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网络数据延迟控制方法技术

技术编号:14195064 阅读:151 留言:0更新日期:2016-12-15 15:03
本发明专利技术公布了网络数据延迟控制方法,涉及网络化数据控制技术。本发明专利技术提供的技术方案通过设置大小数据包对来检测网络的延迟差异,分析得到延迟与数据包大小无关分量和与数据包相关分量,能够检测出延迟和数据包大小的关系,从而实现通过设置数据包大小来控制延迟;或者通过对延迟的监测和分析,划分出延迟长期分量和延迟短期分量,从而根据这两个分量可以更精确的预测和控制延迟。

Network data delay control method

The invention discloses a network data delay control method, which relates to a network data control technique. The technical scheme provided by the invention by setting the packet size of delay difference to detect network analysis, delay and packet size independent component and package related components and data, can detect the relationship between delay and packet size, so as to realize to control the delay by setting the packet size; or through the monitoring and analysis of delay the delay and delay component is divided into long-term and short-term components, according to the two component can predict and control more accurate delay.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络化数据控制技术,尤其涉及网络数据延迟控制方法
技术介绍
网络化控制系统通常的定义是通过一个实时网络构成闭环的控制系统,具体而言是指在某个区域内一些现场检测、控制及操作设备和通信线路的集合,用以提供设备之间的数据传输,使该区域内不同地点的用户实现资源共享和协调操作。网络化控制系统的概念起始于上世纪8O年代,以Ray等的论文为代表。进入2l世纪以来,网络技术与通信技术的发展使得实际的网络化控制系统得到越来越多的重视,获得了巨大发展。将通信网络引入控制系统,连接智能现场设备和自动化系统,实现了现场设备的分布化和网络化,同时也加强了现场控制和上层管理的联系。但与此同时,由于网络的加入使得信息在传输过程中不可避免地存在着延迟。例如,网络协议下,数据包拥塞等待、网络空闲检测、长距离传输等。时延是网络化控制系统研究的主要问题之一,数据在传输线路上必然存在着传输时延,数据在接受处理是必然存在着处理时延,传输时延和处理时延共同构成了网络时延。网络时延受到网络拓扑结构、网络所采用的通信协议、路由算法、负载情况、传输速率等诸多因素的影响,呈现出固定或随机,有界或无界的特征。网络化控制系统需要利用到现有的广域网,而现有广域网不是为工业应用设计的,对延迟的要求不高。而网络化控制系统对延迟的要求很高,如果简单套用现有广域网技术,则无法达到工业应用的要求。现有延迟控制和周期控制技术精度很差,极大限制了网络化控制系统的发展。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术提供网络数据延迟控制方法,通过设置大小数据包对来检测网络的延迟差异,分析得到延迟与数据包大小无关分量和与数据包相关分量,能够检测出延迟和数据包大小的关系,从而实现通过设置数据包大小来控制延迟;或者通过对延迟的监测和分析,划分出延迟长期分量和延迟短期分量,从而根据这两个分量可以更精确的预测和控制延迟。