收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

嵌入式分布系统通信实时性问题的研究

贾智平  
【摘要】: 以太网由于其开放性好和价格低廉等特点,在分布式测控领域已经得到了大规模的应用。随着嵌入式系统被广泛地应用于实时监控领域,将各种嵌入式检测设备连接入Internet并实现远程实时监控必然成为嵌入式系统发展的大趋势。 Internet技术的发展,使得TCP/IP协议已经成为事实上的标准,但是传统的TCP/IP协议在实时性方面做的不够好,把大量的精力花在保证数据传送的可靠性及数据的流量控制上。由于嵌入式设备本身资源少,分布式监控系统的实时性要求又较高,因而传统的TCP/IP协议并不能满足其实时性要求,如何提高嵌入式系统通信的实时性能已成为十分重要而又亟待解决的问题。 嵌入式系统通信的实时性问题不单是指嵌入式系统本身的实时性,更需要进行研究的是各种嵌入式设备互连通信的网络和应用的实时性,这就包括协议层面的实时性保证和应用层面的实时性处理。本论文以山东省科技攻关项目“海洋环境在线监测及灾害智能预警系统的研制(2004GG2205108)”和“具有自主知识产权的嵌入式系统研究及开发(2005GG1101001)”为背景,重点对由嵌入式设备构建的分布式监控系统的实时性问题进行了深入、系统的理论研究和实践探索。 全文的主要内容包括以下几个方面: (1)设计了嵌入式分布系统实时网络架构,引入了嵌入式网关的结构设计。在分析了一种新的网关运行模式及其低时空复杂度和实时性的要求的基础上,将实时数据库嵌入到网关中。数据的处理抽象出了M/G/1排队模型,并提出了一种结合数据包的多个属性因素划分优先级的方法,设计了一种简单有效的基于优先级的调度算法,并从理论上分析了模型的性能指标。该模型能够有效地保证高优先级数据的实时性和低优先级数据的公平性,降低系统的缓冲队长,并且控制逻辑简单,占用内存和缓冲区小,适用于嵌入式设备的互连通信模块。 (2)针对嵌入式网关的资源有限、实时性要求高的特点,提出了一个适用于嵌入式系统的TCP/IP协议栈设计方案。 为了在通信量较大时仍能保证嵌入式系统具有良好的实时通信能力,在对现有各种拥塞控制算法进行分析研究的基础上,从动态调节缓冲区大小和基于二维表的数据包调度两方面给出了嵌入式系统TCP拥塞控制改进算法,改善了传输性能,提高了在重负载时TCP通信能力和响应重要数据包的实时性。 (3)针对嵌入式环境中资源匮乏,功能专用的特点,结合马尔可夫决策过程理论,建立了解决路由问题的有限阶段模型,并修改马尔可夫有限阶段模型的向后递归迭代算法,提出了马尔可夫有限阶段决策路由算法MFHDR(Markov Finite Horizon Decision Routing),证明了算法的正确性和低的时空复杂度,同时提出了具有QoS特性的马尔可夫有限阶段路由。这些路由算法的计算工作和拓扑信息分布在了每个设备节点上,而单阶段中各个节点又是并行工作的,因此可以减少和均衡各节点的工作负载,能有效利用嵌入式对等互连网络中的各个计算资源。 (4)针对数据量大的分布监测问题,结合数据挖掘理论,研究了基于模糊关系的模糊聚类算法,首先对由于传统FCM(Fuzzy C-Means)算法初始聚类中心为随机选择,导致有时无法取得全局最优解问题,提出了一种基于样本相似关系进行预处理的FCM算法,以较小的代价换取了整个算法稳定性以及计算量的降低;然后在FCM基础上综合考虑不完整数据样本在数据集中所占比率以及对聚类分析的影响情况,提出了一种改进的模糊C均值聚类算法IDFCM(Incomplete Datum FCM),弥补传统FCM聚类算法无法直接应用于这种情况下的聚类分析问题。 最后在构建的实时海洋数据监测及传输网络系统上仿真运行,证明了算法在减少网络数据流量的同时,提高了预测的准确性和实时性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨伟;段晓峰;卢继平;王伟;;嵌入式网关中CAN接口的设计与实现[J];仪器仪表用户;2005年06期
2 李燕宁;鲍芳;邱雪琼;马青亮;;CAN现场总线的嵌入式网关设计[J];仪表技术与传感器;2006年11期
3 谢小云;刘承启;吴建明;;轻型网络的嵌入式网关软件框架的设计[J];科技广场;2008年12期
4 王峰,张宏伟,秦霆镐,王建;嵌入式Internet技术及其实现方案[J];微计算机信息;2003年12期
5 师恩培,曹海,王文玉,周强;用嵌入式网关构建远程监控系统[J];内蒙古大学学报(自然科学版);2005年02期
6 朱卫东;王潜平;马海波;;基于嵌入式网关的串行接口通讯设计[J];徐州工程学院学报;2006年09期
