网络控制系统中的控制链路定义的制作方法

本公开涉及被配置用于在网络控制系统中的控制链路定义的方法和节点，其中网络控制系统包括控制节点、受控过程(process)节点以及控制节点与受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。

背景技术

3gpp长期演进lte是第三代合作伙伴计划3gpp中开发的第四代移动通信技术标准，用于改进通用移动电信系统umts标准，以应对在诸如更高数据速率、提高效率和降低成本的改进服务方面的不断增长的要求。开发了lte先进和第五代5g移动通信技术标准，以满足在改进服务方面的进一步要求。与lte相比，5g的主要任务之一是减少等待时间，并提高吞吐量和容量。这是通过提高每个载波的采样率和带宽来实现的。5g还专注于使用更高的载波频率，即高于5-10ghz。

在典型的蜂窝无线系统中，无线设备或终端(也称为移动台和/或用户设备单元ue)经由无线接入网络ran与一个或多个核心网络通信。通用陆地无线接入网络utran是umts的无线接入网络，而演进utrane-utran是lte系统的无线接入网络。在utran和e-utran中，ue无线连接到无线基站rbs，该无线基站rbs在umts中通常被称为nodeb(nb)，而在lte中通常被称为演进的nodeb、enb或enodeb。rbs是能够向ue发送无线信号并接收ue发送的信号的无线网络节点的通用术语。

在lte演进和未来的5g系统中，一个目标是开放涉及自动控制的高级应用的新用例。自动控制是如下的科学领域，其重点在于使系统和过程按照预期并根据规范行事，尽管在例如机械设计、电机性能和传感器精度上有缺点。自动控制算法可以基于反馈或前馈或两者。

这里特别关注的是表示为网络控制系统ncs的技术，其中控制器和受控过程位于接口(通常是借助于无线通信链路连接控制节点(例如rbs)和受控过程节点(例如ue)的无线接口)的不同侧。通信链路的实时要求可能在不同应用之间显著变化。用于安装在印刷电路板上的组件的机器人的控制具有接近khz的带宽，并且当通过无线接口远程操作时不能容忍超过几分之一毫秒的延迟。对于工业机器人以及例如汽车中的abs制动器也是如此。另一方面，港口中用于集装箱物流的起重机控制具有秒量级的带宽，而这些系统可以容忍更长的延迟。

lte架构可以为广泛的服务提供所需的服务质量qos，并且这也是5g移动通信标准的情况。然而，对于控制应用，每个受控过程的要求可能非常独特，并且在网络控制系统中暗示对于特定的通信链路的特性的需要。目前的架构和qos定义没有为来自网络控制系统ncs的特定要求做出规定。

技术实现要素：

在涉及网络控制系统的应用中，无线通信链路的特性影响整个控制器过程；因此，需要改进和调整通信链路的能力，以便在受控过程中实现预期的过程动态。

本公开的一个目的是配置支持特定受控过程的网络控制系统。特别地，本公开的目的是提供支持控制节点和受控过程节点之间的无线通信链路的配置的实施例。

该目的通过在控制节点中执行的用于配置网络控制系统ncs的方法获得，该网络控制系统ncs包括控制节点、受控过程节点和控制节点与受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。该方法包括获得用于在受控过程节点中执行的过程的过程特性和针对将要在ncs中执行的自动控制过程的ncs要求。控制节点还基于过程特性和ncs要求，确定对于mtc无线通信链路的链路能力要求。基于所确定的链路能力要求来定制mtc无线通信链路的一个或多个服务质量qos参数。

所提出的解决方案能够改进在对从网络控制系统控制的过程的控制中的控制和可靠性。适当地设置mtc无线通信链路，提供资源有效利用。此外，从控制节点执行链路设置过程提供链路设置过程的网络操作者控制，组合来自过程操作者和控制系统操作者的输入，以便在提供定制的无线通信链路的同时优化网络资源的利用。最后，配置ncs的自动化方法允许将控制器自动且一致地大规模部署到需要自动控制的过程；提供应用于自动控制的关键mtc。

根据本公开的方面，获得过程特性包括从受控过程节点接收过程特性，而获得ncs要求包括从受控过程节点和/或从具有与控制节点的通信接口的ncs要求储存库接收ncs要求。

因此，受控过程节点例如通过受控过程节点中的测量容易获得的过程特性从受控过程节点获得，而控制器要求在最容易获得的地方获得。

根据本公开的方面，过程特性包括过程的穿越频率、过程延迟、非线性、以及输入和输出范围中的一个或多个。

因此，网络控制系统的配置基于过程特性，该过程特性被确定为从控制器设计的角度和在链路质量要求的确定中表征。

根据本公开的其它方面，ncs要求包括闭环带宽、闭环静态误差、静态或动态闭环干扰抑制和对建模误差的鲁棒性中的一个或多个。

因此，在网络控制系统的配置中，已经将许多公共控制要求参数识别为对控制器设计目的的表征，并且作为所提出的配置的一部分被考虑。

根据本公开的其它方面，链路能力要求包括链路的最大延迟、采样周期、最大块错误率和链路的带宽/数据速率中的一个或多个。

根据本公开的另一方面，定制包括定制保证比特率(gbr)或非保证比特率(非gbr)、优先级处理、分组延迟预算和/或分组错误丢失。

因此，所公开的解决方案提供定制和控制通信链路的许多众所周知的qos方面，或者更确切地说，提供控制网络控制系统内的pdn连接的无线承载的qos。

根据本公开的一个方面，用于配置ncs的方法进一步包括：初始化在控制节点和受控过程节点之间的mtc无线通信链路，并基于从受控过程节点接收的一个或多个反馈信号向受控过程节点提供一个或多个控制信号。

