r>[0066] 接下來，參見圖2所示，為實(shí)施例二提供的一種WS延時(shí)抖動緩沖方法示意圖，其中 包括如下步驟：
[0067] S201:在控制器與執(zhí)行器(被控物理系統(tǒng)端）的接受與發(fā)送數(shù)據(jù)包中添加一個(gè)函 數(shù)，該函數(shù)用于獲取當(dāng)前設(shè)備的物理時(shí)間。執(zhí)行器與控制器在收到數(shù)據(jù)包時(shí)立刻給對方返 回一個(gè)數(shù)據(jù)包，時(shí)間間隔忽略為0。例如執(zhí)行器在接收到第i個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)候記錄當(dāng)前系統(tǒng) 時(shí)間ti，立刻向控制器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包。控制器接收到第j個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)候記錄當(dāng)前時(shí)間tj， 立刻向執(zhí)行器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，如此循環(huán)。在被控物理系統(tǒng)端記錄的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延記為RTTpcp， 在控制器端記錄的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延記為RTTcpc。
[006引 S202:利用W下公式計(jì)算出所有時(shí)刻傳送數(shù)據(jù)包的單邊時(shí)延變量；;x(/)和/1,，將^ 存入一滑動窗口；
[0069] l"W = IAi)-fp'ii-\) = RTT'Ji -A-民 TT,;'i人 i -\) = (t j 苗-唉-ti_
[0070] '%(/)二 -1)二巧rr":,,灼-'R77;',' (/ - r)二(/, I - O -玲-
[0071] 所述滑動窗口的大小為W，用于記錄距離當(dāng)前時(shí)間最近的W個(gè)g,值：f,(〇)、
[0072] /pf(〇表示第i個(gè)數(shù)據(jù)包從終端節(jié)點(diǎn)（被控物理系統(tǒng)端）到控制器端的傳輸時(shí)間和 第i-1個(gè)數(shù)據(jù)包從終端節(jié)點(diǎn)(被控物理系統(tǒng)端)到控制器端的傳輸時(shí)間的時(shí)間差值；
[0073] >^,(0表示第i個(gè)數(shù)據(jù)包從控制器端到終端節(jié)點(diǎn)(被控物理系統(tǒng)端)的傳輸時(shí)間和第 i-1個(gè)數(shù)據(jù)包從控制器端到終端節(jié)點(diǎn)(被控物理系統(tǒng)端)的傳輸時(shí)間的差值。
[0074] S203:當(dāng)皆填滿所述滑動窗口后，利用拉伊達(dá)準(zhǔn)則處理滑動窗口中的數(shù)據(jù)，剔除較 大的單邊時(shí)延變量 O
[00巧]具體地，先計(jì)算滑動窗口中巧,集合的標(biāo)準(zhǔn)差，然后利用拉依達(dá)準(zhǔn)則剔除較大的抖 動數(shù)據(jù)(異常值）。所述拉伊達(dá)準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0076] Vd= |Xd-X|>3〇(l <d<n)
[0077] 其中；
[0078] Xd為樣本中的數(shù)據(jù)；
[0079] X為樣本的期望值；
[0080] Vd為數(shù)據(jù)域期望值的偏差。
[0081 ] S204:利用公式Y(jié)( i+1) = Q X x+( 1-a) X Y( i)，對窗口中的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射變換。
[0082] 將步驟S203處理過的滑動窗口中的數(shù)值進(jìn)行映射變換fi:
[0083] Y(i+l)=aXx+(l-a)XY(i),
[0084] 得到一組規(guī)律性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)存入滑動窗口。
[0085] S205:對于經(jīng)處理后的滑動窗口中的數(shù)據(jù)，利用導(dǎo)數(shù)最小二乘預(yù)測模型求解第一 預(yù)測值，即W+1時(shí)刻的預(yù)測值S(w+1)。
[0086] 具體而言，可W采用四參數(shù)幕函數(shù)模型或=參數(shù)指數(shù)函數(shù)模型任意一種模型即 可。其中，所述四參數(shù)幕函數(shù)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0087] s(w+l+j) =a+c(w+l+j)?
