全国2011年7月高等教育自学考试 计算机网络原理试题 课程代码：04741 一、单项选择题(本大题共24小题，每小题1分，共24分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.Internet采用的拓扑结构是( ) A.星型结构 B.环型结构 C.树型结构 D.网状结构 2.按照网络传输技术，可将计算机网络分为( ) A.A TM网和虚拟网 B.报文交换网和分组交换网 C.局域网和广域网 D.广播式网络和点对点网络 3.OSI参考模型包括的“三级抽象”是( ) A.语法、语义和定时 B.体系结构、服务定义和协议规范 C.分层结构、网络协议和层间接口 D.体系结构、功能定义和实现方法 4.TCP／IP参考模型的4个层次从低到高的顺序是( ) A.应用层、传输层、互连层、主机—网络层 B.互连层、主机—网络层、传输层、应用层 C.应用层、主机—网络层、传输层、互连层 D.主机—网络层、互连层、传输层、应用层 5.下列协议中，属于TCP／IP参考模型应用层的是( ) A.DNS B.UDP C.TCP D.ARP 6.下列关于光纤传输介质的叙述中错误 ．．的是( ) A.光纤具有不受电磁干扰的特征 B.光纤普遍应用于点到点的链路 C.一条光纤线路只能传输一个载波 D.对光载波的调制属于移幅键控法 7.对于带宽为3KHz的无噪声信道，若一个码元可取的离散值个数为4，则该信道码元 的极限速率和最大数据传输速率分别为( ) A.6KBaud和12Kbps B.6KBaud和24Kbps C.12KBaud和6Kbps D.12KBaud和24Kbps 8.对于采用窗口机制的流量控制方法，若窗口尺寸为4，则在发送3号帧并收到2号帧的确认后，还可连续发送( ) A.4帧 B.3帧 C.2帧 D.1帧 9.在HDLC的帧中，帧检验序列的长度为( ) A.64bit B.48bit C.32bit D.16bit 10.逆向路径转发算法是一种( ) A.静态路由选择算法 B.动态路由选择算法 C.多播路由选择算法 D.广播路由选择算法 11.因特网的互连层协议中不包括 ．．．( ) A.ICMP B.SNMP C.IP D.RARP
计算机网络原理计算题 1.设利用12MHz的采样频率对信号进行采样，苦量化级为4，试计算出在无噪声信道中的数据传输速率和所需的信道带宽。 解析： 根据R = 采样频率*log2(N)； 数据传输率R =12MHz*log2(4)=24Mbps； 根据采样定律：被采样信号带宽=采样频率/2； 所需信号带宽=12MHz/2=6MHz； 2.设信道带宽为2400Hz，采用PCM编码，采样周期为125us，每个样本量化为128个等级，则信道的数据速率为？ 解析： 采样频率f = 1/T = 1/0.000125 = 8000Hz 传输速率R = F * log2(N) = 56Kbps 3.设信号的采样量化级为256，若要使数据传输速率达到64Kbps，试计算出所需的无噪声信道的带宽和信号调制速率。(要求写出计算过程) 解析：根据奈圭斯特公式 C = 2H * log2(N) 即64000 = 2H * log2(256) H = 64000/2/8 = 4KHz 信号调制速率 B = 2H 即B = 8000 (baud) 4.有一受随机噪声干扰的信道，其带宽为4KHz，信噪比为30dB。试求出最大数据传输速率。 解析： 根据香农公式 C = H * log2(1+S/N) C = 4000 * log2(1+10^(30/10)) = 4000 * log2(1001) ≈40Kbps 5.假设使用调制解调器，并采用1位起始位、1位停止位、无校验位的异步传输模式，在1分钟内传输7200个汉字（双字节），调制解调器至少应达到的传输速率为多少？ 解析： 一个汉字两个字节，7200个汉字就是7200*2，1个起始位8个数据位1们停止位共10位组成一帧，求1分钟的传输速率，则： (7200*2)*(1+8+1) /60 = 2400bps； 6.调制解调器的传输速率为4800bps，并采用1位起始位，1位停止位，1位奇偶校验位的异步传输模式，求传输2400个汉字所需要的时间。(要求写出计算过程) 解析： 一个汉字两个字节.2400个汉字就是2400*2, 1个起始位8个数据位1个奇偶校验位1个终止位,一共11个位组成1帧,每帧传送一个字节,那就需：