本发明的目的还通过包括计算机程序代码的计算机程序获得，该计算机程序代码在控制节点中执行时使控制节点执行上述公开的方法的方面。

本发明的目的还通过一种控制节点获得，该控制节点被配置为支持网络控制系统ncs的配置，该网络控制系统ncs包括控制节点、受控过程节点和控制节点与受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。控制节点包括：无线电路，其被设置用于建立mtc无线通信链路；通信电路，其被设置为获得将要在受控过程节点中执行的过程的过程特性以及针对将要在ncs中执行的自动控制过程的ncs要求；以及处理电路，其被设置为基于所获得的过程特性和ncs要求，确定对于mtc无线通信链路的链路能力要求；以及基于所确定的链路能力要求，定制mtc无线通信链路的一个或多个服务质量参数。

关于上述方法方面呈现的优点和益处当然也适用于被配置为执行包括计算机程序的方法和控制节点的计算机程序。

此外，本发明的目的通过在受控过程节点中执行的支持网络控制系统ncs的配置的方法获得，该网络控制系统ncs包括受控过程节点、控制节点和受控过程节点与控制节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。该方法包括从控制节点接收用于mtc无线通信链路的一个或多个定制的服务质量qos参数，以及建立去往控制节点的至少一个mtc无线通信链路。

根据本公开的一个方面，该方法进一步包括：从控制节点接收对用于将要在受控过程节点中执行的过程的过程特性以及针对将要在ncs中执行的自动控制过程的ncs要求的请求。向控制节点发送包括所请求的过程特性和ncs要求的响应。

一种计算机程序也提供了本公开的上述目的，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在受控过程节点中执行时使受控过程节点执行上述公开的方法的方面。

受控过程节点被配置为支持网络控制系统ncs的配置，该网络控制系统ncs包括受控过程节点、控制节点和受控过程节点与控制节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。受控节点包括通信电路和处理电路。受控过程节点被配置为从控制节点接收用于mtc无线通信链路的一个或多个定制的服务质量qos参数；以及建立去往控制节点的至少一个mtc无线通信链路。

受控节点实施例为上面针对控制节点描述的那些实施例提供相应的益处。

所公开的自动过程允许将控制器一致地大规模部署到需要自动控制的过程，从而通常使对自动控制的网络和分布式解决方案成为关键。

附图说明

通过以下对示例实施例的更具体的描述，前述内容将变得显而易见，如附图中所示，其中相同的附图标记在不同视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在示出示例实施例上。

图1

a.示出反馈控制的一般原理；

b.示出反馈控制和前馈控制的一般原理；

图2是网络控制系统的示例配置；

图3

a.示出网络控制系统的数学表示；

b.示出包括反馈控制和前馈控制的网络控制系统；

图4是示出在控制节点中执行的方法步骤的实施例的流程图；

图5是示出在受控过程节点中执行的方法步骤的实施例的流程图；

图6是根据一些示例实施例的控制节点的示例配置；

图7是根据一些示例实施例的受控过程节点的示例配置；

图8是网络控制系统中的信令的示例信令图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更充分地描述本公开的各方面。然而，在此公开的布置和方法可以以许多不同的形式实现，并且不应该被解释为限于在此阐述的方面。附图中相同的数字在全文中表示相同的元件。

在此使用的术语仅出于用于描述本公开的特定方面的目的，并不意图限制本发明。如在此所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应当注意，“包括”一词不一定排除存在除列出的那些之外的其它元素或步骤。进一步应注意，任何参考标记不限制权利要求的范围，示例实施例可以至少部分地借助于硬件和软件二者来实施，以及若干“部件”、“单元”或“设备”可以用相同的硬件项表示。

在附图和说明书中，公开了示例性实施例。然而，可以对这些实施例进行许多变化和修改。因此，尽管采用了特定术语，但它们仅用于一般性和描述性意义而不是用于限制的目的，实施例的范围由所附权利要求限定。

自动控制是如下的科学领域，其重点在于使系统和过程按预期和指定的方式运行，尽管在例如机械设计、电机性能和传感器精度上有缺点。自动控制算法通常基于来自受控过程的反馈、利用可测量干扰的前馈或组合。通常，自动控制设计问题通过许多步骤来解决，包括受控系统的系统要求的规范、受控系统的数学建模、使用规范和建模的控制器的设计、控制器的实施方式以及符合规范的测试和验证。