[0088] p(ws+l+j) = (s(w+l+j)-(l-c〇 Xs(w+j))/曰
[0089] 其中，a，c和m為待定參數(shù);w+l+j為經(jīng)過映射變換的時(shí)間序列；s(w+l+j)為根據(jù)模 型計(jì)算的值;P(ws+l+j)為映射變換逆變換后的預(yù)測值；
[0090] 所述=參數(shù)指數(shù)函數(shù)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0091] s(w+l+j)=a+ce(w+W)
[0092] p(ws+l+j) = (s(w+l+j)-(l-c〇 Xs(w+j))/曰
[0093] 其中，a，c和m為待定參數(shù);w+l+j為經(jīng)過映射變換的時(shí)間序列；s(w+l+j)為根據(jù)模 型計(jì)算的值;P(ws+l+j)為映射變換逆變換后的預(yù)測值。
[0094] S206:對求得的預(yù)測值P (WS+1+j)進(jìn)行逆映射f 1-1:
[00 巧]x(w+l) = (Y(w+l)-(l-a)XY(w))/a。
[0096] S207-S209:對經(jīng)過步驟S203處理過的，滑動窗口內(nèi)的觀測值進(jìn)行排序，取其中 第U%位的觀測值，將此觀測值與p(ws+l + j)進(jìn)行大小比較，取較大者作為預(yù)測值巧C '田
[0097] S210:將得到的Zi,;帶入公式r(/) = WT;,,,, (/ - 1)十/';，,（/) + ；:,，(/)，就能得到往返時(shí)延 RTT的預(yù)測值，即反饋延遲預(yù)測值、反饋延遲區(qū)的大小。
[0098] S211-S213:每有一個(gè)新的觀測值^ .，則重復(fù)進(jìn)行上面的操作，計(jì)算新的預(yù)測值，隨 后滑動窗口向前滑動一格，并將新的觀測值加入到滑動窗口中。
[0099] 本發(fā)明所提出的方法可W合理設(shè)置反饋延遲區(qū)的大小，平滑網(wǎng)絡(luò)抖動，而需各個(gè) 系統(tǒng)模塊時(shí)鐘同步，不會引入同步算法誤差，同時(shí)，能夠有效地減少網(wǎng)絡(luò)延遲抖動中的異常 值，更加精確地預(yù)測網(wǎng)絡(luò)中延時(shí)抖動大小的變化，與其他方法相比，預(yù)測值的均值和方差更 小，具有一定的優(yōu)越性。
[0100] 圖3、圖4為本發(fā)明中的導(dǎo)數(shù)最小二乘預(yù)測法(DLS)與現(xiàn)有的其他方法化SM，MAM， ESM(又稱為ESP))的效果比較圖，圖3為基于均勻分布的四種抖動緩沖方法均值與方差比較 圖，圖4為基于化reto分布的四種抖動緩沖方法均值與方差比較圖。其中，DLS-F表示基于四 參數(shù)幕函數(shù)模型的結(jié)果，DLS-T表示基于S參數(shù)指數(shù)函數(shù)模型的結(jié)果。由運(yùn)兩幅圖中可W看 出，無論均勻分布還是化reto分布哪一種情況下，本發(fā)明所提出的導(dǎo)數(shù)最小二乘預(yù)測法 扣LS)的效果均優(yōu)于現(xiàn)有的其他S種方法，運(yùn)也證明了本發(fā)明所提出的技術(shù)方案的有效性。
[0101] 本發(fā)明說明書中所給出的實(shí)施例均為示例性的，僅僅為了解釋和說明本發(fā)明所提 出的技術(shù)方案，而并非對本發(fā)明所述技術(shù)方案的具體限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種WS延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，包括： 獲取網(wǎng)絡(luò)延遲初始數(shù)據(jù)； 設(shè)置一個(gè)滑動窗口，用于記錄距離當(dāng)前時(shí)間最近的若干個(gè)單邊時(shí)延變量； 剔除滑動窗口中較大的單邊時(shí)延變量； 對滑動窗口中剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射變換； 針對經(jīng)映射變換后的數(shù)據(jù)，利用導(dǎo)數(shù)最小二乘預(yù)測模型求解第一預(yù)測值； 對所述第一預(yù)測值進(jìn)行逆映射； 針對經(jīng)逆映射變換后的數(shù)據(jù)，W及經(jīng)排序后的所述滑動窗口中的剩余數(shù)據(jù)的第U%位 數(shù)據(jù)，選取較大者作為第二預(yù)測值;其中，所述U %根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置； 根據(jù)該第二預(yù)測值計(jì)算反饋延遲預(yù)測值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)延遲初始數(shù)據(jù)服從 均勻分布和化reto分布。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述剔除滑動窗口中較大的 單邊時(shí)延變量，包括： 計(jì)算所述滑動窗口中的數(shù)據(jù)集合的標(biāo)準(zhǔn)差，并利用拉依達(dá)準(zhǔn)則剔除較大的抖動數(shù)據(jù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述對滑動窗口中剩余的數(shù) 據(jù)進(jìn)行映射變換，通過W下方式實(shí)現(xiàn)： Y(i+l)=aXx+(l-a)XY(i) 其中，Y( i)為第i次觀測值的映射變換，Y( i + 1)為第i + 1次觀測值的映射變換，a表示變 換系數(shù)，ae(〇，l)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述變換系數(shù)a = 0.6~0.9。