基于时限指令的分布式协同控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于时限指令的分布式协同控制方法，其具体包括：按需构建协同控制的时限指令报文；传输时限指令报文到目的节点并逐跳转换报文内时间信息；目的节点按时限指令执行协同控制动作。本发明基于时限指令的分布式协同控制方法通过在整个多跳网络采用分布式的方式进行节点之间的协同控制，实现了相对真实时间内同时运行工作的目的，完成了节点之间的协同控制；在目的节点判断所接收的时限指令报文是否有效，丢弃无效的报文信息，减少了节点的工作运行能耗，因此，本发明的方法具有实现方案简单、通信开销小、动态性好、节点能耗小等优点，能够适应不同网络拓扑架构以及动态性要求高的多跳网络。
【专利说明】基于时限指令的分布式协同控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于网络通信【技术领域】，具体涉及一种基于时限指令的分布式协同控制方法的设计。
【背景技术】
[0002]多跳网络有广泛的应用背景，由于单节点的能力通常非常有限，在许多应用场景中都需要多个节点协同工作来完成特定任务，但由于多跳网络存在同步困难和通信延迟较大的缺点，如何保证多个节点同时动作常常存在挑战。例如，在无线传感器网络中，传感器节点通过无线通信的方式实现各个节点的数据采集、数据融合和数据传输，无线传感器网络通过多个传感器节点的协作进行监测、感知和采集各种环境和监测对象的信息，继而将这些信息传输给用户服务器，同时可以由服务器触发或感知到事件发生的特定节点触发，以控制多个节点的同步动作。虽然目前人们已经提出了许多协同控制方法，但大都对拓扑、动态性有较多限制，且不能适应较大规模的网络。
[0003]现有技术中，2010年IEEE国际会议公开了一篇论文“无线传感器网络中工业自动化的分布式协同控制方法”，英文信息为“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.”文中通过在每个节点本地进行信息交换处理，然后将信息发送到最终处理节点来完成无线传感器网络中工业自动化的分布式协同控制。该方法在本地节点处理交换信息，导致本地节点运算开销大、能耗大，因而当无线传感器网络中节点增多、规模变大、处理信息增多时，节点能耗快速增大，且通信开销急剧增大。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有协同控制方法中存在的通信开销大、动态适应性差、节点能耗大等缺点，提出了一种基于时限指令的分布式协同控制方法。
[0005]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:基于时限指令的分布式协同控制方法，具体包括:
[0006]步骤1、按需构建协同控制的时限指令报文:
[0007]每个本地节点i都拥有自己独立的本地时钟，当本地节点i受到触发需要协同其他节点进行控制时，且本地节点i与邻居节点j之间存在通信，构建本地节点i与邻居节点j之间的时限指令报文，本地节点i向邻居节点j发送时限指令报文时均采用自己的本地时钟时间进行发送，本地节点i接收来自邻居节点j所发送过来的时限指令报文时，将时限指令报文中所携带的时钟时间转换成自身的本地时钟时间，完成本地节点i与邻居节点j之间时限指令的时间同步；
[0008]所述时限指令报文包括:本地节点i的ID编号、邻居节点j的ID编号、本地节点i与邻居节点j的时钟差异Du、邻居节点j的触发条件信息、本地节点i的触发时间信息TM，其中所述触发时间信息TM是一个时间段，由协同控制开始时间和终止时间构成；
[0009]步骤2、传输时限指令报文到目的节点并逐跳转换报文内时间信息:
[0010]当本地节点i被触发，且本地节点i与目的节点存在通信时，本地节点i构建与目的节点之间的时限指令报文，本地节点i向目的节点发送时限指令报文时均采用自己的本地时钟时间进行发送，本地节点i接收来自目的节点所发送过来的时限指令报文时，将时限指令报文中所携带的时钟时间转换成自身的本地时钟时间，完成本地节点i与目的节点之间时限指令的时间同步；
[0011]所述时限指令报文包括:本地节点i的ID编号、目标节点的ID编号、本地节点i与目的节点的时钟差异0〃、目的节点的触发条件信息、本地节点i的触发时间信息TM，其中所述触发时间信息TM是一个时间段，由协同控制开始时间和终止时间构成；
[0012]步骤3、目的节点按时限指令执行协同控制动作:
[0013]通过上述步骤2完成所有与本地节点i存在通信的目的节点的时间同步，获得目的节点的本地时钟时间Ir并在目的节点提取来自本地节点i的时限指令报文中的目的节点的触发条件信息、本地节点i的触发时间信息TM，所述目的节点的触发时间信息TM」即为本地节点i的触发时间信息TM ；
[0014]结合在目的节点接收到的时 限指令报文中所提取的目的节点的触发条件信息，在触发时间信息TM」时刻内完成所有有效的目的节点的分布式协同控制工作。
[0015]进一步的，在所述步骤3中，如果目的节点的本地时钟时间L早于在目的节点接收到的时限指令报文中所提取的目的节点的触发时间信息TM」中的开始时间，则表示目的节点有效，在触发时间信息TM」中的开始时间进行协同控制；如果目的节点的本地时钟时间Tj晚于开始时间而早于终止时间，则表示目的节点有效，并在接收到时限指令报文的时刻进行协同控制；如果目的节点的本地时间L晚于触发时间信息TM」中的终止时间，则表示在目的节点所收到的时限指令报文的触发时间已经不具备有效性，目的节点将此无效的时限指令报文丢弃。
