基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其具體包括：按需構(gòu)建協(xié)同控制的時限指令報文；傳輸時限指令報文到目的節(jié)點并逐跳轉(zhuǎn)換報文內(nèi)時間信息；目的節(jié)點按時限指令執(zhí)行協(xié)同控制動作。本發(fā)明基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法通過在整個多跳網(wǎng)絡(luò)采用分布式的方式進(jìn)行節(jié)點之間的協(xié)同控制，實現(xiàn)了相對真實時間內(nèi)同時運行工作的目的，完成了節(jié)點之間的協(xié)同控制；在目的節(jié)點判斷所接收的時限指令報文是否有效，丟棄無效的報文信息，減少了節(jié)點的工作運行能耗，因此，本發(fā)明的方法具有實現(xiàn)方案簡單、通信開銷小、動態(tài)性好、節(jié)點能耗小等優(yōu)點，能夠適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)以及動態(tài)性要求高的多跳網(wǎng)絡(luò)。
【專利說明】基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法的設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]多跳網(wǎng)絡(luò)有廣泛的應(yīng)用背景，由于單節(jié)點的能力通常非常有限，在許多應(yīng)用場景中都需要多個節(jié)點協(xié)同工作來完成特定任務(wù)，但由于多跳網(wǎng)絡(luò)存在同步困難和通信延遲較大的缺點，如何保證多個節(jié)點同時動作常常存在挑戰(zhàn)。例如，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點通過無線通信的方式實現(xiàn)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)傳輸，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過多個傳感器節(jié)點的協(xié)作進(jìn)行監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，繼而將這些信息傳輸給用戶服務(wù)器，同時可以由服務(wù)器觸發(fā)或感知到事件發(fā)生的特定節(jié)點觸發(fā)，以控制多個節(jié)點的同步動作。雖然目前人們已經(jīng)提出了許多協(xié)同控制方法，但大都對拓?fù)洹討B(tài)性有較多限制，且不能適應(yīng)較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，2010年IEEE國際會議公開了一篇論文“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中工業(yè)自動化的分布式協(xié)同控制方法”，英文信息為“Jiming Chen, Xianghui Cao, Peng Cheng, YangXiao, Youxian Sun, “Distributed Collaborative Control for Industrial AutomationWith Wireless Sensor and Actuator Networks”，Industrial Electronics, IEEETransactions on Volume: 57, Issue: 12, pp.4219 - 4230, 2010.”文中通過在每個節(jié)點本地進(jìn)行信息交換處理，然后將信息發(fā)送到最終處理節(jié)點來完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中工業(yè)自動化的分布式協(xié)同控制。該方法在本地節(jié)點處理交換信息，導(dǎo)致本地節(jié)點運算開銷大、能耗大，因而當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點增多、規(guī)模變大、處理信息增多時，節(jié)點能耗快速增大，且通信開銷急劇增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有協(xié)同控制方法中存在的通信開銷大、動態(tài)適應(yīng)性差、節(jié)點能耗大等缺點，提出了一種基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，具體包括:
[0006]步驟1、按需構(gòu)建協(xié)同控制的時限指令報文:
[0007]每個本地節(jié)點i都擁有自己獨立的本地時鐘，當(dāng)本地節(jié)點i受到觸發(fā)需要協(xié)同其他節(jié)點進(jìn)行控制時，且本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間存在通信，構(gòu)建本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時限指令報文，本地節(jié)點i向鄰居節(jié)點j發(fā)送時限指令報文時均采用自己的本地時鐘時間進(jìn)行發(fā)送，本地節(jié)點i接收來自鄰居節(jié)點j所發(fā)送過來的時限指令報文時，將時限指令報文中所攜帶的時鐘時間轉(zhuǎn)換成自身的本地時鐘時間，完成本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間時限指令的時間同步；