系统稳定性意义以及稳定性的几种定义 一、引言： 研究系统的稳定性之前，我们首先要对系统的概念有初步的认识。 在数字信号处理的理论中，人们把能加工、变换数字信号的实体称作系统。由于处理数字信号的系统是在指定的时刻或时序对信号进行加工运算，所以这种系统被看作是离散时间的，也可以用基于时间的语言、表格、公式、波形等四种方法来描述。从抽象的意义来说，系统和信号都可以看作是序列。但是，系统是加工信号的机构，这点与信号是不同的。人们研究系统还要设计系统，利用系统加工信号、服务人类，系统还需要其它方法进一步描述。描述系统的方法还有符号、单位脉冲响应、差分方程和图形。 电路系统的稳定性是电路系统的一个重要问题，稳定是控制系统提出的基本要求，也保证电路工作的基本条件；不稳定系统不具备调节能力，也不能正常工作，稳定性是系统自身性之一，系统是否稳定与激励信号的情况无关。对于线性系统来说可以用几点分布来判断，也可以用劳斯稳定性判据分析。对于非线性系统的分析则比较复杂，劳斯稳定性判据和奈奎斯特稳定性判据受到一定的局限性。 二、稳定性定义： 1、是指系统受到扰动作用偏离平衡状态后，当扰动消失，系统经过自身调节能否以一定的准确度恢复到原平衡状态的性能。若当扰动消失后，系统能逐渐恢复到原来的平衡状态，则称系统是稳定的，否则称系统为不稳定。 稳定性又分为绝对稳定性和相对稳定性。 绝对稳定性。如果控制系统没有受到任何扰动，同时也没有输入信号的作用，系统的输出量保持在某一状态上，则控制系统处于平衡状态。 （1）如果线性系统在初始条件的作用下，其输出量最终返回它的平衡状态，那么这种系统是稳定的。 （2）如果线性系统的输出量呈现持续不断的等幅振荡过程，则称其为临界稳定。（临界稳定状态按李雅普洛夫的定义属于稳定的状态，但由于系统参数变化等原因，实际上等幅振荡不能维持，系统总会由于某些因素导致不稳定。因此从工程应用的角度来看，临界稳定属于不稳定系统，或称工程意义上的不稳定。） （3）如果系统在初始条件作用下，其输出量无限制地偏离其平衡状态，这称系统是不稳定的。 实际上，物理系统的输出量只能增大到一定范围，此后或者受到机械制动装置的限制，或者系统遭到破坏，也可以当输出量超过一定数值后，系统变成非线性的，从而使线性微分方程不再适用。因此，绝对稳定性是系统能够正常工作的前提。
过程控制系统管理实施细则 1.1 过程控制系统管理要求 1.1.1 过程控制系统硬件日常维护 (1) 每日按时巡检，检查主机、硬件系统、冷却风扇的运行状况，检查机柜室温度和湿度，并如实认真填写《机柜室巡检记录》。 (2) 按照规定周期做好各设备的清洁工作。 (3) 每日检查系统状态画面（或设备故障记录），检查运行中模块及卡件的指示灯状态，检查系统的网络通讯状况，具备自诊断功能的系统要检查系统诊断情况是否正常，并对以上内容进行记录。 (4) 系统的关键部件和易损件要有足够的备品备件，依据系统厂商所提供的维护手册，按照使用周期和使用年限，在具备条件的情况下，定期更换系统风扇、过滤网、冷却风扇、供电单元、硬盘、后备电池、显示单元、键盘、鼠标等易损易耗件。 (5) 建立《过程控制系统台帐》，对每套过程控制系统
的硬件组成、型号规格、技术参数、数量以及软件构成、软件版本号等信息进行全面、仔细地记录。 1.1.2 过程控制系统日常软件管理 (1) 控制系统相关软件（包括系统软件、组态工程文件、授权盘、其他相关软件等）必须有双备份，分别存放在班组和仪表车间，软件备份要注明软件名称、使用装置、备份日期、备份人，并建立软件备份管理台帐。在条件具备的情况下，每年对控制系统软件进行一次备份。 (2) 过程控制系统组态变更后，必须及时进行软件备份，并对软件备份台帐进行更新。 1.1.3 过程控制系统密码管理 (1) 过程控制系统工程师站，包括DCS系统、ESD系统、PLC系统、机组控制系统、计算机监控系统等工程师组态密码须由所在班长和技术员掌握和操作。 (2) 仪表班组人员须掌握SOE站密码，用于联锁事件查寻、故障判断及处理。 (3) 软联锁密码管理：机柜间内各控制系统及DCS系统
公式积累 1.延时=发送延时+传播延时 2.信道利用率=发送时间/总时间 3.最短帧长=2倍传播延时*数据传输速率 4.吞吐率=原始帧发送时间/现发送一帧所用时间 5.环比特长度=数据传输速率*传播延时+站点引入延迟 N 6.C=B*log 2 7.奈奎斯特理论：C=2H* log N 2 （1+S/N） 8.香农公式：C=Hlog 2 9.冲突发现时间： 同时发送：1倍传播延时 不同时发送：2倍传播延时 10．令牌环中最大帧长=数据传输速率*令牌持有时间 常用数据单位 1K=210=1024=103 1M=220=106 1G=230=109 1秒=1000ms（毫秒） 1秒=106us（微秒） 1秒=109ns（纳秒） 1字节=8bit 电磁波在有线介质中的传播速度是200m/us 数据通信考点 1．设利用12MHz的采样频率对信号进行采样，若量化级为4，试计算出在无噪声信道中的数据传输速率和所需的信道带宽。（要求写出计算过程） 2．设信号的采样量化级为256，若要使数据传输速率达到64Kbps，试计算出所需的无噪声信道的带宽和信号调制速率。(要求写出计算过程) 3．有一受随机噪声干扰的信道，其带宽为4KHz，信噪比为30dB。试求出最大数据传输速率。
