网络控制系统动态调度算法的设计与仿真(3)
网络控制系统可以分为径直结构和分层结构或者说是直接结构和递阶结构[6]。实际上，采用何种结构取决于实际应用的需求，在实际方案中灵活运用或者转换。而无论选取以上两种结构中的任何一种，NCS都可以用图1.3所示的典型基本结构来表示[18]。
图1.3 网络控制系统基本结构
其中，节点就是直接与网络连接的部分，如图1.3中的控制器，传感器，执行器。以上图示中各节点，分工明确，独立作用，却又通过网络协调工作紧紧联系。
网络控制系统的主要优点是支持多种拓扑结构，网络布线方便，连接线数大大减少，易于扩展，成本低廉，能实现资源共享等，虽然它的优点很多，但是同时，其缺点也无法忽视：首先，必然会产生的时延[16]。网络作为网络控制系统数据传输的媒介，控制器等节点想要在其中发送数据，必须先获得网络的允许，然而，一个网络中同时会有多个回路，又有很多数据可能需要发送，那么就必须等待网络空闲的时候才可以传输，等待就必然会产生时间的延迟，所以网络在一定程度上约束了控制系统的性能。其次，传输过程中可能会发生中断等问题，若重传失败，可能导致数据丢失。
1．3 网络控制系统的调度问题
网络控制系统的性能的好坏取决于控制器运用的控制算法以及整个网络资源的调度策略。在NCS中，节点想要传输信息就得通过网络，那么同一时刻的数据信息是很大的，为了不产生冲突，就得约定好不同节点的数据发送的顺序，发送的时间等，这一约定的动作便是调度[19]。使用得当的调度方法可以使整个网络畅通，避免冲突和拥挤，减少网络诱导时延，数据丢失等情况的出现，合理的分配资源，使得整个系统的运作效率得以提升，性能也能从而达到更好的效果。
NCS的调度问题即是在不同的调度策略下控制器，传感器，执行器等节点传输数据信息的快慢，顺序，时刻的不同规定，也即是不同的资源配置方式[4]。换个方式来说，NCS的调度问题就是网路拥挤，网络中数据冲突时，最大限度的合理分配资源，规定不同节点的优先级和发送信息数据的时刻的问题[5]。
实时系统调度策略可分为：静态调度和动态调度。前者是在整个系统动作开始执行之前便已经分配好资源，且在运行过程中不再改变，也就是说，离线确定好各节点的优先级，时限，运算需要时间等，并不再发生变动了。这个调度相对来说较为简单，且在事件周期一定时，可以在一定程度上保证稳定性。然而，由于网络是随时变化的，会有很多无可预知的突发情况，该调度算法无法临时调整，就会造成资源的浪费以及调度的不及时和不合理，可能出错，甚至会对性能有一定影响。而对动态调度算法而言，节点的优先级、时限等不是提前确定好，而是根据实时网络中的资源以及节点的需求随机分配的，灵活性高，但是也由于未事先确定，执行起来更为复杂，调度也会占用一定的网络资源[9]。
1．4 本文研究内容组织结构
本文主题为研究NCS的调度算法，架构如下：
第1章介绍了网络控制系统的发展历程、概述、以及其调度问题等
第2章介绍了NCS的一系列基本问题，如时延、数据包丢失、单多包传输、以及节点的驱动方式等。
第3章先介绍TrueTime工具箱仿真功能，及各模块结构及功能的介绍，然后仿真分析了干扰和时延对网络控制系统性能的影响。
第4章首先对调度这一概念做了解析，接着对静态调度策略（RM调度算法），动态调度策略（EDF调度算法）以及MEF-TOD调度算法进行介绍，然后进行了仿真分析和比较三种算法各自的特点。