[0008]所述時限指令報文包括:本地節(jié)點i的ID編號、鄰居節(jié)點j的ID編號、本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘差異Du、鄰居節(jié)點j的觸發(fā)條件信息、本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM，其中所述觸發(fā)時間信息TM是一個時間段，由協(xié)同控制開始時間和終止時間構(gòu)成；
[0009]步驟2、傳輸時限指令報文到目的節(jié)點并逐跳轉(zhuǎn)換報文內(nèi)時間信息:
[0010]當(dāng)本地節(jié)點i被觸發(fā)，且本地節(jié)點i與目的節(jié)點存在通信時，本地節(jié)點i構(gòu)建與目的節(jié)點之間的時限指令報文，本地節(jié)點i向目的節(jié)點發(fā)送時限指令報文時均采用自己的本地時鐘時間進(jìn)行發(fā)送，本地節(jié)點i接收來自目的節(jié)點所發(fā)送過來的時限指令報文時，將時限指令報文中所攜帶的時鐘時間轉(zhuǎn)換成自身的本地時鐘時間，完成本地節(jié)點i與目的節(jié)點之間時限指令的時間同步；
[0011]所述時限指令報文包括:本地節(jié)點i的ID編號、目標(biāo)節(jié)點的ID編號、本地節(jié)點i與目的節(jié)點的時鐘差異0〃、目的節(jié)點的觸發(fā)條件信息、本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM，其中所述觸發(fā)時間信息TM是一個時間段，由協(xié)同控制開始時間和終止時間構(gòu)成；
[0012]步驟3、目的節(jié)點按時限指令執(zhí)行協(xié)同控制動作:
[0013]通過上述步驟2完成所有與本地節(jié)點i存在通信的目的節(jié)點的時間同步，獲得目的節(jié)點的本地時鐘時間Ir并在目的節(jié)點提取來自本地節(jié)點i的時限指令報文中的目的節(jié)點的觸發(fā)條件信息、本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM，所述目的節(jié)點的觸發(fā)時間信息TM」即為本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM ；
[0014]結(jié)合在目的節(jié)點接收到的時 限指令報文中所提取的目的節(jié)點的觸發(fā)條件信息，在觸發(fā)時間信息TM」時刻內(nèi)完成所有有效的目的節(jié)點的分布式協(xié)同控制工作。
[0015]進(jìn)一步的，在所述步驟3中，如果目的節(jié)點的本地時鐘時間L早于在目的節(jié)點接收到的時限指令報文中所提取的目的節(jié)點的觸發(fā)時間信息TM」中的開始時間，則表示目的節(jié)點有效，在觸發(fā)時間信息TM」中的開始時間進(jìn)行協(xié)同控制；如果目的節(jié)點的本地時鐘時間Tj晚于開始時間而早于終止時間，則表示目的節(jié)點有效，并在接收到時限指令報文的時刻進(jìn)行協(xié)同控制；如果目的節(jié)點的本地時間L晚于觸發(fā)時間信息TM」中的終止時間，則表示在目的節(jié)點所收到的時限指令報文的觸發(fā)時間已經(jīng)不具備有效性，目的節(jié)點將此無效的時限指令報文丟棄。
[0016]進(jìn)一步的,所述步驟I中本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時間同步過程為:鄰居節(jié)點j接收本地節(jié)點i的時限指令報文，提取時限指令報文中本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘差異Du，鄰居節(jié)點j的時鐘時間L等于本地節(jié)點i的時鐘時間Ti加上本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘差異Du，實現(xiàn)本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間時限指令的時間同步。
[0017]進(jìn)一步的,所述每個本地節(jié)點i用一個時間同步列表結(jié)構(gòu)來維護(hù)本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時鐘差異Dijtl
[0018]進(jìn)一步的，所述時鐘差異Du是是根據(jù)過去的至少兩次的測試值對未來值進(jìn)行預(yù)測得到，本地節(jié)點i和鄰居節(jié)點j對應(yīng)的本地時鐘時間為Ti和Ir所述Ti和L存在如下同步關(guān)系:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，具體包括: 步驟1、按需構(gòu)建協(xié)同控制的時限指令報文: 每個本地節(jié)點i都擁有自己獨立的本地時鐘，當(dāng)本地節(jié)點i受到觸發(fā)需要協(xié)同其他節(jié)點進(jìn)行控制時，且本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間存在通信，構(gòu)建本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時限指令報文，本地節(jié)點i向鄰居節(jié)點j發(fā)送時限指令報文時均采用自己的本地時鐘時間進(jìn)行發(fā)送，本地節(jié)點i接收來自鄰居節(jié)點j所發(fā)送過來的時限指令報文時，將時限指令報文中所攜帶的時鐘時間轉(zhuǎn)換成自身的本地時鐘時間，完成本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間時限指令的時間同步； 