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述導(dǎo)數(shù)最小二乘預(yù)測模型 包括W下至少一種：四參數(shù)幕函數(shù)模型、=參數(shù)指數(shù)函數(shù)模型； 其中，所述四參數(shù)幕函數(shù)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： S(W+l + j) =a+C(W+l + j)m p(ws+l+j) = (s(w+l+j)-(1-a)X s(w+j))/a 其中，a，c和m為待定參數(shù);w+l+j為經(jīng)過映射變換的時(shí)間序列；s(w+l+j)為根據(jù)模型計(jì) 算的值;P(ws+l+j)為映射變換逆變換后的預(yù)測值； 所述=參數(shù)指數(shù)函數(shù)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： s(w+l+j) =a+ce(w+i+j) p(ws+l+j) = (s(w+l+j)-(1-a)X s(w+j))/a 其中，a，c和m為待定參數(shù);w+l+j為經(jīng)過映射變換的時(shí)間序列；s(w+l+j)為根據(jù)模型計(jì) 算的值;P(ws+l+j)為映射變換逆變換后的預(yù)測值。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述對所述第一預(yù)測值進(jìn)行 逆映射，通過W下方式實(shí)現(xiàn)： x(w+l) = (Y(w+l)-(l-a) XY(w))/a 其中，x(w+l)為所述逆映射的結(jié)果，Y(W)為第W次觀測值的映射變換，Y(w+1)為第w+1次 觀測值的映射變換，a表示變換系數(shù)，a E (0，1)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，所述根據(jù)該第二預(yù)測值計(jì)算 反饋延遲預(yù)測值，通過W下方式實(shí)現(xiàn)： [,=(',.-',.-1)+么腳+?1,腳. I換么娜. 其中： Tl表示第i個(gè)數(shù)據(jù)包的反饋延遲預(yù)測值，即反饋延遲區(qū)的大小； ti表示第i個(gè)數(shù)據(jù)包從控制器端發(fā)出到達(dá)終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻，i = 0，l，2,3,......，n; tj表示第j個(gè)數(shù)據(jù)包從終端節(jié)點(diǎn)發(fā)出到達(dá)控制器端的時(shí)刻，j = 0,1,2,3,......，n; /p。:尚表示第i個(gè)數(shù)據(jù)包從終端節(jié)點(diǎn)到控制器端的傳輸時(shí)間和第個(gè)數(shù)據(jù)包從終 端節(jié)點(diǎn)到控制器端的傳輸時(shí)間的時(shí)間差值； 表示第i個(gè)數(shù)據(jù)包從控制器端到終端節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間和第個(gè)數(shù)據(jù)包從 控制器端到終端節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間的差值； 巧,,W表示的預(yù)測值。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于，還包括： 通過驗(yàn)證反饋延遲預(yù)測值是否服從均勻分布和Pareto分布來檢驗(yàn)該方法的有效性。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的延時(shí)抖動緩沖方法，其特征在于： 所述網(wǎng)絡(luò)是WS設(shè)及的無線網(wǎng)絡(luò)。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種CPS延時(shí)抖動緩沖方法，其包括：獲取網(wǎng)絡(luò)延遲初始數(shù)據(jù)；設(shè)置一個(gè)滑動窗口，用于記錄距離當(dāng)前時(shí)間最近的若干個(gè)單邊時(shí)延變量；剔除滑動窗口中較大的單邊時(shí)延變量；對滑動窗口中剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射變換；針對經(jīng)映射變換后的數(shù)據(jù)，利用導(dǎo)數(shù)最小二乘預(yù)測模型求解第一預(yù)測值；對所述第一預(yù)測值進(jìn)行逆映射；針對經(jīng)逆映射變換后的數(shù)據(jù)，以及經(jīng)排序后的所述滑動窗口中的剩余數(shù)據(jù)的第u％位數(shù)據(jù)，選取較大者作為第二預(yù)測值；其中，所述u％根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置；根據(jù)該第二預(yù)測值計(jì)算反饋延遲預(yù)測值。所述方法可以合理設(shè)置反饋延遲區(qū)的大小，平滑網(wǎng)絡(luò)抖動。
【IPC分類】H04W56/00, H04W84/18
【公開號】CN105517141
【申請?zhí)枴緾N201510882712
【發(fā)明人】劉萍, 范龍, 張克龍, 包翰榕, 王廣智
【申請人】航天恒星科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月4日