局域网考点 1.设A 、B 两站位于长1km 的基带总线局域网的两端，数据传输速率为10Mbps ，信号传播速率为 200s /m μ，若A 向B 发送800bit 的数据帧，B 接收完毕该帧所需的时间是多少？若A 、B 站同时发送数据，经过多长时间两站发现冲突？ 2.A 、B 两站位于长2Km 的基带总线局域网的两端，C 站位于A 、B 站之间，数据传输速率为10Mbps ，信号传播速度为200m ／μs ，B 站接收完毕A 站发来的一帧数据所需的时间是80μs ，求数据帧的长度；若A 、C 两站同时向对方发送一帧数据，4μs 后两站发现冲突，求A 、C 两站的距离。(要求写出计算过程) 3.有一个电缆长度为1Km 的CSMA/CD 局域网，信号传播速度为光速的2/3，其最小帧长度为1000bit 。试求出数据传输速率。 4.5000个站点竞争使用一个时分ALOHA 信道，信道时隙为125us ，各站点每小时发出36次请求。试计算总的信道载荷。(信道载荷指请求次数与时隙的比值) 5.有一个电缆长度为2Km 的CSMA ／CD 局域网，数据传输速率为10Mbps ，信号传播速度为光速的2／3，数据帧长度是512bit(包括32bit 开销)，传输成功后的第一个时隙留给接收方，用于捕获信道并发送一个32bit 的确认帧。假设没有冲突发生，试求出有效的数据传输速率(不包括开销)。(光速值为3×105Km/s) 异步传输考点 1.调制解调器的传输速率为4800bps ，并采用1位起始位，1位停止位，1位奇偶校验位的异步传输模式，求传输2400个汉字所需要的时间。(要求写出计算过程) 2.假设使用调制解调器，并采用1位起始位、1位停止位、无校验位的异步传输模式，在1分钟内 传输7200个汉字，调制解调器至少应达到的传输速率为多少？ 差错控制编码考点: 1．已知发送方采用CRC 校验方法，生成多项式为X4+X3+1，若接收方收到的二进制数字序列为101110110101，请判断数据传输过程中是否出错。(要求写出计算过程) 2．设要发送的二进制数据为10110011，若采用CRC 校验方法，生成多项式为1X X 3 4++，试求出实际发送的二进制数字序列。（要求写出计算过程） 其他 1.有一个100Mbps 的令牌环网络，令牌环行时间是120μs ，每个主机在每次得到令牌后可以发送
MES对过程控制系统（PCS）的数据采集1 引言 随着计算机信息技术的高速发展、软件应用技术的不断普及、企业信息化建设经验的不断积累和计算机信息管理系统应用水平的提高，使企业深刻地认识到走信息集成化道路的重要性。实施信息集成化技术，已成为企业信息化建设发展的一种必然选择。在流程制造行业的企业信息化建设中，位于底层车间进行生产控制的是以先进控制、操作优化为代表的过程控制系统（PCS），PCS强调的是通过控制优化，减少人为因素的影响，提高产品的质量与系统的运行效率；而位于上层的企业计划系统（ERP），强调的是企业的计划性。尽管这两类系统的推广取得了一定效果，但却忽略了两者之间的有效配合，导致企业上层经营管理缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。为此，将经营计划与生产过程统一起来的生产执行系统（MES）应运而生。 2 MES系统功能及构成 MES（Manufacturing Execution System）即制造执行系统，俗称生产执行系统。MES位于企业信息计划系统（ERP／SCM）和过程控制系统（PCS）的中间位置，过程控制系统包括分散控制系统（DCS）和安全仪表系统（SIS）等。ERP作为业务管理系统，DCS／SIS属于控制系统，而MES则是生产执行系统。MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，一是把业务计划指令传达到生产现场，二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES不单是面向生产现场的系统，而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，连结现场层和经营层，通过实时数据库传输基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供企业计划系统与过程控制系统之间的通信功能，是应用于企业的重要信息系统。其具体功能如下： 2.1 资源分配、状态及人力资源管理 管理设备、工具、人员物料、以及其他生产实体，满足生产计划的要求对其所作的预定和调度，用以保证生产的正常进行；提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运转。为单位提供每个人的状态，通过时间对比，出勤报告，行为跟踪及行为（包含资财及工具准备作业）为基础的费用等为基准，实现对人力资源间接行为的跟踪管理。 2.2 工序详细调度及生产单元分配 提供与指定生产单元相关的优先级（Priorities）、属性（Attributes）、特征（Characteristic）以及处方（Recipes）等，通过基于有限能力的调度考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，实现良好的作业顺序，并最大限度地减少生产过程中的准备时间。以作业、订单、批量、成批和工作单等形式来管理生产单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进
