浅谈网络化控制系统

（ ）多 包传 输 问题 三
控 制系 统 （ 人机 、水 下 车 ） 载工 具群 的协 调控 制 （ 无 、运 高速 公路
车 辆调 度 、 场飞 机调 度 ） 机 、智能家 居 等领 域显 露 出广泛 的应 用 前 景 。 网络化 控制 系 统 的典型 结构 如 下 图所示 。
以数据 包 形式 传输 的信 息 是 网络化 控制 系 统有 别于 传统 控制 系 统 的特 点 。多包 传输 是进 行 网络 化系 统 的分析 和 设计 时经 常遇 到 的另 一 个重 要 问题 。多包 传输 的一个 主要 原 因是 由于 网络 带 宽 的限制 ，数 据包 容 量有 限 以至 于无 法包 含一 个 时刻 的全 部采 样数 据 ，这 必须 通过 多个 数据 包 进行 先 后传输 。多包 传输 的 另一个 原
企 业信 息 化和 自动 化 的发展 也产 生了 巨大 影响 。计 算机 技术 、信 息技 术 、控制 技术 、 网络技 术 和通 信 技术 的结 合 ，为 网络化 控 制
通 信 网络 引入 控制 系统 会使 系 统 的分析 和 综合变 得 很复 杂 ，
网络化 控制 系 统的 复杂 性 由通信 网络 自身 的特 点决 定 ，主要表 现
、
网络 化控制 系 统概 述
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
计 算机 光盘 软 件 与应用
２１ ０ ２年第 ｏ ９期
Ｃ ｍ ｕ ｅ ＤＳ ｆ ｗ ｒ ｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ｏ ｐ ｔｒＣ ｏ ｔａ ｅａ ｄＡ ｐ ｉ ａ Ｊ ｎ 工 程 技 术
浅谈 网络化 控制 系统
乔 维 ， 薛楠 （中 国电 子信 息 产 业 发 展研 究 院 ，北 京
网络 安全 方案 ，不 但 需要 以上 提 到的各 种 无线 网络 安全 技 术 ，还
需 要做 到 以下几 点：
安全 、完 善 的统一 标准 。这 将 避免 由于 各 高校 标准 不一 而带 来 的
漏 洞 问题 。而 且 ，各 高校最 好 能共 享无 线 网络 技术 ，定 时进 行 互 相 交流 与 学 习，从 而避 免校 园无 线 网络 技术 的层 次 不齐所 带 来 的
从而得出设计漏洞，进行改进。建模的方法能节Байду номын сангаас成本，使设计
更加 完 善 ，提高 安全 性 。 （ ）提高 校 园无线 网 身份 认证 的水 平 二 由于校 园无 线 网的特 殊性 ，要 想 得到 一套 综合 的 安全 方案 ，
【］ 亮 ． 线 网 络 安 全 防 范 措 施 探 讨 ． 息 与 电 脑 （ 论 ４陈 无 信 理
统 ２ 世 纪 的重 点发展 方 向之 一 。 １
相 比于传 统 的点对 点数据 传输 的控 制 系统 ，网络化 控 制 系统
各部 件之 间通 过 一个 公共 的通 信 网络 连接 ，相 关 的数据 通 过通 信
网络进 行 传输 ， 免 了彼 此 间铺设 专线 ， 避 并且 可 以实现 资源 共 享 、 远 程 操作 和控 制 ，降低 了系统 的 成本 、重 量和 电力消 耗 ，简化 了 系统 的安 装和 维护 ，提 高 了系 统 的灵 活性 和可 靠性 。这 些 突 出的 优 点使 网络 化 系统 的概 念 一经提 出便得 到 了飞速 的发展 ，并 已在 复杂 工业 过程 的先 进控 制 、现代 交通工 具 内基 于通 讯 网络 的复 杂
图 １ 网络化 控制 系统 的 结构 图
（ 转第 ５ 下 ７页 ）
一
５ — ５
计算机光盘软件与应用
２１ ０ ２年第 ０ ｇ期