所述時限指令報文包括:本地節(jié)點i的ID編號、鄰居節(jié)點j的ID編號、本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘差異Du、鄰居節(jié)點j的觸發(fā)條件信息、本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM，其中所述觸發(fā)時間信息TM是一個時間段，由協(xié)同控制開始時間和終止時間構(gòu)成； 步驟2、傳輸時限指令報文到目的節(jié)點并逐跳轉(zhuǎn)換報文內(nèi)時間信息: 當(dāng)本地節(jié)點i被觸發(fā)，且本地節(jié)點i與目的節(jié)點存在通信時，本地節(jié)點i構(gòu)建與目的節(jié)點之間的時限指令報文，本地節(jié)點i向目的節(jié)點發(fā)送時限指令報文時均采用自己的本地時鐘時間進(jìn)行發(fā)送，本地節(jié)點i接收來自目的節(jié)點所發(fā)送過來的時限指令報文時，將時限指令報文中所攜帶的時鐘時間轉(zhuǎn)換成自身的本地時鐘時間，完成本地節(jié)點i與目的節(jié)點之間時限指令的時間同步； 所述時限指令報文包括:本地節(jié)點i的ID編號、目標(biāo)節(jié)點的ID編號、本地節(jié)點i與目的節(jié)點的時鐘差異Du、目的節(jié)點的觸發(fā)條件信息、本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM，其中所述觸發(fā)時間信息TM是一個時間段，由協(xié)同控制開始時間和終止時間構(gòu)成； 步驟3、目的節(jié)點按時限 指令執(zhí)行協(xié)同控制動作: 通過上述步驟2完成所有與本地節(jié)點i存在通信的目的節(jié)點的時間同步，獲得目的節(jié)點的本地時鐘時間Ir并在目的節(jié)點提取來自本地節(jié)點i的時限指令報文中的目的節(jié)點的觸發(fā)條件信息、本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM，所述目的節(jié)點的觸發(fā)時間信息TMj即為本地節(jié)點i的觸發(fā)時間信息TM ； 結(jié)合在目的節(jié)點接收到的時限指令報文中所提取的目的節(jié)點的觸發(fā)條件信息，在觸發(fā)時間信息TM」時刻內(nèi)完成所有有效的目的節(jié)點的分布式協(xié)同控制工作。
2.如權(quán)利要求1所述的基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，在所述步驟3中，如果目的節(jié)點的本地時鐘時間L早于在目的節(jié)點接收到的時限指令報文中所提取的目的節(jié)點的觸發(fā)時間信息TM」中的開始時間，則表示目的節(jié)點有效，在觸發(fā)時間信息TMj中的開始時間進(jìn)行協(xié)同控制；如果目的節(jié)點的本地時鐘時間L晚于開始時間而早于終止時間，則表示目的節(jié)點有效，并在接收到時限指令報文的時刻進(jìn)行協(xié)同控制；如果目的節(jié)點的本地時間L晚于觸發(fā)時間信息TM」中的終止時間，則表示在目的節(jié)點所收到的時限指令報文的觸發(fā)時間已經(jīng)不具備有效性，目的節(jié)點將此無效的時限指令報文丟棄。
3.如權(quán)利要求1所述的基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，所述步驟I中本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時間同步過程為:鄰居節(jié)點j接收本地節(jié)點i的時限指令報文，提取時限指令報文中本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘差異Du，鄰居節(jié)點j的時鐘時間L等于本地節(jié)點i的時鐘時間Ti加上本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘差異Du，實現(xiàn)本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時間同步。
4.如權(quán)利要求1所述的基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，所述每個本地節(jié)點i用一個時間同步列表結(jié)構(gòu)來維護(hù)本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j之間的時鐘差異Dijt5
5.如權(quán)利要求4所述的基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，所述時鐘差異Du是是根據(jù)過去的至少兩次的測試值對未來值進(jìn)行預(yù)測得到，本地節(jié)點i和鄰居節(jié)點j對應(yīng)的本地時鐘時間為Ti和Ir所述Ti和L存在如下同步關(guān)系:
6.如權(quán)利要求5所述的基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，當(dāng)本地節(jié)點i與鄰居節(jié)點j的時鐘頻率一致時，兩節(jié)點的時鐘頻率漂移參數(shù)也相等，則本地節(jié)點i和鄰居節(jié)點j對應(yīng)的本地時鐘時間為Ti和L的同步關(guān)系為=Ti=I^-Dijtl
7.如權(quán)利要求1至6任一項權(quán)利要求所述的基于時限指令的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，所述時限指令報文不依賴于節(jié)點之間交互報文信息的傳輸路由，獨立于節(jié)點之間的交互報文信息。
【文檔編號】H04W56/00GK103501533SQ201310408276
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】李龍江, 李力, 陳紅英, 毛玉明 申請人:電子科技大學(xué)