提出了一种分布式动态带宽分配算法，用于公平有效地分配地理上分布的控制系统带宽。先，带宽分配的问题被构造为凸优化问题以最大化所有控制系统的效用，以及分布式带宽分配的算法用于对控制系统根据网络拥塞信息改变其采样周期。大采样率或最大传输率;然后，控制系统和链路之间的相互作用被建模为延迟和动态系统中使用的比例积分（PI控制器被用作链路的队列控制器实现的算法。果仿真所提出的带宽分配算法不仅可以收敛的所有设备的传输速率的共享链路的带宽值在少于10秒的所有设备，同时PI控制器，该队列是在约50的分组所希望的设定点另外，输入信号可以遵循与准确度和稳定性的稳定，以优化所有控制系统的性能。用函数关键词，带宽分配，分布式控制系统，闭环电路分类号TP368.5标识文件介绍极端值的介绍集成，微机电系统和通信网络等技术进步使人们能够意识到并处理他们的数据。制和通信设备：这些器件对形成通信网络的分布式控制系统的监测和控制人们生活的具体环境和工作[1-2]至关重要。系列传感数据通过网络传输到控制器。者处理检测数据样本并产生适当的控制信号并通过网络将它们发送到致动器。者将控制信号转换为执行动作，从而影响和控制特定信号。
境：分布式控制系统通过本地网络或专用网络普遍实行近年来，网络开放标准已经成为一种控制通信的分布式非常方便，因为他们的成本低，其更高的速度和易于安装。式[3]。是，对开放标准网络的分布式控制仍局限于LAN网络和有限的区域。果分布式控制在互连协议泛在网络（互联网协议，IP网络和网络）被广泛使用的带宽是一个关键的问题，因为当多个应用程序争夺有限的带宽源，S没有适当的协调机制，不可避免地会出现拥堵。绝大多数的带宽分配策略，带宽分配的效率在公平分配带宽的，其目的是公平地分配带宽，以避免尺寸和容量被测量最大限度地满足每一个系统本文主要针对基于广域网的分布式控制系统和地理上分散的网络，专门设立建立在IP网络上的反馈控制回路的需求。这方面，最近的文献提出了一个端到端的算法控制系统相结合读缓冲区，自适应采样和控制策略，以适应不断变化的网络服务水平。一些文献中，经由所述通信网络中实现分布式控制系统也被称为网络控制系统（NCS）[5]，这是在下面的分析中使用。NCS的带宽分配引起了研究人员的广泛关注[6-8]。些研究主要集中在有限区域网络（或局域网）上。些带宽分配算法很难应用于WAN。要原因是这些分配算法通常需要不同网络设备随时间的同步。
态分配算法，动态分配算法和hybride.L’algorithme分配算法静态分配限定了固定的优先级的流量之前，系统适用于各个流的预测的情况exécuté.Il系统缺乏灵活性和动态变化的适应性。态分配算法定义了在线流量的传输优先级，但需要集中管理;混合分配算法是两个旧算法之间的折衷。[9] [10-11]中提出的带宽分配算法仅适用于工作。络控制器（控制器网络，CAN总线上的控制系统的采样周期，该算法是基于负载阈值和网络的稳定性。算法本质上是CAN，其性能取决于负载理论上没有讨论小的采样周期，[8]中提出的分配算法使用网络，可用带宽和网络的误差。个系统的状态适用于采样周期，但是执行，占用带宽，即测量的一个重要问题，没有解决（相关的可用带宽可以从容量推导本文适用于WAN（广域网）工作，WAN网络上的NCS提供动态带宽分配算法，可以是异步的，动态且完全分布式，可以有效地在多个控制系统之间传播网络带宽。控制系统改变基于由所述网络返回的拥塞信息，这允许带宽分配算法，以确保所有系统的稳定性其采样周期（带宽消耗）控制和优化这些的总体表现;使用网络带宽和控制拥塞来最小化延迟和损失，并通过实现不同控制环路的目标性能来实现公平性。配算法提供完全分布式，异步和可扩展的解决方案。个节点使用本地信息来运行独立的算法，而无需中央管理实体。算法说明图1和想法示出了单个基本结构NCS：在图1中，反馈环路是由网络的传感器拾取的物理量关闭时，数据包写入采样值，然后将数据包发送到命令。