Ｃ ｍ ｕ ｅ ＤＳ ｆｗ ｒ ｎ ｐ ｌ ｃ ｔ ｏ ｓ ｏ ｐ ｔ ｒＣ ｏ ｔ ａ ｅａ ｄＡ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ 工 程 技 术
同时也 有 自己的特 殊性 。所 以，要 想提 出一个 综合 性 的校 园无 线
人 员来 说 ，必须 提 高他们 的 安全 意识 和专 业水 平 。 同时 ，在规 划校 园无线 网络 的 时候 ，还 要考 虑到 整 个互 联 网 大环 境 的影 响 。在设 计 阶段 ，可 以借 助 建立 小范 围模 型 的方法 ， 模拟 可 能 出现 的各种 问题 ，攻击模 型 ， 察所 规 划 的 网络 的表 现 ， 观
统 的概 念起 始于 上世 纪 ８ Ｏ年 代 ， 以 Ｒ ｙ等 的论 文 为代 表 。进入 ａ ２ 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 ｌ
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
中的应 用研 究［ ． 业技 术， １，１ Ｊ职 ］ ２ ２ ０ ０
［】 洪． ２张 浅谈 校 园无 线 网络 的安 全 现状 与 解 决方 案［ ． Ｊ 职教 研 】
究 ．０ ０ ２ １，２ １
【】 ３ 王双 剑 ， － 丁辉 无线 网络 安 全 的机制 及 相关技 术措施 ［ ． 盯 科技 传 播 ， １， ２ ２０ ０ ６
在：
系 统 （ ｅ ｏｋｄＣ ｎ ｏ ｙｔｍｓ 简 称 Ｎ Ｓ Ｎ ｔ ｒｅ ｏｔ ｌ ｓ ｗ ｒ Ｓ ｅ ， Ｃ ）的产 生提供 了技
术保 障。 网络化 控制 系 统是 通过 网络 进 行数 据传 输 、形 成控 制 闭
（ ）网络 诱 导时 滞 问题 一 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
１０ ４ ０ ８６）
摘 要 ：介 绍 了网络化 控 制 系统 的概 念 ，对 其产 生 、发展 做 了简要综 述 ，详 细论 述 了 网络化控 制 系统 的优 缺 点及其 主要 问题 。本 文将 在 物联 网 大背景 下 ，对控 制 系统 的 网络化 和 智能 化提供 参 考 。
关键 词 ： 网络 化控 制 系统 ；物 联 网 ；信号 延迟 ；数 据 丢失
不 同 的区域 应布 置 不 同类 型 的天 线 。而对 于 Ａ Ｐ来 说 ，在配 置 时， 应在 满 足要 求 的前提 下 ，尽 量使 发射 功 率最 低 ， 以降低入 侵 的可
能性 。
的解 决方 案 。只 有这样 才 能保 证校 园无线 网络 的安 全性 ，才能 真
正达 到服 务校 园的 目的 ！
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
另 外 ，对技 术人 员 的培 训也 是至 关 重要 的 ，技术 人 员水 平 的 参差 不 齐会 导致 校 园无 线 网布 置 漏洞 的 出现 。对 软 、硬件 技 术人
参考 文献 ： ［］ 东兴． １郑 浅谈 无 线 网络 安 全 防 范措 施 分析 及 其 在校 园 网络
员应 该 分开 培训 ，使 其懂 得 网络 的 正常 管理 和故 障维 修 。对 工作
环 的系 统 ，它 具有 不 同于传 统 点对 点控 制系 统 的结 构 ，是 当今物 联 网 的巨大 发展 在控 制 系统 中 的具 体体 现 ，也是 人类 走 向信 息化
社会 的一个 标 志 。
一
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
征。
系统 得 到越 来越 多的 重视 ，获得 了 巨大发 展 。２ ０ 年 在 美 国举办 ０３
