网络数据波动控制器设计与建模
张军++刘文杰
摘 要： 传统的网络数据波动控制器往往运算量大、操作复杂，造成控制器自身对网络非波动数据持有时间过短、通信误差偏大等缺陷。为此，设计一种更加智能化、实用化的网络数据波动控制器。所设计的控制器通过构建网络数据波动控制模型，给出网络数据波动的最优控制方案，并使用AT91SAM9260微处理器对其进行提取。AT91SAM9260微处理器将最优控制方案插入到网络初始数据的相应节点中，对数据波动小、干扰参数少的网络进行聚集控制，对相反类型的网络进行分布控制。实验结果证明，所设计的控制器对非波动数据的持有时间较长，并具有极小的通信误差，与传统控制器相比，其性能更加优异、应用领域更为广泛。
关键词： 网络； 数据波动； 控制器； 建模
中图分类号： TN711?34； TP273.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0043?03
Abstract： The computation burden of the traditional network data fluctuation controller is often heavy， and its operation is complex， which may cause the phenomena that the controller itself has too short time to hold the non?fluctuation data of network， and communication error is big. Therefore， a more intelligent and practical controller against network data fluctuation is designed. The designed controller provides the optimal control scheme of the network data fluctuation by building a network data fluctuation control model， employs AT91SAM9260 microprocessor to extract the optimal control scheme， and inserts it into the corresponding node of the network initial data to make an aggregated control for the networks with small data fluctuation and less interference parameters and make the distribution control for the contrary types of networks. The experimental results show that the designed controller has a long hold time for non? fluctuation data， and little communication error. Compared with the traditional controller， it has more outstanding performance and more extensive application fields.
Keywords： network； data fluctuation； controller； modeling
0 引 言
随着电子科技的不断发展壮大，网络已成为人们生活中必不可少的通信工具，网络数据量也越来越多，因网络数据波动产生的数据丢失和通信误差，已逐渐导致一些重大安全隐患出现，网络数据波动控制器由此产生[1?3]。传统的网络数据波动控制器往往运算量大、操作复杂，造成控制器自身对非波动数据持有时间过短、通信误差偏大等缺陷。为此，近年来设计出的网络数据波动控制器已不断向着更加智能化、实用化的方向发展，使控制器的性能更加优异、应用领域更为广泛。
1 网络数据波动控制模型的建立
在网络数据[4?6]通信中，数据通常以数据包的状态被傳递到相应用户节点，通信工作能否顺利完成与网络带宽有很大关系。如果数据包容量超出网络带宽所能承受的最大载荷，数据包中的网络数据便会出现不同程度的波动。此时，所设计的网络数据波动控制器需要通过建模方式对网络数据进行控制，旨在将超出网络带宽载荷的数据包划分成若干个最佳通信容量数据包，以增加控制器对非波动数据的持有时间，缩小通信误差。图1为网络数据波动控制模型结构图。
