基于单片机及智能优化算法实现CPS通信的研究

发布时间：2022-01-20 21:15

　　当今随着互联网事业的快速发展,人们对通信服务质量的要求在不断地提高,这恰恰与越来越多的终端设备联入到互联网的实际情况是相违背的。而信息物理融合系统CPS（Cyber Phys i cal System）这一理论思想的出现,更加大了提高通信实时性、合理性以及公平性方面的要求。在现阶段中,实现从现场数据采集到网络的通信控制主要由现场总线技术部分、控制器与以太网控制器的连接部分和网络通信协议的实现部分等几个主要问题组成。而现有的远程系统,尤其是涉及到现场工业控制的系统中,大部分的控制过程都是通过由现场总线的统一连接之后,然后再接入到局部的大型计算机控制中心来进行局域网的网络控制的。而在CPS中,要求被接入到互联网当中的所有设备都能够进行自身的功能控制或是辅助其它设备的控制,因此这样的系统全部都应用大型计算机来控制是不经济不现实的,所以利用现有简单的单片机系统来完成相应的控制,是目前一个实现CPS网络基本节点的较为实际的方式。当然要想利用单片机系统完成完成采集信息、通信传输再到完全的自控或者是辅助其他设备的控制还有很多问题需要解决,其中在提高通信服务质量的问题主要有以下两方面。传统的提高单片机... 

【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 问题的提出与发展
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国外研究现状
    1.3 应用前景
    1.4 本文主要研究内容及结构安排
第二章 实现CPS网络通信的相关研究
    2.1 基本概念
    2.2 嵌入式WEB服务器
        2.2.1 嵌入式WEB服务器的概述
        2.2.2 实现嵌入式WEB服务器的几种方案
    2.3 现场总线技术
        2.3.1 现场总线技术的概述
        2.3.2 现场总线技术的特点
        2.3.3 现场总线的类型
    2.4 网络通信协议
        2.4.1 网络通信协议的基本概念
        2.4.2 网络通信协议的层次划分
        2.4.3 网络接口层
        2.4.4 网络层
        2.4.5 传输层
        2.4.6 应用层
    2.5 远程控制技术
    2.6 本章小结
第三章 CPS网络节点的硬件设计
    3.1 硬件芯片的简介
        3.1.1 主控制器ATmega128单片机的主要性能
        3.1.2 从控制器AT89S52单片机的主要性能
        3.1.3 以太网控制器RTL8019AS的主要性能
        3.1.4 其它硬件芯片的主要性能
    3.2 网络节点硬件电路的设计
        3.2.1 总体设计架构
        3.2.2 RS-485总线的硬件设计
        3.2.3 1-Wire总线(单总线)的硬件设计
        3.2.4 主从控制器的连接设计
        3.2.5 主控制器与以太网控制器的电路设计
    3.3 本章小结
第四章 CPS网络节点的软件设计
    4.1 现场总线部分的软件实现
    4.2 传统控制系统与互联网的连接模式
    4.3 CPS通信模式的基本构架
    4.4 CPS网络节点中实现的各层协议
        4.4.1 ARP协议的实现流程
        4.4.2 IP协议的实现流程
        4.4.3 ICMP协议的实现流程
        4.4.4 TCP协议的实现流程
        4.4.5 HTTP协议的实现流程
    4.5 本章小结
第五章 CPS网络通信中的拥塞控制方法
    5.1 拥塞控制的一般原理
    5.2 一些常见的拥塞控制算法
        5.2.1 漏桶算法
        5.2.2 令牌桶算法
        5.2.3 尾部丢弃算法TD-FIFO
        5.2.4 随机提前检测算法RED
        5.2.5 基于轮询策略的加权公平队列算法WFQ
    5.3 遗传算法的基本理论
        5.3.1 遗传算法的基本描述
        5.3.2 遗传算法的数学模型
        5.3.3 遗传算法的基本流程
    5.4 基于队列策略和遗传算法的分类调控拥塞控制方法
        5.4.1 算法的基本思想
        5.4.2 各分类队列缓存区中的算法
        5.4.3 全局缓存区中的算法
    5.5 系统仿真
    5.6 本章小结
第六章 结论
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCM-3386单片机的嵌入式WEB服务器[J]. 郝梦岩.  长治学院学报. 2010(02)
[2]基于单片机的嵌入式Web服务器设计[J]. 韩伟,王国强.  机械工程与自动化. 2009(06)
[3]远程控制实验Web系统设计和开发[J]. 何超,俞立,张丹.  浙江工业大学学报. 2009(05)
[4]基于差别延时解决RS-485总线冲突的一种方法[J]. 胡兴刚.  测控技术. 2008(02)
[5]基于Linux的嵌入式安全Web Server的实现[J]. 杨丰萍,邢剑,马书研.  华东交通大学学报. 2007(02)
[6]一种改进的TCP拥塞控制算法[J]. 杨晓萍,史帅,陈虹.  吉林大学学报(工学版). 2006(03)
[7]基于单片机的嵌入式WEB服务器的研究[J]. 郝秉华,刘建辉.  微计算机信息. 2005(16)
[8]嵌入式TCP/IP协议的分析与研究[J]. 李素侠,段友祥.  微计算机信息. 2005(10)
[9]基于队列的模糊拥塞控制算法[J]. 綦朝晖,孙济洲,李小图.  软件学报. 2005(02)
[10]基于MSP430的嵌入式Web微系统设计[J]. 周金治,吴静,马建国.  兵工自动化. 2004(06)

硕士论文
[1]基于TCP/IP协议的网络温控仪表的设计与实现[D]. 吴继锋.东北大学 2005



本文编号：3599530