7 李春光;;嵌入式Ethernet/CAN网关接口设计与驱动[J];微计算机信息;2008年17期
8 张杰;石为人;涂巧玲;唐云建;;基于无线传感器网络的信息采集监测系统设计[J];传感技术学报;2009年06期
9 纪秀辉;;嵌入式家电设备管理信息系统的研究[J];电脑知识与技术;2010年04期
10 丁国华;胡荣强;;Linux的Socket编程及其在嵌入式网关中的应用[J];电子元器件应用;2004年10期
11 姚晓峰;陈晓侠;张春光;;一种基于DS80C400芯片的嵌入式网关的设计与实现[J];自动化技术与应用;2006年01期
12 孙其芳;由德凯;于云松;;基于嵌入式Linux的IPSec VPN网关的研究[J];甘肃科技;2008年16期
13 江华丽;王平;程明传;施文灶;;基于嵌入式的网络终端研究及其应用软件设计[J];电子测量技术;2008年12期
14 童东兵;蔡乐才;高祥;李红婵;;基于嵌入式面向生产制造的网关设计与实现[J];四川理工学院学报(自然科学版);2009年05期
15 吕西午;刘开华;赵岩;;基于Zigbee的无线监测系统设计与实现[J];计算机工程;2010年05期
16 吴海平;王慧锋;;基于ARM技术的嵌入式网关设计[J];现代计算机;2006年02期
17 赵跃华;杜云海;;嵌入式安全Web网关的设计与实现[J];计算机工程与设计;2006年04期
18 李理;左旭辉;倪干;;用于DCS系统的嵌入式网关设计与实现[J];微计算机信息;2008年23期
19 胡鸿豪;林程;宋丽平;;基于S3C2410的ZIGBEE无线传感器网络网关的设计[J];大众科技;2008年12期
20 朱红伟;;基于CAN总线的火灾远程监控系统[J];微计算机信息;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 邵士亮;赵海;朱剑;李大舟;张宽;;一种面向WSN和Internet连接的嵌入式网关设计与实现[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
2 吴海平;王慧锋;;基于ARM技术的嵌入式网关设计[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
3 李正荣;韩江洪;;嵌入式CAN-以太网网关的研究与设计[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
4 李金猛;孙彦景;李志军;任毅;赵林凤;;嵌入式网关在风网监控系统中的研究与设计[A];第十六届全国煤炭自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2006年
5 彭博;王红蕾;;CAN总线与以太网互联的网关设计[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
6 侯晓宁;;基于ARM7的井下人员定位系统传输接口的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集(上册)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 贾智平;嵌入式分布系统通信实时性问题的研究[D];山东大学;2007年
2 张军;电力系统保护电器网络化研究[D];河北工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周圆圆;6LoWPAN嵌入式网关设计与安全性研究[D];山东大学;2012年
2 郭基伟;基于多异构协议的嵌入式网关设计与实现[D];大连理工大学;2011年
3 阎连龙;基于ARM的嵌入式网关多协议转换的研究[D];河南理工大学;2008年
4 吴培栋;基于前端智能设备与TCP/IP的嵌入式网关设计与实现[D];西南交通大学;2011年
5 杨宁怿;基于RS-485/CAN总线嵌入式网关的设计与实现[D];内蒙古大学;2010年
6 杨本和;嵌入式网关在锂离子电池化成设备中的应用研究[D];华南理工大学;2013年
7 余守强;基于战术通信网的基层数据融合[D];南京理工大学;2010年
8 王天辉;基于ARM嵌入式网关的设计[D];河北大学;2009年
9 王旭巍;基于ARM的WSN与以太网互联的嵌入式网关设计[D];黑龙江大学;2013年
10 杨博;基于嵌入式Linux的Modbus/TCP网关设计与实现[D];北方工业大学;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978