本公开中特别关注的是表示为网络控制系统ncs的技术，其中控制器和受控过程位于接口的不同侧，该接口通常是连接控制节点和受控过程节点的无线接口，该受控过程节点是例如被配置用于在印刷电路板上安装的组件的机器人、工业机器人或用于港口中集装箱物流的起重机控制器。用于在印刷电路板上安装的组件的机器人在通过无线接口远程操作时不能容忍超过几分之一毫秒的延迟。对于工业机器人来说也是如此。另一方面，用于港口中集装箱物流的起重机控制具有秒量级的带宽，可以容忍更长的延迟。

图1a示出反馈控制的一般原理。这里，控制目标是实现情况：输出y尽可能接近规范要求地跟踪参考信号yref，可能服从参考信号变化的假设。因此输出y被测量并被反馈到控制器输入，在那里通过形成控制误差将输出y与参考信号进行比较

e＝yref–y。

然后，控制器将当前和先前的控制误差与先前的控制信号一起使用以产生当前的控制信号u。先前的控制误差和控制信号用于生成当前控制信号u的事实使控制器是动态的。这是必要的，因为通常受控过程也是动态的。动态通常由微分方程或差分方程建模。对于线性系统，动态也可以在频域中处理。然后使用拉普拉斯或傅立叶变换来获得频域描述。控制信号u影响受控过程，该受控过程基于先前的输出以及当前和先前的控制信号产生输出信号y。

图1b示出反馈控制和前馈控制的组合的一般原理。前馈控制器被添加到控制系统的反馈部分。当可以测量影响系统的干扰w时，前馈成为可能。然后，可以将测量结果馈送到前馈控制器，该前馈控制器试图在反馈误差显著增大之前补偿干扰对输出信号的影响。这样，控制器的反馈部分就不需要调节像没有前馈的情况的大错误。从技术上讲，这意味着可以降低反馈控制器的增益，这有利于稳定性。前馈的成功应用取决于输出是如何通过受控过程受到干扰影响的精确模型。该模型内置于前馈控制器中，该前馈控制器预测干扰及其自身对输出信号的影响。结果是前馈控制器可以(有时)被设计成经由系统对输出产生对干扰影响的负面影响，从而有效地消除干扰。

网络控制系统

图2示出网络控制系统10的网络配置，该网络控制系统10包括控制节点60和受控过程节点70以及控制节点和受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。在受控过程节点中，工业应用40通信地连接到具有去往控制节点60的无线mtc链路80的无线设备50。根据本公开的方面，受控过程节点70包括能够通过无线接口从分组数据网络pdn发送和接收数据分组的无线设备或用户设备ue。应当理解，控制节点不应仅被唯一地理解为物理单元，而是也可以正好是包含在包括无线基站的一个或多个物理单元中的功能单元。

在所公开的部署中，控制节点包括无线接入点30，例如enb，该无线接入点30使得能够将控制指令传送到受控过程节点60。远程服务器20具有连接到无线接入点的有线分组数据网络pdn。受控过程节点和控制节点的其它配置当然也在本公开的范围内。此外，根据未来的通信技术，控制节点还可以是支持多个无线接入技术的多rat节点或形成组合小区的多个无线接入节点。

图3示出在网络控制系统ncs中反馈控制和前馈的原理。从图2和图3中的公开可以理解，在控制节点和受控过程节点之间存在无线接口，在受控过程节点中执行受控过程。没有接口是完美的，并且因此它会影响下行链路中的控制信号，同时它也会影响上行链路中的测量输出和测量干扰。对于无线接口对信号的影响通常是以延迟的形式，或者是比特错误的形式。与其它无线接口和连接相比，更显著的延迟可通过互联网连接引入。

当lteue连接到pdn时，在演进分组核心epc和无线接入部分之间建立eps/e-rab承载。一个承载(默认承载)在pdn连接的生存期内保持以提供ip连接。此外，还建立了专用承载，其中可以根据端到端服务要求控制服务质量qos。

lte架构可以为各种服务提供所需的qos，包括例如具有60ms等待时间的任务关键性即按即说(missioncriticalpushtotalk)。然而，可以看出，总体架构不能满足某些控制应用所需的几毫秒量级的非常低的等待时间。一个原因是数据需要通过多个接口，其中每个接口由于需要接收完整的分组，并在将分组路由到下一个节点之前检查该分组而增加延迟。此外，用于控制器应用的其它重要参数不包括在当前lte架构中由qos类标识符协商和分类的qos参数集中。无线接口的特性影响整个受控过程并需要对其进行调整，以便不会过度改变受控过程动态以至于损害了指定的性能。

无线系统的现有技术解决方案的问题在于，当要在通常的无线接口上建立新控制器时，没有用于确定合适的链路特性的已建立的过程、信令和算法。因此，考虑到控制过程的控制相关过程特性和对自动控制系统性能的控制器要求，需要无线系统支持指定的方法、算法和信令，用于确定合适的链路特性。