长时延丢包网络控制系统的分析与建模 江卷，朱其新 华东交通大学电气学院，南昌（330013） E-mail：broading@https://www.doczj.com/doc/799984376.html, 摘要：本文分析了网络控制系统中的主要问题，在传感器为时间驱动，控制器和执行器为事件驱动的前提下，提出了在综合考虑网络诱导时延、时序错乱和数据包丢失时网络控制系统的建模方法，并得出了网络控制系统模型。 关键词：网络控制系统；长时延；数据包丢失；建模 1.引言 网络控制系统（networked control systems,简记为NCS）是指通过网络形成闭环的反馈控制系统，是控制科学和飞速发展的计算机网络、以及通讯技术相结合的产物。NCS与传统的点对点结构的系统相比，减少了复杂的物理连接、可以实现资源共享、实现远程操作与控制、具有高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加了系统的灵活性和可靠性等诸多优点。正因为这些优点使得网络控制系统得到广泛的应用，网络控制问题也得到了国际控制科学界和计算机科学界的广泛关注。 网络控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。传感器和控制器以及控制器和执行器之间是通过网络进行数据传输的。网络控制系统（NCS）的结构如图1所示。 图1 网络控制系统结构示意图 由于网络加入控制系统中，给控制系统带来优点的同时，也给控制系统的研究带来了新的机遇和挑战。在网络中由于不可避免地存在网络阻塞和连接中断，这又会导致网络数据包的时序错乱和数据包的丢失。NCS中的网络诱导时延会降低系统性能甚至引起系统不稳定，现在时延系统的分析和建模近年来已取得很大发展。文献【1, 2】提出了通过在系统的数据接收端设置一定长度的缓冲区的方法将ICCS的随机时延转化成一确定性时延，从而将一随机时变的系统转换成一确定性系统，并基于该确定性模型设计了ICCS的多步时延补偿器，并检验了系统模型中含有不确定参数时该补偿算法的鲁棒性。文献【3】出了一种多输入多输出ICCS的时延补偿算法，并将使用下一步预测的标准环路传递再生方法推广到多步预测的情况。由于NCS的确定性控制方法人为地扩大了网络诱导时延，从而降低了系统的性能因此很多学者研究了NCS的随机控制方法。文献【4】分析了ICCS的网络诱导时延，在时延分析中考虑了信号丢失(message rejection)和无效采样(vacant sampling)，并基于控制器的离
计算机网络原理计算题 及答案 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.
计算机网络原理计算题1.设利用12MHz的采样频率对信号进行采样，苦量化级为4，试计算出在无噪声信道中的数据传输速率和所需的信道带宽。 解析： 根据R = 采样频率*log2(N)； 数据传输率R =12MHz*log2(4)=24Mbps； 根据采样定律：被采样信号带宽=采样频率/2； 所需信号带宽=12MHz/2=6MHz； 2.设信道带宽为2400Hz，采用PCM编码，采样周期为125us，每个样本量化为128个等级，则信道的数据速率为？ 解析： 采样频率f = 1/T = 1/ = 8000Hz 传输速率R = F * log2(N) = 56Kbps 3.设信号的采样量化级为256，若要使数据传输速率达到64Kbps，试计算出所需的无噪声信道的带宽和信号调制速率。(要求写出计算过程)
解析：根据奈圭斯特公式 C = 2H * log2(N) 即 64000 = 2H * log2(256) H = 64000/2/8 = 4KHz 信号调制速率 B = 2H 即 B = 8000 (baud) 4.有一受随机噪声干扰的信道，其带宽为4KHz，信噪比为30dB。试求出最大数据传输速率。 解析： 根据香农公式 C = H * log2(1+S/N) C = 4000 * log2(1+10^(30/10)) = 4000 * log2(1001) ≈ 40Kbps 5.假设使用调制解调器，并采用1位起始位、1位停止位、无校验位的异步传输模式，在1分钟内传输7200个汉字（双字节），调制解调器至少应达到的传输速率为多少？ 解析： 一个汉字两个字节，7200个汉字就是7200*2，1个起始位8个数据位1们停止位共10位组成一帧，求1分钟的传输速率，则： (7200*2)*(1+8+1) /60 = 2400bps；
