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的交叉引用 本公开要求于2013年3月15日提交的美国临时申请号61/788445的优先权，并 且通过引用合并至此。 关于政府支持的声明 本专利技术在由国家科学基金奖励的授权号码1054634下通过政府支持进行。政府在 本专利技术中具有某些权利。
本公开一般设及无线通信调度，尤其设及包括物理比例K调度协议（P服巧的感测 和控制网络。
技术介绍
无线网络被用于联网网络物理系统中的实时、闭环感测和控制。例如，已经定义无 线联网标准用于工业监测和控制，已经开发出无线网络用于工业自动化，并且汽车工业正 在探索无线网络的应用W进行车辆间W及车辆内的感测和控制。 在无线联网感测和控制（WSC)系统中，跨无线网络的消息传递（或简称无线消息 传送）允许分布式的传感器、控制器和执行器之间的协调。当支持诸如工业过程控制运样 的关键任务作业时，要求无线消息传送可靠（亦即具有高的递送比）并且实时。当前的无 线消息传送系统遭受固有的动态和不确定性。同信道干扰因并发传输的碰撞而成为不确定 性的主要来源。因此，调度传输W防止同信道干扰是WSC系统中无线消息传送的基本元素。 在WSC系统中，不仅像在传统无线感测/控制网络中那样无线链路动态引入不确 定性，动态控制策略也引入动态网络流量模式并且对于消息传送可靠性和时间线提出不同 的需求。为了敏捷地适应不确定性W及为了避免集中式调度中的信息不一致性，分布式调 度变得对于WSC网络中的干扰控制是所期望的。大多数现有系统或者基于物理干扰模型或 者基于协议干扰模型。[000引在物理模型中，如果下面的条件成立：（(Psi，Ri)/(Ni+2,^...n,.,*i > 丫，i =1. . .N，其中和PSWi是分别从发射方S1和Si到达接收方R1的信号的强度，N1是接 收方Ri处的背景噪声功率，并且丫是为了保证特定的链路可靠性所必需的信号与干扰加 噪声之比（SINR)阔值，那么一组并发传输（Si，Ri)，i= 1...N被认为彼此不干扰。在协议 模型中，如果Dc,KXDs,K，其中Dc,K是并发发射方C与相应的接收方节点R之间的地理距 离，Ds,k是发送节点S与接收方节点R之间的地理距离，并且K是常数，那么从发送节点S到 接收方节点R的传输被认为不受并发发射方C干扰。 物理模型通常是高保真干扰模型，但是由物理模型定义的干扰关系不是本地的并 且是组合的，因为一个传输是否与另一个干扰取决于网络中的其他传输。即使已经基于物 理模型提出许多集中式TDMA调度算法，分布式的基于物理模型的调度仍然具有缺点。它因 明确的网络范围的协调而缓慢地收敛，它不得不采用诸如节点位置的知识运样的强假设， 它忽略在通信中引入不确定性的累积干扰，并且它因为需要集中地计算每一个链路的干扰 集（亦即与该链路干扰的链路的集合）或每一个链路的干扰邻（亦即向该链路引起不可忽 略的干扰的链路的集合）而不适合于动态网络设置。当干扰链路超出彼此的通信范围之外 时，设计调度协议的挑战类似地在现有基于物理模型的调度算法中没有解决。 不像物理模型，协议模型定义本地的、成对的干扰关系。协议模型的本地性使得能 够在不确定性存在时实现敏捷的协议自适应。但是，协议模型通常是不精确的，因此基于协 议模型或协议模型的变体的调度不保证链路可靠性并且也趋于减小网络吞吐量。 除了基于物理和协议干扰模型的调度之外，也已经提出使用一般成对干扰模型的 分布式调度算法。分布式调度算法不解决如何识别每一个链路的干扰集的问题，并且它们 的实现方式假设与协议模型类似的模型。运些算法不解决重要的系统问题，诸如当干扰链 路超出彼此的通信范围之外时如何设计调度协议。 为了缩小现有干扰模型与具有可预测的数据递送可靠性和时间线的分布式、现场 可部署的调度协议的设计之间的差距，主要的挑战是开发既是本地的又是高保真的干扰模 型。
技术实现思路