除非这种过程是可用的，否则在许多情况下在自动控制中使用无线接口将是低效的，或者应用将执行得太差。

控制器链接参数

典型的控制器链接参数包括

·典型链路延迟和最大链路延迟，上行链路和下行链路或组合。

·采样周期，上行链路和下行链路或组合。

·典型块错误率和最大块错误率，上行链路和下行链路或组合。

·典型链路带宽/数据速率和最小链路带宽/数据速率，上行链路和下行链路或组合。

虽然本公开将呈现具有一个输入和一个输出的控制系统的实施例，但是这不限制本公开的要求保护的范围。值得注意的是，大多数情况下系统具有多个输入和多个输出。然后情况可能是不同的输入和输出信号需要与不同的控制器链路参数相关联。以上列出的四个参数和其它参数也适用于多输入和多输出的情况。

过程特性

如上所述，准确的模型对于良好的控制器设计非常重要，无论是反馈还是前馈或二者兼而有之。对于ncs情况，需要使模型可用于控制器设计并在控制节点中进行配置。要解决的过程特性至少部分地包括：

·过程的穿越频率：穿越频率被定义为开环增益为1的频率。该参数与也可以使用的开环系统的带宽或主导时间常数密切相关。穿越频率仅关于输入信号定义。

·过程的延迟，关于输入和任何可测量的干扰二者。

·过程的非线性，关于输入和任何可测量的干扰二者。这可以被表达为百分比。

·过程的输入和输出的范围，包括可测量的干扰。

·可测量干扰的带宽。

可以将更先进和完整的过程特征定义为

·根据与输入、干扰和输出相关的参数描述过程动态的传递函数。传递函数可以在连续时间和离散时间二者内发生。在后一种情况下，也需要采样周期ts。

·微分方程或在离散时间情况下的差分方程。这些方程可以是线性的和非线性的。方程的特征在于与输入、干扰和输出相关的参数。

该过程的输入和输出的分辨率也可以包括在过程特性中，并且与输入和输出的范围并行考虑。分辨率描述了量化以及它在该范围内的精细程度。

总之，存在很多可能性来表征针对控制器设计的过程，并且上面的列表表示一些表示过程特性的更常见方式。

控制器要求

为了设计控制器，过程特性不充分，控制器设计也需要考虑规范。因此，至少部分地需要解决控制要求参数。这种控制要求参数包括：

·闭环带宽。这确定了相对于在参考信号中的变化响应有多快速。

·闭环静态错误。这确定了对于恒定基准信号，调节有多精确。

·静态闭环干扰抑制。有时考虑静态情况，即静态干扰和静态参考应用于系统的情况。在该情况下，干扰抑制的特征在于瞬变淡出后的差值yref–y。干扰可能是可测量的或不可测量的。

·动态闭环干扰抑制。经典控制理论证明动态的或频率相关的干扰抑制与灵敏度函数耦合。该函数取决于反馈控制器和过程动态。因此，灵敏度函数的特征在于其传递函数的参数。

·关于建模错误的鲁棒性。经典控制理论证明了关于建模错误的鲁棒性与互补灵敏度函数相关联。该函数取决于反馈控制器和过程动态。因此，互补灵敏度函数的特征在于其传递函数的参数。

总之，存在很多可能性来表征针对控制器设计的过程；以上列表仅包含一些常见的列表。

动态过程表示

动态过程是输出不仅取决于当前输入信号还取决于先前的输入和输出的过程；因此，动态过程有记忆。最基本的动态过程是线性动态过程，其可以用微分方程描述为

y⁽ⁿ⁾(t)+a1y^(n-1)(t)+...+any(t)＝b0u^(m)(t)+...+bmu(t)

这里y(t)是输出信号，u(t)是输入信号，t是时间，而aii＝1……n以及bjj＝0,……,m是常数参数。(i)表示关于时间的i次微分。上述微分方程具有阶数n，一个输入信号和一个输出信号。为简单起见，在该上下文中解释了所有概念，但是对多于一个的输入信号和多于一个的输入信号的概括在本公开的范围内并且对于本领域技术人员而言例如通过以下是容易获得的，

通过拉普拉斯变换以及通过将初始值设置为零，微分方程被变换为由传递函数h(s)表示，其中s表示拉普拉斯变换变量，其与傅立叶变换中使用的角频率密切相关。结果是

输出信号和输入信号拉普拉斯变换y(s)和u(s)之间的关系是

y(s)＝h(s)u(s)。

该过程的极点pii＝1,……,n由等式a(s)＝0给出。为简单起见，这里仅考虑所有极点在左半复平面中的严格稳定(开环)过程。通常，极点是实数或复数共轭对。

动态过程的特性还可以在复值频率函数y(jω)、h(jω)和u(jω)方面在频域中研究。ω表示满足ω＝2πf的角频率，其中f是以hz为单位的频率。

ncs配置

如上所述，在涉及网络控制系统的应用中，无线通信链路的特性影响整个控制器过程。用于网络控制系统的现有技术解决方案的问题在于，没有建立的过程、信令和算法来配置支持考虑通信链路方面的特定受控过程的网络控制系统。本公开的目的是提供支持控制节点和受控过程节点之间的无线通信链路的配置并且当要通过无线接口(例如，3gpplte，或未来的无线5g接口)建立新控制器时确定合适的链路特性的实施例。