第一章 概述 习题1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x(bit)。从源站到目的站共经过k 段链路，每段链路的传播时延为d(s)，数据率为b (b/s)。在电路交换时电路的建立时间为s (s)。在分组交换时分组长度为p (bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？ 解：采用电路交换：端到端时延：kd b x s t c ++= 采用分组交换：端到端时延：kd b x b p k t p ++-=)1(， 这里假定p x >>，即不考虑报文分割成分组后的零头。 欲使c p t t <，必须满足s b p k <-)1( 习题1-11在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x 和（p+h ）（bit ），其中p 为分组的数据部分的长度，而h 为每个分组所带的控制信息固定长度，与p 的大小无关。通信的两端共经过k 段链路。链路的数据率为b （bit/s ），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p 应取为多大？ 答：分组个数x/p ， 传输的总比特数：(p+h)x/p 源发送时延：(p+h)x/pb 最后一个分组经过k-1个分组交换机的转发，中间发送时延：(k-1)(p+h)/b 总发送时延D=源发送时延+中间发送时延 D=(p+h)x/pb+(k-1)(p+h)/b 令其对p 的导数等于0，求极值 p=√hx/(k-1) 习题1-20 收发两端之间的传输距离为1000km ，信号在媒体上的传播速率为s m /1028 ?。试计算以下两种情况的发送时延的传播时延： （1） 数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s 。 （2） 数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s 。 解：（1）发送时延：s t s 10010105 7 == 传播时延：s t p 005.010 21086 =?= （2）发送时延：s t s μ110109 3 == 传播时延：s t p 005.010 21086 =?= 习题1-21 假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L 分别为： （1）10cm （网络接口卡） （2）100m （局域网） （3）100km （城域网） （4）5000km （广域网）
第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =
故传函为： 232323123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问： （1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？ （2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？ （3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：
网络控制系统时延研究综述 胡晓娅，朱德森，汪秉文 （华中科技大学控制科学与工程系，武汉430074） 摘要：网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延在不同程度上降低了系统的控制性能，甚至会造成系统的不稳定。本文就网络控制系统所带来的时延问题进行了详细地分析；根据两种闭环网络控制系统时延模型，对目前关于时延问题的常用分析与研究方法进行了论述和总结。在此基础上，进一步分析了闭环网络控制系统设计中针对时延问题尚待解决的问题以及一些新的研究方向。 关键词：网络控制系统随机时延控制策略调度算法 1 引言 随着计算机网络的广泛使用和网络技术的不断发展，控制系统的结构正在发生变化。使用专用或公用计算机网络代替传统控制系统中的点对点结构，实现传感器、控制器和执行器等系统组件之间的控制信息可以相互传递的系统，不仅在部件散布在大范围区域的广域分布式系统(如大型工业过程控制系统)中，甚至在集中的小型局域系统中(如航天器、舰船以及新型高性能汽车等)都正在或者将要得到使用。在这样的控制系统中，检测、控制、协调和指令等各种信号均可通过公用数据网络进行传输，而估计、控制和诊断等功能也可以在不同的网络节点中分布执行。通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(Networked Control Systems，简记为ＮＣＳ)。ＮＣＳ与传统的点对点结构的系统相比，具有可以实现资源共享、远程操作与控制、较高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性和可靠性等诸多优点[１-3]。另外，使用无线网络技术还可以实现用大量广泛散布的廉价传感器与远距离的控制器、执行器构成某些特殊用途的ＮＣＳ，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。 但是ＮＣＳ在通过共享网络资源给控制系统带来各种优点的同时，也给系统和控制理论的研究带来了新的机遇和挑战。例如，由于信道竞争、物理信号编码和通信协议处理等带来的额外开销，在控制器、执行器和传感器之间不可避免地引入了不同类型的时延，这些时延统称为网络时延。根据所采用的网络协议和设备的不同，这类时延可能是确定的、有界的或随机的，它们在不同程度上降低了系统的控制性能，甚至造成系统的不稳定。尤其当网络上存在多个控制回路时，网络时延会使各回路之间产生耦合，从而使网络控制系统的分析和设计更加复杂[4，5]。因此，网络通信带来的端到端的时延是研究NCS的关键因素，既要减小时延降低其不确定性，又要克服时延对控制系统的不利影响。 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助（20020487023） - 1 -