述控制器检测所接收的采样值，并产生，然后被发送到致动器1的控制信号示出了具有控制系统以及分布式控制系统控制器采样的两个分组之间的经过时间。间隔被称为采样周期由T表示。句话说，传感器每次发送包含τ采样的数据的分组，以及采样周期的倒数为r = 1 /τ （图1是设备控制器传输率（换言之，采样率不区分两者：类似地，控制器设备的反向路径上的速率可以以相同的方式来定义，虽然两者率原则上不同，但在大多数应用中，将这两个速率是相同的。述传输速率是由特定的一对外围控制器所消耗的带宽资源的量。果该流超过可用的端到端带宽，网络变得拥挤，并且发生丢包，延迟和抖动。而，NCS通常需要更高的采样率，因为采样率越高，网络越容易更快地遵循期望的参考状态。外，在某些极端情况下，采样率太低，这可能导致系统不稳定，甚至小的干扰也可能导致严重的问题。此，采样率r必须在网络的使用和期望的操作状态之间找到平衡。此，采样率是NCS中可调节的关键因素。输速率r对系统动力学的影响通常由效用函数U（r）描述。U（r表示从实际的采样速率的系统的有用性的程度。
常，U（r是单调增加的采样率R的函数，即表示，采样率最高成绩更好的控制性能。实践中，U（R通常为r的严格凹函数，它反映效用递减规律，当速度增加。此，效用函数定义的担忧ř≥RMIN，并且Rmin为最小速率。速率以下时，系统将变得不稳定。为了便于数学分析，让我们假设U（二次r是在对NCS文献不同，通常采用一个索引二次求和效用实用程序带宽分配实用程序最佳数学模型定义了公平分布，以最大化各个NCS效用函数的总和（即Ë所有NCS的总效用，也就是说，我们的目标是：确定第NCS的传输速率里，使ΣiUi值的总和（R最大会见：1每个系统的稳定性约束iri≥rmin，i; 2各自链路lΣ我∈S（氯≤LRI上述目标在数学上被描述为：。axΣiUi（RI的每个容量约束;Σi∈S（lri≤Cl，L = 1，2- ，…，Lri≥rmin，I（2：S（l为一组所有的NCS，通信链路使用循环1，C1是链路1的容量，L是网络链路的总数。程（2，假设通信回路可以使用链接只有一次，也就是说，如果所有的链接都是全双工的通信机制，这种假设始终为true。于铀（r是一个凸优化问题，那么这个问题可以迅速的全球性解决方案optimale.Toutefois解决的凹功能，本文采用分布式解决这个问题的方法。布式实用新型算法基于问题类型和公式（2）的结构。它分解成子问题，那么你可以使用一个分布式的方法解决，也就是说，每个控制系统和每个链路上运行自己独立的算法。面解释本文档中提出的分布式算法和协议。
传感器和控制器数据包中输入一个特殊的标题字段，该字段包含从链接返回到设备的拥塞信息。个链路1基于本地信息计算拥塞信息pl，例如输入的总流量或队列的长度。传感器生成用于路由采样数据的分组时，设备将该字段的值初始化为零;当数据包通过沿指定路径的网络链接，所述传感器给控制器，并返回到致动器，每一个环节添加报头字段的当前值PL。此，当控制数据包到达该装置中，报头字段包括所有链路的传感器到控制器的复值的总和，并且返回到沿指定路径的致动器。接收到的控制器数据分组时，致动器施加的控制信号和传感器调整采样速率r：基于拥塞信息背面R（3（PT = MIN {最大值【U {-1 （PT，RMIN} RMAX））}（3其中：PT是每分组接收的控制器，它是该装置的控制器而相反地，设备中的所有链路的复值的总和的值; U’1是效用函数的一阶导数反转; Rmin为符合器件稳定性条件的最低传输速率; Rmax为最大采样速率或可以通过使用的最大传输速率根据上次计算计算R（PT，则根据式（1的装置。算τ的值，该值确定下一个样本的生成之间的时间间隔。设路由器识别和治疗该字段标题并假设开销和该字段的数据包），如果另作说明的实际实施中，在协议的PL值可被量化，并且可以通过两个显式反馈协议（显式拥塞通知，ECN二进制位进行编码。现该算法以实现上述算法。