本公开通过用于ncs控制器链路定制的方法的公开来解决上述问题。转到图2，该方法在控制节点60中执行，该控制节点60被设置用于配置网络控制系统10ncs，该网络控制系统10ncs包括控制节点60、受控过程节点70和在控制节点和受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路80。

图4是示出在控制节点中执行的方法步骤的实施例的流程图。该方法包括在控制节点(例如，enodeb、enb或无线通信系统的任何其它无线接入点)中获得s41用于在受控过程节点(例如，诸如用户设备的无线设备)中执行的过程的过程特性以及针对将要在ncs中执行的自动控制过程的ncs要求。控制节点还基于过程特性和ncs要求确定s42对于mtc无线通信链路的链路能力要求。基于所确定的链路能力要求，控制节点定制s43mtc无线通信链路80的一个或多个服务质量qos参数。

根据本公开的一个方面，自动控制过程包括反馈控制和/或前馈控制。因此，本公开提出了一种集中方法，其中控制节点通过无线接口确定和定制链路资源的分配。这是在控制节点中实现的，该控制节点负责链路，闭环控制建立在该链路上。控制节点还基于对受控过程节点中的过程执行的测量来确定并运行控制器。受控过程位于受控过程节点中。

本发明公开了建立下行链路和上行链路所需的功能。更具体地，本发明提供了控制器链路的系统设置，以便不浪费频谱资源并且控制器性能如指定的那样。

根据本公开的一个方面，获得s41过程特性包括从受控过程节点接收过程特性。例如可归因于反馈、前馈或组合控制过程的特性的过程特性对于受控过程节点是容易获得的，并且根据请求或不经请求被发送到控制节点。

这可以如下实现。控制节点在发送到受控过程节点的请求消息中向受控过程节点询问过程特性信息和控制器要求信息。请求消息可以包括能够编码所请求的过程特性的列表和所请求的ncs要求的列表的信息元素。

用于在受控过程节点中执行的过程的过程特性在响应该请求时被提供给控制节点；因此，受控过程节点采用在受控过程所驻留的节点中自然可用的所请求的信息来响应控制节点。

另一方面，ncs要求可以在受控过程节点内获得。因此，在第一用例中，受控过程不响应任何控制器要求信息，并且控制节点仅使用从节点内取得的控制器要求信息。该用例表示无线链路的客户端-服务器设置，其中受控过程节点贡献其过程特性，并且其中控制节点贡献所有控制器要求信息。受控过程节点知道过程特性而不是其闭环控制性能是很自然的。

根据本公开的一个方面，获得ncs要求包括从受控过程节点和/或从具有去往控制节点的通信接口的ncs要求储存库接收ncs要求。因此，还可以在来自受控过程节点的响应中接收控制器要求信息。在第二个用例中，受控过程节点贡献所有过程特性信息以及所有或一些控制器要求信息。这里，考虑由控制节点控制的链路的资源总量，控制节点的任务是确定链路特性以最好地满足所请求的控制器要求。还可以从外部实体请求附加控制器要求信息。然后，控制节点可以执行控制器设计，从该控制器设计中可以计算出对链路延迟、采样周期、链路带宽/数据速率和链路块错误率的所需要求。然后可以采用无线系统中可用的常用链路设置工具设置链路。根据本公开的方面，通过无线通信接口或通过有线通信接口(例如，去往pdn网络的有线通信接口)取得过程特性和ncs要求。通过有线通信接口进行的取得可能是这种情况：其中用于链路设置的信息来自除过程所在节点之外的另一个节点。该另一节点通常可以位于核心网络中并且例如连接到控制节点。这意味着控制节点不会通过最终控制系统将在其上操作的无线接口来询问受控过程节点；相反，它会通过另一个接口询问核心网络节点。然而，信息内容通常与上述相同。

精确的过程模型对于良好的控制器设计非常重要，无论是具有反馈、前馈还是两者的结合。对于ncs情况，模型需要在某处可用于控制器设计并在控制节点中进行配置。根据本公开的方面，过程特性包括过程的穿越频率、过程延迟、非线性以及输入和输出范围中的一个或多个；所有这些都表示适当控制器设计可能需要的过程特性。

更高级的过程特性通过传递函数定义，该传递函数根据与输入、干扰和输出相关的参数描述过程动态。传递函数在连续时间和离散时间二者内发生。在后一种情况下，还需要采样周期ts来描述过程动态。