1. 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共 x ( bit )，从源站到目的站共经 过 k 段链路，每段链路的传播时延为 d ( s )，数据率为 C ( bit/s )。在电路交换时电路的建立时 间为s ( s )。在分组交换时分组长度为 p (bit ),且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎 样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？ 答： 对电路交换，当 t=s 时，链路建立； 当 t=s+x/C ，发送完最后一 bit ； 当 t=s+x/C+kd ，所有的信息到达目的地。 对分组交换，当 t=x/C ， 发送完最后一 bit ； 为到达目的地，最后一个分组需经过 k-1 个分组交换机的转发， 每次转发的时间为 p/C ， 所以总的延迟 = x/C+(k-1)p/C+kd 所以当分组交换的时延小于电路交换 x/C+(k-1)p/C+kd < s+x/C+kd 时， (k-1)p/C < s A 向主机 B 连续发送了两个 TCP 报文段，其序号分别为 70和100。试问： 第一个报文段携带了多少个字节的数据？ 主机B 收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少？ 如果主机B 收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是 180，试问A 发送的第二个 报文段中的数据有多少字节？ (4)如果A 发送的第一个报文段丢失了， 但第二个报文段到达了 Bo B 在第二个报文段到达 后向A 发送确认。试问这个确认号应为多少？ 解： (1)第一个报文段的数据序号是 70到 99，共 30字节的数据。 (2)确认号应为 100. ( 3) 80 字节。 ( 4) 70 3. 通信信道带宽为1Gb /s ，端到端时延为10mso TCP 的发送窗口为65535字节。试问：可能达 到的最 大吞吐量是多少 ? 信道的利用率是多少 ? 答： L=65536X 8+40X 8=524600 C=10 9 b/s L/C=0.0005246s Td=10X10-3 s Throughput=L/(L/C+2 Efficiency=L/(L/C+2 最大吞吐量为 25.5Mb/s 。信道利用率为 25.5/1000=2.55% 4.收发两端之间的传输距离为 1000km ,信号在媒体上的传播速率为 2 X 108 m/s 。试计算以下 两种情况的发送时延和传播时延： ( 1 ) 数据长度为 107 bit ，数据发送速率为 100kbit/s ，传播距离为 1000km 。 (2) 数据长度为 103 bit ，数据发送速率为 1Gbit/s 。 从以上计算结果可以得出什么结论？ 答：(1)：发送延迟 =107 / (100 X 1000)=100s 8 -3 传播延迟 =1000X 1000/ (2X 108)=5X 10-3 s=5ms 2. 主机 (1) ( 2) ( 3 X Td)=524600/0.0205246=25.5Mb/s
网络控制系统的发展现状及展望
有关网络控制系统的发展现状及展望的读书报告 1.概述 计算机技术和通信技术的飞速发展, 使网络应用在全球范围内日益普及, 并渗透到社会生活的各个领域。在控制领域，网络已逐渐进入人们的视野，并引领控制系统的结构发生着变化。通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍。这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统（NCSS）与传统点对点结构的控制系统相比。NCSS具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点。若采用无线网络，NCSS还可以实现某些特殊用途的控制系统，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。NCSS的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、 航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用。 