本专利技术提供的技术方案是:一种网络数据延迟控制方法,通过对延迟进行监测和分析,划分出延迟长期分量和延迟短期分量,实现更精确地预测和控制延迟;包括如下步骤:步骤1:为网络控制系统NCS中的每个局域网设置一个延迟管理设备;步骤2:记录每个延迟管理设备所发送的每一个测试消息的延迟;所述延迟是延迟管理设备发送一个测试消息的发送时刻到接收到远端设备反馈的应答消息的时刻之间的差值;步骤3:分时间段统计分析步骤2获得的延迟数据,从而获得每个局域网的长期延迟期望值;步骤4:根据每个局域网的长期延迟期望值和每个延迟管理设备的容忍延迟量来设置每个局域网内延迟管理设备的常规消息发送周期,各个延迟管理设备根据所述常规消息发送周期来发送消息;步骤5:延迟管理设备继续周期性的发送测试消息,记录短期内每个延迟管理设备所发送的每一个测试消息的延迟;步骤6:计算步骤5所述短期内发送的每一个测试消息的延迟的时间平均值,作为短期延迟期望值;步骤7:当步骤6所述短期延迟期望值与步骤3长期延迟期望值的差值低于门限值时,不作处理,结束流程;否则执行步骤8;步骤8:延迟管理设备向其所在局域网内的终端设备发送周期调整指令,所述指令中至少包括所述短期延迟期望值;步骤9:每个终端设备接收到所述周期调整指令中的短期延迟期望值后,根据短期延迟期望值调整发送方式。针对上述网络数据延迟控制方法,进一步地,所述延迟管理设备是一个物理上独立的设备,或者由该局域网中的某个终端设备或设备上的一个功能模块来兼任;所述延迟管理设备通过ICMP协议和远端设备定期通信;所述延迟管理设备发送的消息是ICMP格式的测试消息;发送周期小于所在局域网内任何终端设备的消息发送周期。针对上述网络数据延迟控制方法,进一步地,步骤3所述时间段至少为一个月;所述分时间段具体包括:将一天的时间划分为多个时间段或将一周时间划分为工作日和休息日;所述统计分析获得长期延迟期望值具体是采用对不同数据设置权重,离当前时刻越近的权重越大的方法。针对上述网络数据延迟控制方法,进一步地,步骤4所述常规消息发送周期具体针对不同时间段设置。针对上述网络数据延迟控制方法,进一步地,步骤5所述短期的时间长度是1分钟。针对上述网络数据延迟控制方法,进一步地,步骤9所述根据短期延迟期望值调整发送方式包括:91)提高传感器的采样频率,根据新的采用频率提高消息发送周期;92)当无法提高传感器的采样频率时,根据数据包中各项数据的重要程度,通过删除或推后发送相对不重要的数据项来减低数据包的大小;93)当无法减少数据包中发送的数据项时,对数据包进行重复发送。本专利技术还提供一种网络数据延迟控制方法,针对网络控制系统NCS,通过设置大小数据包对来检测网络的延迟差异,分析得到延迟与数据包大小无关分量和与数据包大小相关分量,检测出延迟和数据包大小的关系,通过设置数据包大小来实现延迟控制;包括如下步骤:11)网络控制系统中的终端设备周期性产生和发送测试数据包对;设定每次生成两个互为配对的测试数据包,一个是大数据包,一个是小数据包,两个数据包的大小差异要尽可能的大,设置小数据包的大小是64字节,设置大数据包的大小是1472字节,因此,大数据包的大小是小数据包的23倍;每个数据包的内部部分至少包括两个字段,一个是配对号,另一个是标示该测试数据包属于大数据包还是属于小数据包的数据包大小标识字段;12)每对测试数据包具有相同的配对号,分别具有不同的属于大数据包还是属于小数据包的标识字段;所述每对数据包连续发送,终端设备记录每个数据包的发送时刻,分别为tbsend和tssend;13)服务器端设备每接收到一个测试数据包,给终端设备反馈应答数据包,每个应答数据包至少包括两个字段;一个是配对号,另一个是标示该测试数据包属于大数据包还是属于小数据包的标识字段;14)终端设备接收到应答数据包后,记录该数据包的到达时刻,分别为tbresv和tsresv;并根据应答数据包中的配对号和标识字段与测试数据包的对应关系,找到对应的测试数据包,并获得该测试数据包的发送时刻;计算该测试数据包的延迟;大数据包的延迟(表示为k0,b)和小数据包的延迟(表示为k0,s)分别表示为式11和式12:k0,b=tbresv-tbsend=ky,b+kn,b (式11)k0,s=tsresv-tssend=ky,s+kn,s (式12)其中,ky,b是连续发送的两个数据包中的大数据包的延迟量中与数据包大小无关的分量kn,b是连续发送的两个数据包中的小数据包的延迟量中与数据包大小无关的分量;ky,s是连续发送的两个数据包中的大数据包的延迟量中与数据包大小有关的分量;kn,s是连续发送的两个数据包中的小数据包的延迟量中与数据包大小无关的分量;15)根据同一个配对的两个数据包的延迟来计算数据包大小无关延迟和数据包大小相关延迟,计算方法如式13:(tbresv-tbsend)-(tsresv-tssend)=(ky,b+kn,b)-(ky,s+kn,s)=(ky,b-ky,s)+(kn,b-kn,s) (式13)由于ky,b和kn,b是连续发送的两个数据包的延迟量中与数据包大小无关的分量,是相等的,而且kn,b,kn,s与数据包的大小线性相关,因此,kn,b=23*kn,s,由此得到式14:(tbresv-tbsend)-(tsres本文档来自技高网...
网络数据延迟控制方法

