[发明专利]一种工业无线网状网络多径路由的选路判定方法

摘要

本发明是一种工业无线网状网络多径路由的选路判定方法，重点考虑了三个方面的判定准则：一是基于无线Mesh网传输有实时性和可靠性要求的控制数据时，端到端传输需满足的约束条件；二是在一个给定的无线Mesh网拓扑结构情形下，源与目的节点之间合适的并发传输路径数目的判定机制；三是对源与目的节点由多条并发路径构成的一条逻辑上的等效路径，其路径属性的评估准则。本发明为实施无线Mesh网中的多路径并发路由机制，提供了具体的选路评判方法，有利于提高无线Mesh网传输的实时性和可靠性。

主权项

一种工业无线网状网络多径路由的选路判定方法，其特征在于：设工业无线网状网络中有一个包括控制器和被控对象的闭环系统，其中控制器发出的控制指令经通信网络1传输到驱动器，驱动器根据控制指令驱动被控对象，传感器采集被控对象的检查数据经通信网络2传输到控制器；用u(t)＝R^l表示时刻t控制器输出的控制信号，R^l表示u(t)为l维的实数向量，y(t)＝R^r表示时刻t传感器输出信号，R^r表示y(t)为r维的实数向量，x(t)＝R^s表示时刻t闭环系统的系统状态，R^s表示x(t)为s维的实数向量；设A、B、K为实数矩阵，其中A矩阵维数根据实数向量x(t)维数确定，B矩阵维数根据实数向量u(t)维数确定，K＝R^l×s，闭环系统描述如下，$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=\mathrm{Ax}\left(t\right)+\mathrm{Bu}\left(t\right),t\∈[i_{k}h+{\mathrm{\τ}}_k,i_{k+1}h+{\mathrm{\τ}}_{k+1})$u(t⁺)＝Kx(t‑τ_k),t∈{i_kh+τ_k,k＝1,2,…}其中，为x(t)的一阶导数，u(t⁺)表示t时刻之后t⁺时刻的控制器输出的控制信号，h为传感器采样周期，i_k为一些正整数，k＝1,2,3,…，且有τ_k表示第i_kh个数据包从传感器到驱动器所经过的传输时间；设在实现通信网络1或通信网络2的无线Mesh网络中，源节点和目的节点之间选择的两条并发路径为P₁、P₂，执行以下步骤进行判定，步骤1，计算排队理论数据包在网络系统内平均逗留时间W_s如下，其中，到达率λ＝2λ₀，系统强度参数参数λ₀为源节点产生数据的速率，μ₁、μ₂分别为路径P₁、P₂的服务率，并发路径的服务率μ＝μ₁+μ₂；步骤2，计算路径P₁、P₂并发传输的时延上确界τ如下，τ＝W_s+δ其中，δ为预设的经验值参数；步骤3，设路径P₁、P₂并发传输的等效路径从源节点发送的数据总量为N，计算路径P₁、P₂并发传输的丢包率m_num如下，m_num＝N×R(P₁∪P₂)其中，R(P₁∪P₂)为路径P₁和P₂并发传输的可靠度值；步骤4，计算闭环系统中网络传输部分的综合评估指标η如下，η＝m_num×h+τ步骤5，将综合评估指标η代入下式中，$\left[\begin{array}{cccc}{N}_1+N_1^T-M_{1}A-A^T{M}_1^T& N_2^T-N_1-A^T{M}_2^T-M_1\mathrm{BK}& N_3^T-A^T{M}_3^T+M_1+P& \mathrm{\η}{N}_1\\ *& -N_2-N_2^T-M_2\mathrm{BK}-K^T{B}^T{M}_2^T& -N_3^T+M_2-K^T{B}^T{M}_3^T& \mathrm{\η}{N}_2\\ *& *& M_3+M_3^T+\mathrm{\ηT}& \mathrm{\η}{N}_3\\ *& *& *& -\mathrm{\ηT}\end{array}\right]\<0$其中，“*”表示矩阵的对称项，且(i_k+1‑i_k)h+τ_k+1≤η,k＝1,2,3,…如果存在矩阵P,M_i,N_i和正定矩阵T＞0，i＝1,2,3，使得以上线性矩阵不等式有解，则判定选出的路径P₁、P₂为合适的并发路径；否则，则判定选出的路径P₁、P₂不是合适的并发路径，需重新选择路径。