从图1可以看出，经由网络数据波动控制模型划分成最佳通信容量的数据包，其通信路径也不尽相同。此时，所设计的网络数据波动控制器最终接收到的网路数据有可能发生顺序颠倒，为此，在控制模型与控制器之间加入一台缓冲设备，缓冲设备会将规定任务时间内的用户网络数据存储在一起并进行排序，再传递到所设计的网络数据波动控制器中进行控制。
通过分析式（4）中的网络数据波动控制模型，能够给予所设计的网络数据波动控制器最优控制方案，进而缩减控制器运算量、简化控制器使用步骤。通过变更控制模型的参数取值并进行对比分析，还能够进一步发现影响控制器性能的因素，便于进行控制器的后期维护工作。
2 网络数据波动控制器设计
2.1 整体设计
根据网络数据波动控制模型，给出网络数据波动控制器的整体设计图，如图2所示。由图2可知，所设计的网络数据波动控制器由输入模块、控制模块、存储模块和可视化模块组成。
2.2 控制器聚集控制设计
根据网络数据波动控制模型能够得知网络数据的具体波动情况。在网络数据波动较小、干扰参数较少的情况下，为了延长所设计的网络数据波动控制器对非波动数据的持有时间，控制器将自动选择聚集控制方式来进行对被控网络的控制工作。
在聚集控制中，被控网络中的最佳通信容量数据包将被统一传递到控制模块，形成一种映照式的拓扑控制结构，如图3所示。这种结构将统一制定控制细节，在大体上平复网络数据波动。在网络数据波动控制模型的帮助下，聚集控制中各最佳通信容量数据包中的数据是可随意进行交互的，这使得控制器的应用领域更为广泛，符合设计初衷。
2.3 控制器分布控制设计
在网络数据波动较大、干扰参数较多的情况下，为了缩小所设计的网络数据波动控制器的通信误差，控制器将选择分布控制方式来进行对被控网络的控制工作，如图4所示。
由图4可知，分布控制与聚集控制是相对应的，即只有在前一个最佳通信容量数据包的控制工作结束，并且将控制结果传递到下一个最佳通信容量数据包后，控制模块才会开始进行下次控制工作。分布控制拥有回路式横向数据流拓扑结构，后面的最佳通信容量数据包能够接收到前面最佳通信容量数据包的控制结果，并根据控制结果的成功与否对下次控制工作的方案进行调整。这种控制方式的控制效果非常好，但控制效率不如聚集控制，因此在实际应用中，所设计的网络数据波动控制器通常将聚集控制和分布控制交互使用，以令控制器的性能更加优异、应用领域更为广泛。
3 实验验证
本次实验使用OPNET软件对本文控制器、基于非线性控制的网络数据波动控制器和基于停留时间方法的网络数据波动控制器进行仿真实验。OPNET软件通过模拟被控网络的性能和参数，并调试上述三种控制器所建立的控制模型，对控制器非波动数据持有时间和通信误差的仿真实验结果进行输出。
3.1 非波动数据持有时间验证
OPNET软件给出的网络数据波动轨迹能够直接反映出控制器对非波动数据持有时间，如图5～图7所示。网络数据波动轨迹稳定得越快，证明控制器控制效果的稳定性越好，控制器对非波动数据持有时间就越长。
从图5～图7中能够非常明显地看出，本文控制器中的网络数据波动轨迹稳定的最快，当网络波动数据传输到第17个网络波动节点时，被控网络中便已经不存在网络数据波动，证明本文控制器对非波动数据具有较长的持有时间。
3.2 通信误差验证
表1为三种控制器通信误差输出结果，从中能够看出，本文控制器的通信误差极小，不高于0.15 cm，证明其应用领域更为广泛，能够较好地实现设计初衷。
4 结 论
本文设计一种更加智能化、实用化的网络数据波动控制器，其由输入模块、控制模块、存储模块和可视化模块组成。输入模块内包含网络数据波动控制模型和网络初始数据。控制模块是控制器中最重要的模块，其核心是AT91SAM9260微处理器。存储模块包括模数转换电路、存储设备和通信接口。可视化模块包括同步动态随机存储器和可视化插件。实验结果证明，所设计的控制器对非波动数据的持有时间较长，并且具有极小的通信误差。
参考文献
[1] 谢成祥.有数据包丢失网络控制系统的建模和控制[J].科学技术与工程，2014，14（18）：76?80.
[2] 张树才.WCDMA及无线网络控制器负荷分析與研究[J].电子科技，2015，28（3）：120?122.
[3] 朱林，吴冬雪，柴玲.神经元网络控制器在热网中的应用研究[J].自动化仪表，2014，35（12）：71?74.
[4] 魏立新，林鹏，王利平.基于Elman网络预测的神经网络控制器在冷轧APC系统中的应用研究[J].矿冶工程，2015，35（6）：130?134.
[5] 王维哲，赵伟.引入神经网络的应急调度系统设计[J].现代电子技术，2016，39（4）：41?43.
[6] 李季，樊慧津.低轨无拖曳卫星的自适应神经网络控制器设计[J].计算技术与自动化，2014，33（2）：1?6.
