IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL, VOL. 54, NO. 7, JULY 2009
Abstractions, Architecture, Mechanisms, and a Middleware for Networked Control
Abstract—We focus on the mechanism half of the policy-mechanism divide for networked control systems, and address the issue of what are the appropriate abstractions and architecture to facilitate their development and deployment. We propose an abstraction of “virtual collocation” and its realization by the software infrastructure of middleware. Control applications are to be developed as a collection of software components that communicate with each other through the middleware, called Etherware. The middleware handles the complexities of network operation, such as addressing, start-up, configuration and interfaces, by encapsulating application components in “Shells” which mediate component interactions with the rest of the system. The middleware also provides mechanisms to alleviate the effects of uncertain delays and packet losses over wireless channels, component failures, and distributed clocks. This is done through externalization of component state, with primitives to capture and reuse it for component restarts, upgrades, and migration, and through services such as clock synchronization. We further propose an accompanying use of local temporal autonomy for reliability, and describe the implementation as well as some experimental results over a traffic control testbed.
Index Terms—Abstractions, architecture, mechanisms, middleware, networked control, networked embedded control systems, third generation control.
انتزاعها[1]، معماری، مکانیزمها، و میانافزاری برای کنترل شبکهای
چکیده
بر مکانیزمی که نصف بخش مکانیزم-سیاست[2] برای سیستمهای کنترل شبکهای است تمرکز میکنیم، و به موضوع شناخت انتزاعها و معماری مناسب به منظور تسهیل ساخت و به کارگیری آنها میپردازیم. انتزاع"نگهداریمجازی"[3] و تحقق آن با زیرساختهای میانافزاری را ارائه میدهیم. کاربردهای کنترلی بایستی بصورت مجموعهای از اجزای نرمافزاری که از طریق میانافزارها با هم در ارتباط هستند و اتِرافزار[4]نامیده میشوند ساخته شوند. میانافزاربا یکجا قرار دادن اجزای برنامه در "پوستهها"به کار بر روی پیچیدگیهای عملیاتی شبکه، مانند آدرسدهی، راه اندازی، پیکربندی و رابطها میپردازد که تعامل اجزابا بقیه سیستمرا میسر میسازد. میانافزار همچنین مکانیزمهایی را فراهم میکند تا اثرات تأخیر نامشخص و تلفات بسته در کانالهای بیسیم، خرابی اجزا، و ساعتهای توزیعی را بهبود دهد. این کار از طریق خارج کردن حالت اجزا، با المانهای اولیه برای گرفتن و استفاده مجدد از آن برای شروع مجدد، ارتقا و جابجایی جزء از طریق خدماتیهمانند همزمانسازی ساعتانجام میشود. پیشتر، استفاده همراه از استقلال زمانی برای قابلیت اطمینان را ارائه میدهیم و پیادهسازی و همچنین برخی از نتایج آزمایشگاهی بر روی یک بستر آزمایشی کنترل ترافیک را توضیح میدهیم.
واژگان کلیدی
انتزاعها، معماری، مکانیزمها، میانافزار،کنترل شبکهای، سیستمهای کنترل تعبیه شده شبکه،کنترل نسل سوم.
[1]Abstraction
[2]Policy-mechanism divide
[3]Virtual collocation
[4]Etherware