这篇文章中，控制系统和连接之间的相互作用建模第一作为动力系统的延迟和队列控制器联络期望被设计为提高建模算法的性能NCS队列交互通常在路由器中实现。接两个或多个网络链路时，链路算法在路由器上运行，并用作链路的输入。由器使用缓冲区来保存和解析输入数据包以提供服务。冲区溢出，导致延迟，抖动和数据包丢失。文的目的是稳定缓冲区的队列长度。控范围，大于零，有两个优点：一个能消除过渡延迟，抖动和分组丢失，二是防止网络链路是空的，没有充分利用，因为该文件总是有一个包。此，分配算法的性能主要取决于队列的长度。文模拟了N NCS与单链路瓶颈之间的相互作用。定瓶颈链路的条目的总速率= 1NI = 1RI（t计大于链路容量C越大，从而使链路上的队列长度的变化速率。（T被与总的流量和进入的链路的结合能力，即：·q（T = =ΣNi1RI（TC（4）在一般情况下，假设最后期限所有NCS是恒定且均匀的。装置和队列之间的时间是由表示的SPA和等待和设备文件之间的延迟是由ASAP的表示。时间t，J装置接收一个新的p（T）。应于评价RJ（p（T，包DPQ时间之后发送）的值会影响队列的长度，从而使队列将计算新的值p（t，恒温阀芯此新值p（t在延迟dqp之后到达）设备j，则可以使用以下公式（当条件RMIN和RMAX限制被忽略，方程式（6相同的等式（3·Q（T =ΣNi= 1RI（TD）PQ-C（5RJ（T = U’-1J [P （叔DQP]）; J = 1，2，…，N（6通常U（r和U’1（P（T是一个非线性函数）。
过研究由等式所描述的系统的性能（5和（6） ，线性化两个方程相对于工作点（Q0，RJ0，P0，Q0，其中处于稳定状态和RJ0队列的预期长度是元件J稳态的传输速率）。0为每个设备j中的p值发送到RJ0率，然后线性化的方程为：·ΔQ（T =ΣNi=1δri（叔DPQ（7δrj（T = AP（叔dqpU）“Ĵ（RJ0Ĵ = 1，2，…，N（8，以简化，我们定义d = DPQ DQP，BJ = 1 / U“Ĵ（RJ0，B =ΣNI = 1bi，用（7和（8 GET组合：ΔQ· （T = [=ΣNi1BI]·AP（TD = B·AP（TD（9）（缺乏连接至9 p（T和q（t）的，这将是下一个讨论）含量的影响。例和集成控制器本文档分析了频域中的线性化模型（ 9.在不失一般性的情况下，他在开始时分析线性化模型（即Q（0 = 0，P（0 = 0，R（0 = 0）和答案的平衡状态（即Q0，RJ0 P0。于ΔQ（0 = Q（0 -Q0 = -Q0，则拉普拉斯变换是等于9号第ΔQ（S Q0 = B·AP（S·整理后得到的e-SDΔQ（S =（ – 。0 / S （ B / S·AP（第E-SD（10））示出了等式（10图中的C）（s是拉普拉斯变换的p（T和q（t）的，被称为控制器的原理队列。环传递函数为1 /（1-BC（如果-SD /秒。于在稳定状态下的闭环状态时，特征方程的根是1- BC（该溶液到SD / S = 0必须位于复平面的左半部。们将设计控制器C（s到稳定和提高闭环响应。各种控制器，最简单的方法是比例（比例，P和积分比例（PI控制器）。果使用更多的控制器算法mple允许路由器更有效，更实时地处理高速数据。制器p来CP（S = kP的的传递函数，PI控制器的传递函数是ICC（S = kP的 KI / s时，Kp和Ki是比例增益，增益常数被划分。果KI在PI控制器是零，PI控制器是控制器P.控制器需要CPI（S，需要CP时，询问KI = 0用于PI控制器，所述特征方程是以下形式： S2-B（KPS 纪伊-SD = 0（11随后确定Kp和Ki的值，以获得一个稳定的闭环响应。于指数项是从在反馈回路中的延迟，那么方程（11一根的无限数量。此，为了获得Kp和Ki，的方法的稳定值[12]用于获得的全套Kp和Ki值，使稳定的稳定循环。这种情况下，使用积分延迟（Integral Plus）。