摘 要： 传统的网络数据波动控制器往往运算量大、操作复杂，造成控制器自身对网络非波动数据持有时间过短、通信误差偏大等缺陷。为此，设计一种更加智能化、实用化的网络数据波动控制器。所设计的控制器通过构建网络数据波动控制模型，给出网络数据波动的最优控制方案，并使用AT91SAM9260微处理器对其进行提取。AT91SAM9260微处理器将最优控制方案插入到网络初始数据的相应节点中，对数据波动小、干扰参数少的网络进行聚集控制，对相反类型的网络进行分布控制。实验结果证明，所设计的控制器对非波动数据的持有时间较长，并具有极小的通信误差，与传统控制器相比，其性能更加优异、应用领域更为广泛。
关键词： 网络； 数据波动； 控制器； 建模
中图分类号： TN711?34； TP273.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0043?03
Abstract： The computation burden of the traditional network data fluctuation controller is often heavy， and its operation is complex， which may cause the phenomena that the controller itself has too short time to hold the non?fluctuation data of network， and communication error is big. Therefore， a more intelligent and practical controller against network data fluctuation is designed. The designed controller provides the optimal control scheme of the network data fluctuation by building a network data fluctuation control model， employs AT91SAM9260 microprocessor to extract the optimal control scheme， and inserts it into the corresponding node of the network initial data to make an aggregated control for the networks with small data fluctuation and less interference parameters and make the distribution control for the contrary types of networks. The experimental results show that the designed controller has a long hold time for non? fluctuation data， and little communication error. Compared with the traditional controller， it has more outstanding performance and more extensive application fields.
Keywords： network； data fluctuation； controller； modeling
0 引 言
随着电子科技的不断发展壮大，网络已成为人们生活中必不可少的通信工具，网络数据量也越来越多，因网络数据波动产生的数据丢失和通信误差，已逐渐导致一些重大安全隐患出现，网络数据波动控制器由此产生[1?3]。传统的网络数据波动控制器往往运算量大、操作复杂，造成控制器自身对非波动数据持有时间过短、通信误差偏大等缺陷。为此，近年来设计出的网络数据波动控制器已不断向着更加智能化、实用化的方向发展，使控制器的性能更加优异、应用领域更为广泛。
1 网络数据波动控制模型的建立
在网络数据[4?6]通信中，数据通常以数据包的状态被傳递到相应用户节点，通信工作能否顺利完成与网络带宽有很大关系。如果数据包容量超出网络带宽所能承受的最大载荷，数据包中的网络数据便会出现不同程度的波动。此时，所设计的网络数据波动控制器需要通过建模方式对网络数据进行控制，旨在将超出网络带宽载荷的数据包划分成若干个最佳通信容量数据包，以增加控制器对非波动数据的持有时间，缩小通信误差。图1为网络数据波动控制模型结构图。