然而，网络并不是一种可靠的通信介质。由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题。这些问题是恶化系统性能以及导致NCSS不稳定的重要原因，并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSS的分析和设计。为保证NCSS稳定并具有满意的控制性能，必须深入研究NCSS并发展与其相适应的分析和设计理论。近年来，NCSS的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注，相关文献层出不穷。本文力图回顾近年来这一领域的重要成果，总结并指出这一领域下一步的发展方向和有待解决的新课题。 2.网络控制中的基本问题 2.1 时延 由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延。网络时延受网络协议、负载状况、网络传输速率以及数据包大小等因素的综合影响，其数值变化可呈现随机、时变等特性。在NCSS的研究中，时延的数学描述主要采用以下3类模型: 固定时延模型、具有上下界的随机时延模型以及符合某种概率分布的概率时延模型。 2.2 丢包 由于网络节点的缓冲区溢出、路由器拥塞、连接中断等原因，数据包在网络传输中会出现丢失现象；丢包受网络协议、负载状况等因素的综合影响，通常具有随机性、突发性等特点。在NCSS的研究中，丢包的数学描述主要有以下两种方法: 1）确定性方法: 该方法通常采用平均丢包率或最大连续丢包量来描述丢
过程控制系统习题解 答
《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段 50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段 60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段 80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？
计算题 第一章 1.收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延： （1）数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。 （2）数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。 从上面的计算中可以得到什么样的结论？ 2.假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为： （1）10cm（网络接口卡） （2）100m（局域网） （3）100km（城域网） （4）5000km（广域网） 试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。 3.长度为100字节的应用层数据交给传输层传送，需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部工18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。 若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？ 第二章 1.假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）? 2.假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示？这个结果说明什么问题？） 3.用香农公式计算一下，假定信道带宽为为3100Hz，最大信道传输速率为
35Kb/ｓ，那么若想使最大信道传输速率增加６０％，问信噪比Ｓ/Ｎ应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比Ｓ/Ｎ应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比Ｓ/Ｎ再增大到十倍，问最大信息速率能否再增加２０％？ 4.共有4个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为 A：（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1） B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1） C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1） D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1） 现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？ 