迟，IPD代替第一个黄金对数延迟更多（FirstOrder Lag Plus Delay，FOLPD [12]。[12]的第7章的知识，是用于稳定闭环系统的条件如下：比例增益Kp可以采取任何值在区间（0，π/ 2BD，对于每个给定值kP的= K ^ P，积分增益Ki可以采取在区间（任何值0，λ，其中：λ=（COSα20（α0/（这个Bd2（12和α0是BK ^ P-（α/ d·罪（α= 0对应于区间（0，π…π溶液溶液溶液…..π值kP的里面找到KI，稳定增益Kp和Ki的范围可以得到模型仿真和组态仿真软件本文使用NS2仿真软件，增加了两个新的代理商。SCSPlant和NSCSController，代表设备和联网传感器控制系统的控制NSCSPlant是一个代理类，它可以用于模拟多个控制系统和NSCSController来模拟a控制器来控制设备。用这两个代理，可以组合物理系统和通信网络的动态模拟。络拓扑实验的拓扑结构在图3中示出在该图中，所有共享NCS单键瓶颈连接两个路由器R1和R2，该装置被连接到R 1和相应的控制器连接在R2;链路和传输延迟的带宽在图中所示，并且被选择为区间[随机变量均匀地分布在0.50]毫秒，第一单元和最后一个单元被设定为0毫秒和50毫秒。备和控制器本文档使用一个线性时不变标量（线性时不变，LTI装置[13]和比例控制器，每个设备状态X（t满足下面的微分方程：（T = AX（T BU（吨13其中：a和b是常数，U（t是控制器的输入，并且所述传感器样本x（t是离散时间x（T0中，x（T1，的情况下获得的值…，X （TJ对于每个采样X（TJ，控制器计算û如下：TJ：U（TJ = -K器（Rx（T（14其中：K是恒定的增益控制器）和R是由所需的参考点。备）在[13]，我LTI NCS标量的装置的效用函数是:. UI（RI =α1 – EA biKiai·/ RI（15）该效用函数满足条件1和第1.1节，和RMIN的2由等式（16输出给出：RMIN，I = ailnbiKi aibiKi-AI（16个实验设定比较PERF。ormances P和PI控制器，实验参数选择如下：设备的数量是N = 50，所有的设备具有相同的物理特性，即d。Ai = 0.01，bi = 1.0，所有设备具有相同的控制器Ki = 1.5;所有开始和结束时间都相同，即开始时间tstart = 0.1 s，结束时间趋于= 320 s;总包大小为100B，如图4所示。路容量为180 kbps /（100×8 = 225包/秒）。个外设的传输速率的值收敛于一个稳定状态是R0 =五十零分之二百二十五= 4.5的数据包/秒，返回的传输时间为2s，B = 1523.8，d = 2.0 。于PI控制器，选择kP = 3.0×10-4，kI = 4.0×10-5;对于P控制器，选择kP的= 3.0×10-4，限定约50数据分组模拟结果的控制队列的长度，并分析图4和5是实验的模拟结果。
4（a和（b可以看出，使用PI和P控制器，所有设备的传输速率收敛到在短时间内所有设备的带宽值共享连接;参见图4（ c和（d，P到控制器，有在队列中的稳态误差。这一点上，该装置呈现一显著延迟回报，但对于PI控制器，不存在这种类型和队列的问题是稳定的，在大约50包所需的设定点的。5显示了输入方（图5（NCS A1和＃50的回复）。图5 （b，（c和（d，（e）中，可以看到，对于PI控制器，所述NCS是稳定的，并且可以准确地跟随输入信号，并且用于P控制器，所述延迟显著大大降低NCS的表现结论本文件为通过频段提出了一种新的分配方案e在网络控制系统中。算法提供了最佳表达，还提供了一种技术，提高算法allocation.Cet算法的性能适合用于大型分布式网络或广域网（WAN）的工作，并确保稳定的运行每个NCS，以最大化所有NCS的整体性能。
工。
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