1.3  网络控制系统的基本问题

1.节点的驱动方式

在网络控制系统中，节点的驱动方式主要有时间驱动（time-driven）和事件驱动（event-driven）两种。时间驱动是指网络节点在预先确定的时间点开始它的动作，预先确定的时间点为节点动作的依据；事件驱动是指网络节点在一个特定的事件发生时便开始它的动作。网络控制系统中的传感器通常采用时间驱动，传感器的时钟即为系统的采样时钟，控制器和执行器既可以是时间驱动，也可以是事件驱动。一般地，事件驱动相比于时间驱动具有以下优点：

（1）不需要时钟同步。

（2）目标节点在接收到数据包时可立即动作，不必像时间驱动那样需要等到相应的时刻点才动作，从而可以避免人为产生的时延。

然而事件驱动也有相应的缺点：

(1)事件驱动导致时变采样和时变时延。

(2)事件驱动较时间驱动难实现。

2.通信受限

由于通信网络特殊的数据传输方法，以及带宽约束，在网络控制系统中，通信受限问题往往不可避免。通信受限主要包括介质访问受限和数据率约束。

（1）介质访问受限

在网络控制系统中，由于通信网络的有限带宽和分时复用原则，节点对网络的访问总是受限的，即在同一时刻只有一个节点能访问网络，通常称这一现象为介质访问受限，而节点访问网络的权限有MAC协议决定。一方面，当一个节点访问网络时，其他节点处于数据发送等待状态，因此这些节点所对应的目标节点的输入将得不到及时的更新。另一方面，控制系统通常具有实时性要求，控制器或执行器输入长时间得不到更新，将导致系统性能下降甚至失稳。因此，在网络控制系统中，有必要进行合理的节点调度以保证节点信息尽可能及时更新，调度策略主要用于解决节点网络访问优先权的配置[10～12]。源:自~优尔-·论`文'网·www.youerw.com/

（2）数据率约束

在网络控制系统中，由于网络带宽的限制，各节点的数据传输速率是受限的。因此，信号必须经过一定程度的量化后才能传输，以满足节点的数据率约束。如何确定保证控制系统稳定或者可镇定的最小数据率，以及如何在数据率约束下进行控制器设计和状态估计等是具有数据率约束的网络控制系统分析和综合中的两个主要问题。此外，合理的节点带宽分配策略能使具有数据率约束的网络控制系统获得整体最优的性能[13,14]。

3.网络诱导时延

网络诱导时延在网络控制系统中往往不可避免，它是引起网络控制系统性能下降甚至失稳的最主要原因之一。产生网络诱导时延的主要因素包括以下几点：

（1）数据处理时延。主要指发送节点将数据封装成数据包并进入排队队列及接受节点将数据包拆包等所需的时间。

（2）数据包排队等待时延。当网络繁忙或者发生数据包发送碰撞时，节点等待网络空闲所需的时间。

（3）传输时延。数据包在链路中传输所需的时间，其大小取决于数据包的大小、网络带宽和传输距离。

网络诱导时延主要由三部分构成，即传感器到控制器之间的时延（通常记为 ）、控制器计算时延（通常记为 ）和控制器到执行器之间的时延（通常记为 ）。通常将上界大于一个采样周期的时延称为长时延，而将上界不超过一个采样周期的时延称为短时延。文献综述

4.数据包丢失

在数据包传输过程中，数据包碰撞或者节点竞争失败都可能导致要传输的数据包丢失。虽然一些网络有重传机制，但是当重传超过限定的时间时，响应的数据包仍然可能被丢弃。以上所述这种丢包通常被称为被动丢包。还有一种丢包过程称为主动丢包，即认为的丢弃一些数据包以保证网络的可调度性或避免网络拥塞等。