支持QoS的CPS網(wǎng)絡路由算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-physical systems，CPS)是由感知、計算和控制等多個子系統(tǒng)組成的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含感知數(shù)據(jù)、計算結果、控制指令等多種類型的數(shù)據(jù)。CPS通常應用于野外環(huán)境監(jiān)測、基礎設施控制、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)膶崟r性和可靠性成為影響CPS系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。同時，CPS的通信范圍覆蓋系統(tǒng)的物理層、網(wǎng)絡層和決策層，各層的網(wǎng)絡類型不一樣，通信需求也不一樣

2、，因此，一個合理的網(wǎng)絡結構和滿足相應QoS需求的路由算法對CPS系統(tǒng)尤為重要。針對以上問題，本文提出了相關解決方案，主要工作及創(chuàng)新點如下：
　　(1)提出一個基于跨層QoS模型的數(shù)據(jù)調(diào)度機制。其主要目的是通過節(jié)點數(shù)據(jù)選擇來滿足CPS系統(tǒng)實時業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸需求。該算法的核心思想是提出一個跨層QoS模型，分別對節(jié)點、網(wǎng)絡和業(yè)務數(shù)據(jù)的QoS需求進行分析，將各層的QoS需求進行量化，然后以滿足這些QoS需求為目標設計一個數(shù)據(jù)選擇控制策略。

3、當源節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù)時，應用該策略來選擇數(shù)據(jù)的發(fā)送序列，這樣節(jié)點就可以通過對網(wǎng)絡資源的合理利用來滿足業(yè)務數(shù)據(jù)的QoS需求，同時提高網(wǎng)絡傳輸?shù)膬r值和網(wǎng)絡資源分配的公平性。仿真實驗表明，使用該數(shù)據(jù)調(diào)度機制的路由算法比不使用該數(shù)據(jù)調(diào)度機制的路由算法在網(wǎng)絡效用和網(wǎng)絡公平性上都有明顯提升。
　　(2)提出一個適用于 CPS網(wǎng)絡的 QoS路由算法，該算法主要目的是解決網(wǎng)絡傳輸?shù)膶崟r性和可靠性問題。算法的核心思想是選取網(wǎng)絡傳輸中的延遲和可靠性兩

4、個QoS指標，將其分別量化為一個閾值。以機會路由為基礎，當源節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù)時，首先以滿足延遲指標為目的，對其所有鄰居節(jié)點區(qū)分優(yōu)先級排序；接著以滿足可靠性指標為目的，在鄰居節(jié)點的優(yōu)先級列表中根據(jù)策略選擇部分節(jié)點作為候選節(jié)點集；集合中節(jié)點之間通過協(xié)同，確定相應中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。仿真實驗表明，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)絡結構進行了合理的設計，構建了一個以容遲/容斷網(wǎng)絡