从图1可以看出，经由网络数据波动控制模型划分成最佳通信容量的数据包，其通信路径也不尽相同。此时，所设计的网络数据波动控制器最终接收到的网路数据有可能发生顺序颠倒，为此，在控制模型与控制器之间加入一台缓冲设备，缓冲设备会将规定任务时间内的用户网络数据存储在一起并进行排序，再传递到所设计的网络数据波动控制器中进行控制。
通过分析式（4）中的网络数据波动控制模型，能够给予所设计的网络数据波动控制器最优控制方案，进而缩减控制器运算量、简化控制器使用步骤。通过变更控制模型的参数取值并进行对比分析，还能够进一步发现影响控制器性能的因素，便于进行控制器的后期维护工作。
2 网络数据波动控制器设计
2.1 整体设计
根据网络数据波动控制模型，给出网络数据波动控制器的整体设计图，如图2所示。由图2可知，所设计的网络数据波动控制器由输入模块、控制模块、存储模块和可视化模块组成。
2.2 控制器聚集控制设计
根据网络数据波动控制模型能够得知网络数据的具体波动情况。在网络数据波动较小、干扰参数较少的情况下，为了延长所设计的网络数据波动控制器对非波动数据的持有时间，控制器将自动选择聚集控制方式来进行对被控网络的控制工作。
在聚集控制中，被控网络中的最佳通信容量数据包将被统一传递到控制模块，形成一种映照式的拓扑控制结构，如图3所示。这种结构将统一制定控制细节，在大体上平复网络数据波动。在网络数据波动控制模型的帮助下，聚集控制中各最佳通信容量数据包中的数据是可随意进行交互的，这使得控制器的应用领域更为广泛，符合设计初衷。
2.3 控制器分布控制设计
在网络数据波动较大、干扰参数较多的情况下，为了缩小所设计的网络数据波动控制器的通信误差，控制器将选择分布控制方式来进行对被控网络的控制工作，如图4所示。
由图4可知，分布控制与聚集控制是相对应的，即只有在前一个最佳通信容量数据包的控制工作结束，并且将控制结果传递到下一个最佳通信容量数据包后，控制模块才会开始进行下次控制工作。分布控制拥有回路式横向数据流拓扑结构，后面的最佳通信容量数据包能够接收到前面最佳通信容量数据包的控制结果，并根据控制结果的成功与否对下次控制工作的方案进行调整。这种控制方式的控制效果非常好，但控制效率不如聚集控制，因此在实际应用中，所设计的网络数据波动控制器通常将聚集控制和分布控制交互使用，以令控制器的性能更加优异、应用领域更为广泛。
3 实验验证
本次实验使用OPNET软件对本文控制器、基于非线性控制的网络数据波动控制器和基于停留时间方法的网络数据波动控制器进行仿真实验。OPNET软件通过模拟被控网络的性能和参数，并调试上述三种控制器所建立的控制模型，对控制器非波动数据持有时间和通信误差的仿真实验结果进行输出。
3.1 非波动数据持有时间验证
OPNET软件给出的网络数据波动轨迹能够直接反映出控制器对非波动数据持有时间，如图5～图7所示。网络数据波动轨迹稳定得越快，证明控制器控制效果的稳定性越好，控制器对非波动数据持有时间就越长。
从图5～图7中能够非常明显地看出，本文控制器中的网络数据波动轨迹稳定的最快，当网络波动数据传输到第17个网络波动节点时，被控网络中便已经不存在网络数据波动，证明本文控制器对非波动数据具有较长的持有时间。
3.2 通信误差验证
表1为三种控制器通信误差输出结果，从中能够看出，本文控制器的通信误差极小，不高于0.15 cm，证明其应用领域更为广泛，能够较好地实现设计初衷。
4 结 论
本文设计一种更加智能化、实用化的网络数据波动控制器，其由输入模块、控制模块、存储模块和可视化模块组成。输入模块内包含网络数据波动控制模型和网络初始数据。控制模块是控制器中最重要的模块，其核心是AT91SAM9260微处理器。存储模块包括模数转换电路、存储设备和通信接口。可视化模块包括同步动态随机存储器和可视化插件。实验结果证明，所设计的控制器对非波动数据的持有时间较长，并且具有极小的通信误差。
参考文献
[1] 谢成祥.有数据包丢失网络控制系统的建模和控制[J].科学技术与工程，2014，14（18）：76?80.
[2] 张树才.WCDMA及无线网络控制器负荷分析與研究[J].电子科技，2015，28（3）：120?122.
[3] 朱林，吴冬雪，柴玲.神经元网络控制器在热网中的应用研究[J].自动化仪表，2014，35（12）：71?74.
[4] 魏立新，林鹏，王利平.基于Elman网络预测的神经网络控制器在冷轧APC系统中的应用研究[J].矿冶工程，2015，35（6）：130?134.
[5] 王维哲，赵伟.引入神经网络的应急调度系统设计[J].现代电子技术，2016，39（4）：41?43.
[6] 李季，樊慧津.低轨无拖曳卫星的自适应神经网络控制器设计[J].计算技术与自动化，2014，33（2）：1?6.
