ZigBee网络控制系统及其网络诱导延时计算方法技术方案

本发明专利技术提供了一种ZigBee网络控制系统及其网络诱导延时计算方法，其中方法包括：在ZigBee网络控制系统中某回路的第k（k≥2且为正整数）轮询周期内,记录该回路中SN向该回路中PANCo发送数据帧的开始时刻t1,i(k)和PANCo接收完该数据帧的时刻t2,i(k)；根据式：τsp(k)=τsp(k-1)+((t2,i(k)-t1,i(k))-△τsp(k-1))，计算本轮询周期内的SN上传数据至PANCo的网络诱导延时τsp(k)，其中τsp(k-1)和△τsp(k-1)分别为第k-1轮询周期SN上传数据到PANCo的网络诱导延时、SN和PANCo之间的时间差，采用以上方式计算τsp(k)，无需时钟同步，可以有效地降低ZigBee网络负担。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化控制领域，尤其涉及一种ZigBee网络控制系统及其网络诱导延时计算方法。
技术介绍
网络控制系统（Networked Control Systems,NCSs）的概念起于上世纪90年代，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设备和用户实现资源共享和协调操作。在网络控制系统中，由于在各个控制回路中引入了通信网络，每个控制回路内的传感器节点、控制器节点和执行器节点之间的信息传送要分时占用网络通信线路，而网络的承载和通信带宽有限，因此系统节点太多必然造成信息的冲撞、重传等现象的发生，采样、量化、编码与解码、等待、传递的时间使得网络控制系统的信息在传输时产生时延。在实际过程中，网络控制系统的延时是一个随机量，目前针对基于ZigBee（一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议）的网络控制系统而言，其网络诱导延时的计算是采用一个伪定义的节点接受网络内所有的通信请求，建立起全网的时钟同步，然后，再根据时间戳就可以直接计算出网络诱导延时；也有广播时间信标的方法，即节点以自己的时钟记录事情，随后用第三方广播的基准时间加以校正，最后根据时间戳计算网络诱导延时；也可考虑将NTP或GPS协议，移植到传感器网络中，再计算网络诱导延时。本申请的专利技术人分析该实现方式发现：上述方法需要不断地定期进行时钟同步，对控制网络会增加额外的负担。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种ZigBee网络控制系统及其网络诱导延时计算方法，无需时钟同步即可实现网络诱导延时的计算，可有效降低网络负担。本专利技术提供了一种ZigBee网络控制系统网络诱导延时计算方法，所述方法包括：在所述ZigBee网络控制系统中某回路的第k（k≥2且为正整数）轮询周期内：记录所述回路中传感器节点SN开始向所述回路中的个人局域网协调器PANCo发送数据帧的开始时刻t1,i(k)和所述PANCo接收完毕所述SN发送的数据帧的时刻t2,i(k)；提取保存的所述回路在第k-1轮询周期的所述SN上传数据至所述PANCo的网络诱导延时τsp(k-1)和所述SN与所述PANCo之间时间差△τsp(k-1)；根据式：τsp(k)=τsp(k-1)+((t2,i(k)-t1,i(k))-△τsp(k-1))，计算所述回路在所述第轮询周期内所述SN上传数据到PANCo的网络诱导延时τsp(k)。进一步，在记录所述t1,i(k)和t2,i(k)之后，所述方法还包括：根据式：△τsp(k)=t2,i(k)-t1,i(k)，计算所述回路在第k轮询周期内所述SN与所述PANCo之间的时间差△τsp(k)；在计算所述τsp(k)和△τsp(k)之后，所述方法还包括：保存所述τsp(k)和△τsp(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第k轮询周期内：提取保存的所述回路在第k-1轮询周期内的所述SN向所述PANCo发送数据帧的开始时刻t1,i(k-1)；根据式：τbd(k)=t1,i(k)-t1,i(k-1)-T，计算所述回路在第k轮询周期内其它回路对本回路的影响延时τbd(k)，其中T为轮询周期;保存所述t1,i(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第k轮询周期内：记录所述C/AN向所述PANCo发送数据请求帧的起始时刻t1,j(k)，所述C/AN接收完毕所述PANCo根据所述数据请求帧向所述C/AN返回数据帧的时刻t3,j(k)；根据式：τpc(k)=t3,j(k)-t1,j(k)，计算所述C/AN接收所述PANCo转发数据的网络诱导延时τpc(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第k轮询周期内：记录所述PANCo向SN发送确认帧的起始时刻t3,i(k)、所述PANCo接收到C/AN发起的数据请求帧的时刻t2,j(k)；根据式：τpd(k)=t2,j(k)-t3,i(k)，计算PANCo准备转发数据所需的处理时间τpd(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第k轮询周期内：计算所述C/AN控制算法运算处理的时间τcd(k)和被控对象的自身延时τp(k)；根据式：τ(k)=τsp(k)+τpd(k)+τpc(k)+τbd(k)+τcd(k)+τp(k)，计算所述回路在所述第k轮询周期的总延时τ(k)。