的控 制 学科 的新 世纪 发展 方 向研 讨 中明确 指 出 ，网络 化 是控制 系
（ ）数 据包 丢 失 二 数据 包 丢失 是 网络 的引入 所带 来 的又 一 问题 。 由于 通信 信 道 的不确 定 性 ， 据包 在传 输过 程 中可 能出现 错误 甚 至丢 失 ， 数 这样 ， 接 收节 点 （ 制器 或执 行 器 ）就会 丢弃 错误 数据 或 使用 之前 接 收 控
到 的数 据 。如 果某 一 时刻 采样 获得 的数 据 包在 其后 采样 的数 据之 后 到达 接 收器 ，这 种数 据 包也会 被 丢弃 。另外 ，数 据传 输 中大 于 某 个特 定 长度 的 时滞也 可 以被 视为 数据 丢 失进行 处理 。 从 系 统信 息 的传输 来 看 ，数据 包丢 失 的发 生相 当于 信 息传输 通 道暂 时 被断 开 ，使得 系统 的 结构和 参数 发 生较 大 的变化 。
中图分类 号 ：Ｔ ３３ 文献 标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０— ５９（ １） ９ ０５— ２ Ｐ ９ ０７ ９９ ２ ２ ０— ０５ ０ ０
２ 世 纪是 一个 以网络 为核 心 的信 息时代 ，计 算机 信 息技 术 、 １ 二 、网络 化控 制 系统的 基本 问题
网络 技术 的迅 猛发 展 正在深 刻 改变 着人 们 的生 活和 工作 方 式 ，对
因是 网络化 系 统的 传感 器和 控制 器 一般 会分 布在 一个 较 大 的物 理
空 间 中，这 样 ，就 不可 能把 同一 时 间的所 有 数据 利用 同 一个数 据
通 信 网 络
包进 行 传输 。 （ ）通信 约束 问题 四 信 号在 数字 系统 中传 输 必然 经过 量化 过程 ，传 统 的系 统 设计 方法 是 把量 化 带来 的影 响建模 成外 部 白噪 声扰 动 （ 匀分 布 ） 在 均 ， 忽略 量化 现象 的条件 下 设计 控制 器 ，如 果设 计 出来 的控制 器无 法 满 足 要求 ，调节 诸如 采样 频率 等参 数进 行 再设 计 。在 网络化 系 统
般 是 指校 园 内的师 生及 一 些 固定 的校 内工 作人 员 。这类 人群 需 要
［］ ６张丽 ． 网络 安全 的 思考 ［． 谷 ， １，１ 无线 Ｊ硅 ２ ２０ ］ ０
考 量 ，这包 括 网络 环境 的设 计 、设 备的购 买 、Ａ Ｐ的布 置、服 务 器
的管理 和 技术人 员 的培 训等 。对 于 天线 的选 用 需谨 慎 ，杆状 全 向
天线 覆 盖范 围过 大 ，增 大 了入侵 者入 侵 校 园无线 网的可 能性 。在
无 线 网络 技术 给校 园带 来 了便捷 性 ，但 同 时也带 来 了许 多 的 安全 隐 患 。构建 校 园无线 网络 不 但 需要 安全技 术 的不 断 改善 、实 现有 线 网和 无线 网 的无缝 连接 ，更需 要一 套更 加 综合 、更 加完 善
版）】０１ ３ ［ ＿ １， Ｊ２ ０
［ 宋玲． ５ 】 浅议 无 线 网络 的 安 全 隐 患 与 防 范 措 施 ［ ． 技 信 Ｊ科 ］
息， １ ， ２ ２１ ０ ０
需要 在 身份 认证 时 ，对使 用人 群进 行 分类 ， 不 同的人群 使 用不 同 的认 证 方法 。一般 来说 ，可 以分 为 以下 几类 ： １固定使 用 群 。一 ．
影 响 。 同时 ，还需 建立 更加 完 善 的法律 法规 ，对 构成 严 重 网络损 害 的入 侵者 进行 相 应的 惩罚 ，这样 才 能达 到事 半 功倍 的效 果 。
四、结 束 语
（ ）规划 优 先 一 在 构 建校 园无 线 网络之 前 需要 对设 计方 案 及规划 进 行充 分 的