公开一种分布式感测和控制网络，包括多个感测/控制节点，感测/控制节点中的 每一个都包括传感器/执行器/控制器、本地存储器和无线发射器/接收器，其中本地存储 器存储用于对无线传输实现物理比例K调度协议（PRK巧的指令，并且感测/控制节点中 的每一个都包括存储在本地存储器中的本地信号图。本地信号图与经实例化的物理比例 K(PRK)干扰模型一起，定义存储本地信号图的感测/控制节点与该多个感测/控制节点中 在存储本地信号图的感测/控制节点的排斥区域内的每一个其他感测/控制节点之间的干 扰关系。 也公开一种用于在分布式感测和控制网络中调度无线传输的方法，包括W下步 骤：确定分布式感测和控制网络中的接收感测/控制节点与每一个其他感测/控制节点之 间的每一个链路的物理比例K(P服）参数，使用基于经确定的物理比例K参数的物理比例K 调度协议（PRK巧确定分布式感测和控制网络中的接收感测/控制节点与每一个其他感测 /控制节点之间的干扰关系，W及基于所述干扰关系在分布式感测和控制网络中调度传输， 使得没有并发传输与在接收感测/控制节点处接收到的传输相干扰。 可W从下面的说明书和附图中最佳地理解本专利技术的运些和其他特征，W下是简 述。【附图说明】 图1例示利用P服S调度协议的分布式感测和控制网络。 图2图解例示P服S工厂模型实例化。[001引图3例示典型的感测/控制节点处的AIu(t)的累积分布函数。 图4a例示接收方节点周围的扩张排斥区域。 图4b例示接收方节点周围的收缩排斥区域。[002引图5例示P服S协议中的自适应控制器的稳定性曲线。[002引图7例示P服S系统的体系结构。 图8示出所提出的预先计算的流水线的示例。【具体实施方式】 图1例示示例的分布式感测和控制网络10,包括多个分布式传感器20和中央控制 器30。分布式传感器20中的每一个都包括无线发射器/接收器22,并且中央应用控制器 30包括无线发射器/接收器32。传感器20和中央应用控制器30中的每一个也都包括具 有存储器的本地控制器24。本地控制器24上的存储器存储用于操作相应的远程传感器20 或中央应用控制器30的指令。运些指令中包括W下面描述的方式控制来自每一个传感器 20的消息调度的物理比例K调度（PRK巧协议指令。例示的示例感测和控制网络10可W是 具有彼此物理上紧密接近的多个传感器20的任意感测和控制网络，包括但不局限于汽车、 工业自动化系统或一队车辆中的分布式感测和控制网络。 在分布式感测和控制网络10的操作期间，每一个传感器20将关于被感测的组件 或过程的信息传输给控制器30或者给分布式感测和控制网络10中的其他传感器20。控制 器30利用来自传感器20的数据的组合确定适当的响应并且将响应传输给系统内的执行器 40。在替换的分布式感测和控制网络10中，传感器20的一些或所有可W包括执行器或其 他响应组件并且接收来自中央控制器30的指令。在实际的实现方式中，传感器20的一些 或所有与至少一个其他传感器20直接通信，而不通过控制器30传输。传感器20和控制器 30中的每一个在下面都替换地称作"节点"。 因为传感器20彼此接近，如果传输在时间上重叠，则来自传感器20的传输可W与 由其他传感器20接收的传输相干扰。为了防止运种重叠和干扰，在传感器20的每一个中 实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分布式感测和控制网络，包括：多个感测/控制节点，所述感测/控制节点中的每一个都包括传感器、本地控制器、本地存储器和无线发射器/接收器，并且其中所述本地存储器存储用于对无线传输实现物理比例K调度协议(PRKS)的指令；以及存储在所述本地存储器中的本地信号图，其中所述本地信号图与经实例化的物理比例K(PRK)干扰模型一起，定义存储所述本地信号图的感测/控制节点与所述多个感测/控制节点中的在存储所述本地信号图的所述感测/控制节点的排斥区域内的每一个其他感测/控制节点之间的干扰关系。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，刘晓辉，李川，
申请(专利权)人：韦恩州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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