进一步，所述方法还包括：在所述回路的第1轮询周期内：记录所述SN向所述PANCo发送数据帧的起始时刻t1,i(1)、所述PANCo接收完毕来自所述SN的数据帧的时刻t2,i(1)、所述PANCo根据所述SN的数据帧向所述SN发送确认帧的起始时刻t3,i(1)、和所述SN接收完毕来自所述SN的确认帧的时刻t4,i(1)；根据式：τsp(1)=[(t4,i(1)-t1,i(1))-(t3,i(1)-t2,i(1))]·γ或τmc(1)=通信报文包大小×通信速率，计算得到τsp(1)，其中，γ是数据帧长度与确认帧和数据帧长度之和的比值；根据式：△τsp(1)=t2,i(1)-t1,i(1)，计算得到△τsp(1)；保存t1,i(1)、τsp(1)和△τsp(1)。本专利技术还提供了一种ZigBee网络控制系统，包括：属于同一回路的PANCo、SN、A/CN，在所述回路的第k（k≥2且为正整数）轮询周期内：所述SN，用于记录向PANCo发送数据帧的开始时刻t1,i(k)；所述PANCo，用于接收所述SN发送的数据帧，并记录接收完毕所述SN发送的数据帧的时刻t2,i(k)；所述PANCo，用于根据式：τsp(k)=τsp(k-1)+((t2,i(k)-t1,i(k))-△τsp(k-1))，计算所述回路在第k轮询周期内的所述SN上传数据到所述PANCo的网络诱导延时τsp(k)，其中τsp(k-1)和△τsp(k-1)分别为所述回路在第k-1轮询周期内所述SN上传数据到所述PANCo的网络诱导延时、所述SN与所述PANCo之间时间差△τsp(k)。进一步，所述PANCo,还用于根据式：△τsp(k)=t2,i(k)-t1,i(k)，计算所述回路在所述第k轮询周期内所述SN与PANCo之间的时间差△τsp(k)；以及，用于保存τsp(k)和△τsp(k)。进一步，所述PANCo，还用于根据式：τbd(k)=t1,i(k)-t1,i(k-1)-T，计算其它回路对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZigBee网络控制系统网络诱导延时计算方法，其特征在于：所述方法包括：在所述ZigBee网络控制系统中某回路的第k（k≥2且为正整数）轮询周期内：记录所述回路中传感器节点SN开始向所述回路中的个人局域网协调器PANCo发送数据帧的开始时刻t1,i(k)和所述PANCo接收完毕所述SN发送的数据帧的时刻t2,i(k)；提取保存的所述回路在第k‑1轮询周期的所述SN上传数据至所述PANCo的网络诱导延时τsp(k‑1)和所述SN与所述PANCo之间时间差△τsp(k‑1)；根据式：τsp(k)=τsp(k‑1)+((t2,i(k)‑t1,i(k))‑△τsp(k‑1))，计算所述回路在所述第轮询周期内所述SN上传数据到PANCo的网络诱导延时τsp(k)。

【技术特征摘要】
1.一种ZigBee网络控制系统网络诱导延时计算方法，其特征在于：所述
方法包括：
在所述ZigBee网络控制系统中某回路的第k（k≥2且为正整数）轮询周期
内：
记录所述回路中传感器节点SN开始向所述回路中的个人局域网协调器
PANCo发送数据帧的开始时刻t1,i(k)和所述PANCo接收完毕所述SN发送的数据帧
的时刻t2,i(k)；
提取保存的所述回路在第k-1轮询周期的所述SN上传数据至所述PANCo
的网络诱导延时τsp(k-1)和所述SN与所述PANCo之间时间差△τsp(k-1)；
根据式：τsp(k)=τsp(k-1)+((t2,i(k)-t1,i(k))-△τsp(k-1))，计算所述回路在所述第
轮询周期内所述SN上传数据到PANCo的网络诱导延时τsp(k)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在记录所述t1,i(k)和t2,i(k)之后，所述方法还包括：根据式：
△τsp(k)=t2,i(k)-t1,i(k)，计算所述回路在第k轮询周期内所述SN与所述PANCo之
间的时间差△τsp(k)；
在计算所述τsp(k)和△τsp(k)之后，所述方法还包括：保存所述τsp(k)和△τsp(k)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的第k轮询周期内：
提取保存的所述回路在第k-1轮询周期内的所述SN向所述PANCo发送数据
帧的开始时刻t1,i(k-1)；
根据式：τbd(k)=t1,i(k)-t1,i(k-1)-T，计算所述回路在第k轮询周期内其它回
路对本回路的影响延时τbd(k)，其中T为轮询周期;
保存所述t1,i(k)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的第k轮询周期内：
记录所述C/AN向所述PANCo发送数据请求帧的起始时刻t1,j(k)，所述C/AN
接收完毕所述PANCo根据所述数据请求帧向所述C/AN返回数据帧的时刻t3,j(k)；
根据式：τpc(k)=t3,j(k)-t1,j(k)，计算所述C/AN接收所述PANCo转发数据的
网络诱导延时τpc(k)。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的第k轮询周期内：
记录所述PANCo向SN发送确认帧的起始时刻t3,i(k)、所述PANCo接收到C/AN
发起的数据请求帧的时刻t2,j(k)；
根据式：τpd(k)=t2,j(k)-t3,i(k)，计算PANCo准备转发数据所需的处理时间
τpd(k)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：
在所述回路的第k轮询周期内：
计算所述C/AN控...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，赵亦欣，刘娟，吴小军，杨智，彭正福，吕跃跃，刘静，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85