微分方程或差分方程也提供了过程特性的表示。这些方程可以是线性的或非线性的，并且将由上面公开的传递函数参数(即与输入、干扰和输出有关的参数)表征。

穿越频率是频率ωc，其中|h(jωc)|＝1。注意穿越频率可以包含控制器增益。对于闭环情况，很少考虑穿越频率。

该过程的主导极点是最接近s＝0的极点，即表示最慢衰减的极点。在数学上，主导极点由下式给出：

主导时间常数是主导极点的时间常数，即量：

t主导＝1/p主导

该过程的带宽被定义为增益下降到(即3db)的频率。带宽最常用于闭环系统。数学上带宽是频率ωbw，使得：

|h(jωbw)|²＝(1/2)|h(0)|²。

该过程的延迟是时间t，使得在时间t处的过程的输出仅是次数τ≤t-t的函数。

该过程的非线性φ可以例如相对于线性表达为：

k1u≤φ(u)≤k2u

这被表示为扇区条件。许多其它定义都是可能的。

该过程的信号r(t)的范围是信号的变化间隔，即

r(t)∈[rmin,rmax]。

转到图3a，图3a的闭环系统被计算如下：

y(s)＝w(s)+h(s)fy(s)(yref(s)-y(s))，

这给出

这给出了参考信号和干扰对输出的影响。

回到图4，还在步骤s41中获得用于自动过程控制的ncs要求。根据本公开的方面，这种ncs要求包括闭环带宽、闭环静态误差、静态或动态闭环干扰抑制中的一个或多个。

控制系统的闭环带宽ωcl由以下方程给出

控制系统的闭环静态误差由以下方程给出：

控制系统的静态闭环干扰抑制由静态灵敏度函数给出：

控制系统的动态闭环干扰抑制由灵敏度函数确定：

控制系统的互补灵敏度函数

t(jω)＝1-s(jω)

确定控制系统关于未建模动态的鲁棒性。

基于所获得的过程特性和ncs要求，在步骤s42中确定对于mtc通信链路的链路能力要求。根据本公开的一个方面，这种链路能力要求包括链路的最大延迟、采样周期、最大块错误率和链路的带宽/数据速率中的一个或多个。虽然本公开是针对具有一个输入和一个输出的网络控制系统的情况而提供的，但是本公开的原理同样适用于多个输入和输出的情况。事实上，大多数情况下系统确实有多个输入和多个输出。然后情况可能是不同的输入和输出信号需要与不同的控制链路参数相关联。

在确定链路能力要求时，必须考虑网络控制系统的总体架构。传统的lte架构设计用于无线设备和pdn之间的无缝ip连接。该架构包括无线接入网络ran中的无线接入部分，和演进分组核心epc中的非无线接入部分。当无线设备连接到pdn时，在epc和ran之间建立无线承载，例如eps/e-rab承载。lte架构可以为广泛的服务提供所需的链路能力和qos。然而，总体架构可能不适用于一些控制应用可能需要的几毫秒量级的非常低的延迟。不足以支持低延迟的一个原因可能在于在pdn中的多个接口上传递数据，其中每个接口增加了等待时间。必须考虑这些附加延迟来确定链路能力要求，使得将延迟保持在可接受的限度内。其结果是，现有技术协商的qos参数不足以应用于网络控制系统。对链路延迟、采样周期、链路带宽/数据速率和链路块错误率所需的要求由控制节点基于所获得的过程特性和ncs要求确定。

根据一个示例实施例，mtc无线通信链路的最大往返时间被确定为一个链路能力要求。控制节点计算链路的允许往返时间，作为在所需带宽ω处将链路上的相位损失ρ保持在预定值-ρmax以下的等待时间。然后计算其给出

根据另一示例实施例，采样周期被确定为链路能力要求。控制节点首先计算允许的往返时间，这可以例如如在上述实施例中那样进行，尽管存在其它替代方案。由于采样周期ts引入影响控制环路的附加延迟，因此采样周期被确定为低于往返时间的因子k，即ts＝kt，其中k是小数，通常低于0.1。

根据另一示例实施例，最大块错误率被确定为链路能力要求。控制节点通常可以将允许的块错误率的预先计算的表通常用作其它ncs要求的函数，例如所需的带宽。这样，可以以灵活的方式选择满足总体要求的替代ncs设置。表格将不得不在性能模拟中离线确定。

根据另一示例实施例，mtc链路的带宽/数据速率被确定为链路能力要求。考虑到通过链路发送的控制、反馈和前馈信号的所需范围和分辨率，在一个采样实例处需要发送以传送控制、反馈和前馈信号的比特数也是已知的。如果这些比特数被表示为b，则结果是考虑采样周期和块错误率的数据速率是b/(ts(1-bler))，其中bler是块错误率。

在步骤s43中，基于所确定的链路能力要求来定制mtc无线通信链路的一个或多个服务质量qos参数。根据本公开的方面，定制s43包括定制与pdn的无线承载相关的qos参数，即确定需要控制的qos参数以便满足端到端服务要求。定制mtc无线通信链路的qos参数完成了用于配置ncs所必需的链路质量定义过程。链路能力要求包括可以单独确定和定义的上行链路和下行链路要求。

在初始化s44在控制节点和受控过程节点之间的mtc无线通信链路之后，网络控制系统将完全可操作，由此控制节点基于从受控过程节点接收的一个或多个反馈信号向受控过程节点提供s45一个或多个控制信号。