【技术保护点】
一种网络数据延迟控制方法,通过对延迟进行监测和分析,划分出延迟长期分量和延迟短期分量,实现更精确地预测和控制延迟;包括如下步骤:步骤1:为网络控制系统NCS中的每个局域网设置一个延迟管理设备;步骤2:记录每个延迟管理设备所发送的每一个测试消息的延迟;所述延迟是延迟管理设备发送一个测试消息的发送时刻到接收到远端设备反馈的应答消息的时刻之间的差值;步骤3:分时间段统计分析步骤2获得的延迟数据,从而获得每个局域网的长期延迟期望值;步骤4:根据每个局域网的长期延迟期望值和每个延迟管理设备的容忍延迟量来设置每个局域网内延迟管理设备的常规消息发送周期,各个延迟管理设备根据所述常规消息发送周期来发送消息;步骤5:延迟管理设备继续周期性的发送测试消息,记录短期内每个延迟管理设备所发送的每一个测试消息的延迟;步骤6:计算步骤5所述短期内发送的每一个测试消息的延迟的时间平均值,作为短期延迟期望值;步骤7:当步骤6所述短期延迟期望值与步骤3长期延迟期望值的差值低于门限值时,不作处理,结束流程;否则执行步骤8;步骤8:延迟管理设备向其所在局域网内的终端设备发送周期调整指令,所述指令中至少包括所述短期延迟期望值;步骤9:每个终端设备接收到所述周期调整指令中的短期延迟期望值后,根据短期延迟期望值调整发送方式。...

【技术特征摘要】
1.一种网络数据延迟控制方法,通过对延迟进行监测和分析,划分出延迟长期分量和延迟短期分量,实现更精确地预测和控制延迟;包括如下步骤:步骤1:为网络控制系统NCS中的每个局域网设置一个延迟管理设备;步骤2:记录每个延迟管理设备所发送的每一个测试消息的延迟;所述延迟是延迟管理设备发送一个测试消息的发送时刻到接收到远端设备反馈的应答消息的时刻之间的差值;步骤3:分时间段统计分析步骤2获得的延迟数据,从而获得每个局域网的长期延迟期望值;步骤4:根据每个局域网的长期延迟期望值和每个延迟管理设备的容忍延迟量来设置每个局域网内延迟管理设备的常规消息发送周期,各个延迟管理设备根据所述常规消息发送周期来发送消息;步骤5:延迟管理设备继续周期性的发送测试消息,记录短期内每个延迟管理设备所发送的每一个测试消息的延迟;步骤6:计算步骤5所述短期内发送的每一个测试消息的延迟的时间平均值,作为短期延迟期望值;步骤7:当步骤6所述短期延迟期望值与步骤3长期延迟期望值的差值低于门限值时,不作处理,结束流程;否则执行步骤8;步骤8:延迟管理设备向其所在局域网内的终端设备发送周期调整指令,所述指令中至少包括所述短期延迟期望值;步骤9:每个终端设备接收到所述周期调整指令中的短期延迟期望值后,根据短期延迟期望值调整发送方式。2.如权利要求1所述网络数据延迟控制方法,其特征是,所述延迟管理设备是一个物理上独立的设备,或者由该局域网中的某个终端设备或设备上的一个功能模块来兼任;所述延迟管理设备通过ICMP协议和远端设备定期通信;所述延迟管理设备发送的消息是ICMP格式的测试消息;发送周期小于所在局域网内任何终端设备的消息发送周期。3.如权利要求1所述网络数据延迟控制方法,其特征是,步骤3所述时间段至少为一个月;所述分时间段具体包括:将一天的时间划分为多个时间段或将一周时间划分为工作日和休息日;所述统计分析获得长期延迟期望值具体是采用对不同数据设置权重,离当前时刻越近的权重越大的方法。4.如权利要求1所述网络数据延迟控制方法,其特征是,步骤4所述常规消息发送周期具体针对不同时间段设置。5.如权利要求1所述网络数据延迟控制方法,其特征是,步骤5所述短期的时间长度是1分钟。6.如权利要求1所述网络数据延迟控制方法,其特征是,步骤9所述根据短期延迟期望值调整发送方式包括:91)提高传感器的采样频率,根据新的采用频率提高消息发送周期;92)当无法提高传感器的采样频率时,根据数据包中各项数据的重要程度,通过删除或推后发送相对不重要的数据项来减低数据包的大小;93)当无法减少数据包中发送的数据项时,对数据包进行重复发送。7.一种网络数据延迟控制方法,针对网络控制系统NCS,通过设置大小数据包对来检测网络的延迟差异,分析得到延迟与数据包大小无关分量和与数据包大小相关分量,检测出延迟和数据包大小的关系,通过设置数据包大小来实现延迟控制;包括如下步骤:11)网络控制系统中的终端设备周期性产生和发送测试数据包对;设定每次生成两个互为配对的测试数据包,一个是大数据包,一个是小数据包,两个数据包的大小差异要尽可能的大,设置小数据包的大小是64字节,设置大数据包的大小是1472字节,因此,大数据包的大小是小数据包的23倍;每个数据包的内部部分至少包括两个字段,一个是配对号,另一个是标示该测试...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄雨李俊涛张世琨
申请(专利权)人:北京大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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