第三章 1.要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P（X）=X4+X+1。试求应添加在数据后面的余数。数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？ 2.要发送的数据为101110。采用CRCD 生成多项式是P（X）=X3+1。试求应添加在数据后面的余数。 3.一个PPP帧的数据部分（用十六进制写出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？ 第四章 1.（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？ （2）一网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少个主机？ （3）一A类网络和一B网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个子网掩码有何不同？ （4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？ （5）一A类网络的子网掩码为255.255.0.255；它是否为一个有效的子网掩
有关网络控制系统的发展现状及展望的读书报告 1.概述 计算机技术和通信技术的飞速发展, 使网络应用在全球范围内日益普及, 并渗透到社会生活的各个领域。在控制领域，网络已逐渐进入人们的视野，并引领控制系统的结构发生着变化。通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍。这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统（NCSS）与传统点对点结构的控制系统相比。NCSS具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点。若采用无线网络，NCSS还可以实现某些特殊用途的控制系统，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。NCSS的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用。 然而，网络并不是一种可靠的通信介质。由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题。这些问题是恶化系统性能以及导致NCSS不稳定的重要原因，并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSS的分析和设计。为保证NCSS稳定并具有满意的控制性能，必须深入研究NCSS并发展与其相适应的分析和设计理论。近年来，NCSS的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注，相关文献层出不穷。本文力图回顾近年来这一领域的重要成果，总结并指出这一领域下一步的发展方向和有待解决的新课题。 2.网络控制中的基本问题 2.1 时延 由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延。网络时延受网络协议、负载状况、网络传输速率以及数据包大小等因素的综合影响，其数值变化可呈现随机、时变等特性。在NCSS的研究中，时延的数学描述主要采用以下3类模型: 固定时延模型、具有上下界的随机时延模型以及符合某种概率分布的概率时延模型。 2.2 丢包 由于网络节点的缓冲区溢出、路由器拥塞、连接中断等原因，数据包在网络传输中会出现丢失现象；丢包受网络协议、负载状况等因素的综合影响，通常具有随机性、突发性等特点。在NCSS的研究中，丢包的数学描述主要有以下两种方法: 1）确定性方法: 该方法通常采用平均丢包率或最大连续丢包量来描述丢包； 2）概率方法: 该方法假设丢包满足某种概率分布，如有限状态的Markov过程、Berno分布等，并采用相应的概率模型来描述丢包。 2.3 时序错乱 由于数据包传输路径不唯一、且不同路径的传输时延亦不尽相同，数据包到达目的节点的时序可能发生错乱。数据包的时序错乱是随机性网络时延的衍生现象，因而时序错乱亦能恶化NCSS的控制性能甚至造成系统不稳定。 2.4 单包传输和多包传输 以数据包形式传输信息是NCSS有别于传统控制系统的重要特点之一。根据传输策略不同，NCSS的数据传输分为单包传输和多包传输两种情况。单包传输
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1 残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（∞）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；