因此，图4和基于图4的上述详细描述呈现了在控制节点(例如，enb或其它网络节点)中执行的新的集中式mtc控制器链路质量定义过程，用于位于无线接口的另一端的包括受控过程节点的网络控制系统(通常是无线设备)。控制节点被设置为通过无线接口接收设置网络控制系统的请求，或者接收执行mtc控制器链路质量定义过程的请求，即，为mtc无线通信链路定制qos参数。该过程将涉及控制节点和受控过程节点之间的信令，如将参考图8详细解释的。

在此描述的各种示例实施例在方法步骤或过程的一般上下文中描述，该方法步骤或过程可以在一个方面由包含在计算机可读介质中的计算机程序产品实施，该计算机程序产品包括计算机可执行指令，诸如程序代码，该计算机可执行指令由网络环境中的计算机执行。计算机可读介质可以包括可移动和不可移动存储设备，包括但不限于只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、压缩盘(cd)、数字通用盘(dvd)等。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、相关联数据结构和程序模块表示用于执行在图4中公开的方法的步骤的程序代码的示例。这种可执行指令或相关联数据结构的特定序列表示用于实施在这些步骤或过程中描述的功能的相应动作的示例。

图5是示出在受控过程节点中执行的支持网络控制系统ncs的配置的方法步骤的实施例的流程图，该网络控制系统ncs包括受控过程节点、控制节点和受控过程节点与控制节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路，该方法包括从控制节点接收s53用于mtc无线通信链路的一个或多个定制服务质量qos参数，以及建立s54去往控制节点的至少一个mtc无线通信链路。qos参数是与ncs中的分组数据通信的无线承载相关的qos参数，以便满足端到端服务要求。定制mtc无线通信链路的qos参数完成了用于配置ncs所必需的链路质量定义过程。链路能力要求包括可以单独确定和定义的上行链路和下行链路要求。

根据本公开的一个方面，在受控过程节点中执行的方法进一步包括：从控制节点接收s51对用于将要在受控过程节点中执行的过程的过程特性以及针对将要在ncs中执行的自动控制过程的ncs要求的请求；以及向控制节点发送s52包括所请求的过程特性和ncs要求的响应。在初始化mtc无线通信链路之后，在受控过程节点中执行的方法进一步包括从在受控过程节点中执行的过程中取得一个或多个输出信号，并向控制节点发送所取得的一个或多个输出信号。从控制节点接收用于控制在受控过程节点中执行的过程的控制信号，使得在包括受控过程节点、控制节点和mtc无线通信链路的网络控制系统中执行包括反馈、前馈或反馈和前馈的组合的自动过程控制。

在此描述的各种示例实施例在方法步骤或过程的一般上下文中描述，该方法步骤或过程可以在一个方面由包含在计算机可读介质中的计算机程序产品实施，该计算机程序产品包括计算机可执行指令，诸如程序代码，该计算机可执行指令由网络环境中的计算机执行。计算机可读介质可以包括可移动和不可移动存储设备，包括但不限于只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、压缩盘(cd)、数字通用盘(dvd)等。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、相关联数据结构和程序模块表示用于执行图5中公开的方法的步骤的程序代码的示例。这种可执行指令或相关联数据结构的特定序列表示用于实施在这些步骤或过程中描述的功能的相应动作的示例。

图6是根据示例实施例中的一些示例实施例的控制节点的示例配置。所示控制节点60是enodeb的示例，该enodeb可以包含上面讨论的示例实施例中的一些示例实施例。控制节点被配置为支持网络控制系统ncs的配置，该网络控制系统ncs包括控制节点、受控过程节点和控制节点与受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。如图6中所公开的，控制节点包括被设置用于建立mtc无线通信链路的无线电路61。应当理解，无线电路51可以包括任何数量的收发、接收和/或发送单元或电路。进一步应该理解，无线电路61可以是本领域中已知的任何输入/输出通信端口的形式。

控制节点进一步包括通信电路62，该通信电路62被设置为例如通过无线接口，通过x2接口或通过任何合适的接口获得用于将要在受控过程节点中执行的过程的过程特性以及针对将要在ncs中执行的自动控制过程的ncs要求。进一步应该理解，通信电路62可以具有本领域中已知的任何输入/输出通信端口的形式。

处理电路63被设置在控制节点中，以基于所获得的过程特性和ncs要求确定对于mtc无线通信链路的链路能力要求，并基于所确定的链路能力要求来定制mtc无线通信链路的一个或多个服务质量参数。处理电路可以是任何合适类型的计算单元，例如微处理器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)或任何其它形式的电路。应当理解，处理电路不需要被设置为单个单元，而是可以被设置为任何数量的单元或电路。

应当理解，附图中的实体(例如框图的框)以及附图中的实体的组合可以由计算机程序指令实施，该指令可以存储在计算机可读存储器中，并且还可以被加载到计算机或其它可编程数据处理装置上。这种计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机和/或其它可编程数据处理装置的处理器以生成机器，使得经由计算机和/或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施在框图和/或流程图一个框或多个框中指定的功能/动作的部件。