[0016]进一步的,所述步骤I中本地节点i与邻居节点j之间的时间同步过程为:邻居节点j接收本地节点i的时限指令报文，提取时限指令报文中本地节点i与邻居节点j的时钟差异Du，邻居节点j的时钟时间L等于本地节点i的时钟时间Ti加上本地节点i与邻居节点j的时钟差异Du，实现本地节点i与邻居节点j之间时限指令的时间同步。
[0017]进一步的,所述每个本地节点i用一个时间同步列表结构来维护本地节点i与邻居节点j之间的时钟差异Dijtl
[0018]进一步的，所述时钟差异Du是是根据过去的至少两次的测试值对未来值进行预测得到，本地节点i和邻居节点j对应的本地时钟时间为Ti和Ir所述Ti和L存在如下同步关系:
[0019]
【权利要求】
1.基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，具体包括: 步骤1、按需构建协同控制的时限指令报文: 每个本地节点i都拥有自己独立的本地时钟，当本地节点i受到触发需要协同其他节点进行控制时，且本地节点i与邻居节点j之间存在通信，构建本地节点i与邻居节点j之间的时限指令报文，本地节点i向邻居节点j发送时限指令报文时均采用自己的本地时钟时间进行发送，本地节点i接收来自邻居节点j所发送过来的时限指令报文时，将时限指令报文中所携带的时钟时间转换成自身的本地时钟时间，完成本地节点i与邻居节点j之间时限指令的时间同步； 所述时限指令报文包括:本地节点i的ID编号、邻居节点j的ID编号、本地节点i与邻居节点j的时钟差异Du、邻居节点j的触发条件信息、本地节点i的触发时间信息TM，其中所述触发时间信息TM是一个时间段，由协同控制开始时间和终止时间构成； 步骤2、传输时限指令报文到目的节点并逐跳转换报文内时间信息: 当本地节点i被触发，且本地节点i与目的节点存在通信时，本地节点i构建与目的节点之间的时限指令报文，本地节点i向目的节点发送时限指令报文时均采用自己的本地时钟时间进行发送，本地节点i接收来自目的节点所发送过来的时限指令报文时，将时限指令报文中所携带的时钟时间转换成自身的本地时钟时间，完成本地节点i与目的节点之间时限指令的时间同步； 所述时限指令报文包括:本地节点i的ID编号、目标节点的ID编号、本地节点i与目的节点的时钟差异Du、目的节点的触发条件信息、本地节点i的触发时间信息TM，其中所述触发时间信息TM是一个时间段，由协同控制开始时间和终止时间构成； 步骤3、目的节点按时限 指令执行协同控制动作: 通过上述步骤2完成所有与本地节点i存在通信的目的节点的时间同步，获得目的节点的本地时钟时间Ir并在目的节点提取来自本地节点i的时限指令报文中的目的节点的触发条件信息、本地节点i的触发时间信息TM，所述目的节点的触发时间信息TMj即为本地节点i的触发时间信息TM ； 结合在目的节点接收到的时限指令报文中所提取的目的节点的触发条件信息，在触发时间信息TM」时刻内完成所有有效的目的节点的分布式协同控制工作。
2.如权利要求1所述的基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，如果目的节点的本地时钟时间L早于在目的节点接收到的时限指令报文中所提取的目的节点的触发时间信息TM」中的开始时间，则表示目的节点有效，在触发时间信息TMj中的开始时间进行协同控制；如果目的节点的本地时钟时间L晚于开始时间而早于终止时间，则表示目的节点有效，并在接收到时限指令报文的时刻进行协同控制；如果目的节点的本地时间L晚于触发时间信息TM」中的终止时间，则表示在目的节点所收到的时限指令报文的触发时间已经不具备有效性，目的节点将此无效的时限指令报文丢弃。
3.如权利要求1所述的基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，所述步骤I中本地节点i与邻居节点j之间的时间同步过程为:邻居节点j接收本地节点i的时限指令报文，提取时限指令报文中本地节点i与邻居节点j的时钟差异Du，邻居节点j的时钟时间L等于本地节点i的时钟时间Ti加上本地节点i与邻居节点j的时钟差异Du，实现本地节点i与邻居节点j之间的时间同步。
4.如权利要求1所述的基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，所述每个本地节点i用一个时间同步列表结构来维护本地节点i与邻居节点j之间的时钟差异Dijt5
5.如权利要求4所述的基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，所述时钟差异Du是是根据过去的至少两次的测试值对未来值进行预测得到，本地节点i和邻居节点j对应的本地时钟时间为Ti和Ir所述Ti和L存在如下同步关系:
6.如权利要求5所述的基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，当本地节点i与邻居节点j的时钟频率一致时，两节点的时钟频率漂移参数也相等，则本地节点i和邻居节点j对应的本地时钟时间为Ti和L的同步关系为=Ti=I^-Dijtl
7.如权利要求1至6任一项权利要求所述的基于时限指令的分布式协同控制方法，其特征在于，所述时限指令报文不依赖于节点之间交互报文信息的传输路由，独立于节点之间的交互报文信息。
【文档编号】H04W56/00GK103501533SQ201310408276
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】李龙江, 李力, 陈红英, 毛玉明 申请人:电子科技大学