在一些实施方式中并且根据本公开的一些方面，在框图的框中以特定顺序执行的所公开的功能可以不按顺序发生。

图7是根据示例实施例中的一些示例实施例的受控过程节点70的示例配置。所示的受控过程节点70是enodeb的示例，该enodeb可以包含上面讨论的示例实施例中的一些示例实施例。受控过程节点被配置为支持网络控制系统ncs的配置，该网络控制系统ncs包括受控过程节点、控制节点和控制节点与受控过程节点之间的机器类型通信mtc无线通信链路。如图7中所公开的，受控过程节点包括被设置用于建立mtc无线通信链路的无线电路71。应当理解，无线电路71可以包括任何数量的收发、接收和/或发送单元或电路。进一步应该理解，无线电路71可以是本领域中已知的任何输入/输出通信端口的形式。

受控过程节点70进一步包括无线电路71和处理电路73；其中受控过程节点被配置为从控制节点接收用于mtc无线通信链路的一个或多个定制的服务质量qos参数；并且建立去往控制节点的至少一个mtc无线通信链路。

图8公开了网络控制系统中的信令的示例信令图。控制节点60(例如enb)借助于mtc无线通信链路连接到受控过程节点70(例如ue)。执行控制节点和受控过程节点之间的信令以便配置包括控制节点、受控过程节点和mtc无线通信链路的网络控制系统。在控制节点中接收到设置网络控制系统或执行mtc链路质量定义过程的请求之后，可以初始化该过程。作为第一措施m80，控制节点初始化用于配置网络控制系统的配置过程。控制节点向受控过程节点70发送一个或多个请求消息s82，该请求消息：

·请求在受控过程节点中mtc控制器链路质量定义过程的初始化；

·从受控过程节点请求过程特性信息；以及

·从受控过程节点请求网络控制系统ncs要求信息。

请求消息s82携带能够编码以下中的至少一个或多个的信息元素：

·ue身份

·初始化指示符

·请求的过程特性参数的列表

ο穿越频率

ο主导时间常数

ο延迟，分别用于每个信号

ο非线性，分别用于每个信号

ο范围，分别用于每个信号

ο过程的传递函数的参数

ο过程的微分方程的参数

·请求的ncs要求参数的列表

ο闭环带宽

ο闭环静态错误

ο静态干扰抑制

ο所需的灵敏度传递函数的参数

ο所需的互补灵敏度传递函数的参数

受控过程节点执行确定是否可以初始化配置过程的措施m84。当初始化配置过程时，受控过程节点在可能的情况下取得所接收的请求消息中所请求的参数，即，取得受控过程节点可用的相关过程特性和ncs要求。

受控过程节点70发送响应消息s88，该响应消息包括配置过程的初始化已经成功的指示以及可用的过程特性信息和ncs要求信息。在无法启动配置过程的情况下，响应消息将相反地包括失败指示。

响应消息s88携带能够编码以下中的至少一个或多个的信息元素：

·ue身份

·成功/失败指示符(可选)

·报告的过程特性参数的列表(可选)

ο穿越频率

ο主导时间常数

ο延迟，分别用于每个信号

ο非线性，分别用于每个信号

ο范围，分别用于每个信号

ο过程的传递函数的参数

ο过程的微分方程的参数

·请求的ncs要求参数的列表

ο闭环带宽

ο闭环静态错误

ο静态干扰抑制

ο所需的灵敏度传递函数的参数

ο所需的互补灵敏度传递函数的参数

控制节点还可以可选地将附加请求消息s90发送到中间节点，例如，存储控制相关参数的ncs要求储存库，该相关参数不需要在受控过程节点中执行测量。在可选地接收附加响应消息s92之后，控制节点执行确定链路能力要求的措施m94和定制qos参数的措施m96以使得能够初始化mtc无线通信链路和使用网络控制系统自动控制在受控处理节点中的过程。

在附图和说明书中，已经公开了本公开的示例性方面。然而，在不基本脱离本公开的原理的情况下，可以对这些方面进行许多变化和修改。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的，并且不是限于上面讨论的特定方面。因此，尽管采用了特定术语，但它们仅用于一般性和描述性意义，而不是用于限制的目的。

应当注意，尽管在此使用来自3gpplte的术语来解释示例实施例，但是这不应被视为将示例实施例的范围仅限于前述系统。其它rat(包括lte先进和第五代移动通信标准)也可以受益于在此公开的示例实施例。

已经出于说明的目的呈现了在此提供的示例实施例的描述。该描述并非旨在穷举或将示例实施例限制为所公开的精确形式，并且修改和变化可以根据上述教导进行，或者可以从对所提供的实施例的各种替换的实践中获得。选择和描述在此讨论的示例以便解释各种示例实施例的原理和性质及其实际应用，使得本领域技术人员能够以各种方式以及采用各种修改来利用示例实施例以适合于预期的特定用途。在此描述的实施例的特征可以组合在控制节点、受控过程节点、相应方法和计算机程序产品的所有可能组合中。应当理解，在此呈现的示例实施例可以彼此组合实践。