計算機專業研究生論文開題報告范文(最新)

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　　Internet環境下遙操作機器人系統傳輸時延研;一、選題背景及其意義;遙操作就是遠距離操作，是在遠方人的行為動作遠距離;基于Internet的遙操作機器人是指將機器人與;其中，數據傳輸是遙操作機器人系統的一個非常重要的;基于Internet的遙操作機器人系統，一方面得;目前，對于遙操作機器人系統網絡時延問題應對策略的;二、國內外研究動態;在很長一段時間，關

　　Internet環境下遙操作機器人系統傳輸時延研究

　　一、選題背景及其意義

　　遙操作就是遠距離操作，是在遠方人的行為動作遠距離作用下，使事物產生運動變化。遙操作是一種基礎技術，應用領域相當廣泛，如機器人領域、航空航天領域、基礎科學試驗、核工程、海底與遠洋作業等。遙操作技術使移動機器人到達艱險的環境，通過機器人完成特定的任務，從而可以使人遠離艱險的工作環境。

　　基于Internet的遙操作機器人是指將機器人與Internet連接，使人們可以在任何地方通過瀏覽器訪問機器人，實現對機器人的遠程監視和控制。它以Internet 為構架，不僅降低了遙操作系統的成本，也使機器人為Internet上越來越多的人們所熟悉和共享。

　　其中，數據傳輸是遙操作機器人系統的一個非常重要的組成部分。從通信領域來說，分為無線和有線數據傳輸。隨著Internet的出現及廣泛應用，通過Internet進行數據傳輸，實現遠距離遙控機器人越來越成為一個重要研究方向。

　　基于Internet的遙操作機器人系統，一方面得益于網絡傳輸的顯著優勢，網絡資源廉價、普及范圍廣、所需硬件少;另一方面，Internet上數據流具有多樣性，遙操作機器人系統必需的實時性特點所需要的高優先級必然不能達到。同時，Internet本身固有的特點，由于網絡延時和負荷變化所具有的隨機性、可變性和不可預測性引起了遙操作控制過程中的隨機時延及延遲抖動，遙操作機器人系統的可控性、穩定性及透明度都受到負面影響。

　　具有臨場感效果的遙操作機器人系統應用于太空活動和深海探測等距離遙遠的地方，但遠地從機器人與本地操作者之間長達幾秒到幾十秒不等的通信時延卻成為影響系統正常工作的突出問題。這不僅降低了系統的臨場感效果，使操作者難以實時地、真實地感知遠地環境的情況，而且造成了系統的不穩定，尤其是在從機器人與環境發生力的交互作用過程中。具體說來，問題的根源主要集中在網絡時延和數據可靠性兩大問題上。其中，數據可靠性又與網絡時延有著密不可分的關系。

　　目前，對于遙操作機器人系統網絡時延問題應對策略的研究主要集中在控制理論領域，如基于電路網絡理論的無源控制法則、基于現代控制理論的控制算法和虛擬現實技術的模型修正法等。其共同的特點是把網絡看作一個不可知(黑盒子)和不可控的對象，在控制領域尋找應對方法,以期消除網絡時延對遙操作系統中信息、數據傳輸帶來的負面影響。

　　但是，科學地講，網絡時延雖然具有相當顯著的不確定性，但它是一個可控、可預測的對象。因而，從網絡體系及網絡時延本身出發，從遙操作機器人系統與網絡的互動需求出發，提出滿足遙操作機器人系統需求的時延相關的網絡優化和適應性方法，從而與控制領域的研究成果達成互補的效果。在保證系統穩定性的基礎上,盡可能地提高系統透明度，滿足期望的操作性，達到系統穩定性與透明度的動態平衡性, 即隨著系統狀態在穩定性和透明度之間找到一個合理的折中,使得系統在穩定的基礎上盡可能提高操作性能。通過跨學科的努力，從根本上解決Internet環境下網絡時延及時延抖動對遙操作機器人系統的影響和限制，縮短遙操作機器人系統理論與實用化的距離，為遙操作機器人技術提供更加廣闊的應用空間。

　　二、國內外研究動態

　　在很長一段時間，關于遙操作機器人系統的網絡時延問題集中在控制理論領域，早在60年代Ferrell就指出時間延遲的存在會使遠程機器人工作不穩定。這種不穩定性可以從以下幾個角度分析:

　　在古典控制論奈奎斯特穩定性分析中，將復平面上開環頻率特性曲線不能包圍-1點作為系統穩定的條件，并進一步從工程角度出發，要求一個系統不但要做到穩定，還應該有相當的穩定裕量才可使用。然而一個系統的參數的不確定性，控制模型的不合理的簡化，卻會使系統在某些情況下失穩，網絡機器人控制中典型的就是延時的不確定性所帶來的系統不穩定，所以對網絡機器人控制問題的研究往往要考慮系統的穩定性和魯棒性(Robustness)，即“是否穩定”和“穩定裕量”。

　　從能量角度分析，遙操作系統要想保持穩定，其輸入能量必須大于輸出能量，而通訊系統的存在會很容易的違反這一要求。

　　從負反饋角度分析:負反饋是實現控制的基本方法，但負反饋并不能保證系統的穩定性，設計不好的負反饋系統的被控制量也會出現震蕩的情況，即不穩定。一個閉環系統如果其閉環增益大于一，其半個工作周期等于時間延遲值，則系統將處于正反饋而非負反饋，此頻率的能量將連續加入系統而導致系統的不穩定。

　　現階段，遙操作機器人系統克服時延影響的研究發展策略主要集中在基于電路網絡理論的無源控制法、基于現代控制理論的控制算法、基于虛擬現實技術的控制結構和控制算法等幾個方面。

　　加拿大多倫多大學的Strassberg Y. 和Goldenberg A. A. 等人則利用現代控制理論中的Lyapunov穩定性判據分析臨場感系統的穩定性條件。Lawrence D. A. 針對穩定性和臨場感特性在時延下的不協調，提出了“無源距離( passivity distance)”和“透明距離( transparency distance)”的概念，用以指導臨場感系統的設計。 Leung G. M. H. 和Francis B. A. 等人利用基于“無源距離”和“透明距離”的綜合評價法設計臨場感系統的結構, 并利用H∞最優控制理論指導時延下臨場感系統中控制器的設計。

　　1984年,Noyes G. 和Sheridan T. B. 設計了用于遙操作的第一個視覺預測顯示系統。在該系統中用機械手的計算機仿真模型疊加在經時延后反饋的機械手視頻圖象上，仿真模型和操作者之間是實時交互，用以預測遠處環境中機械手的運動。實驗證明，該方法可以極大地提高系統的操作性能。1986 年，Sheridan T. B. 又構造了實驗系統用以驗證視頻預測顯示的有效性。結果表明，在視頻預測顯示的幫助下，任務完成時間減少50%。 1992 年， Kototu T.等人基于Bejczy A. K. 在1990 年提出的“幻影機器人”的思想上，給虛擬從手加入了力反饋。結果表明，增加了力反饋使得控制穩定，而且從手的運動比僅靠圖形顯示判斷接觸力時快了三倍。1996 年，Morikawa H. 等人通過建立“虛擬引導模型”引入預測力反饋。2000 年，Itoh T. 等人對基于半自動任務導向虛擬工具，并具有運動和力標定的人- 機協作遙操作系統提出了新的控制算法。

　　實際上，從研究人員對遙操作系統中得網絡時延問題的探索研究過程中我們不難發現：基于電路網絡理論的無源通訊法則所實現的控制算法對解決短時延問題具有較好的效果，而在長時延的情況下，要實現在保證系統穩定的同時又具有良好的可操作性則顯得無能為力;由于現代控制理論的不完善及其系統實現上的困難等原因，基于現代控制理論所提出的各種控制算法亦未能較好地解決系統通信時延問題。然而，將虛擬現實技術用于臨場感遙操作機器人系統來克服通信時延，從而確保系統的穩定性和可操作性得以同時實現。因此，我們認為虛擬現實技術必定會成為克服時延對遙操作系統產生的負面影響的研究的主流方向。

　　以上這些方法策略的共同點是:把網絡看作一個不可知(黑盒子)和不可控的對象，在控制領域尋找應對網絡時延的方法。而在Internet環境下的遙操作領域針對時延的網絡通信相關方面的研究則不是太多。

　　基于Internet的遙操作機器人系統網絡時延的研究主要是在定常時延和時變時延兩個假設基礎之上進行的。其中，以定常時延為基礎的研究最為廣泛而以時變時延為基礎的研究更具有實用價值。現階段的針對網絡時延的研究大體可以分為以下幾個方向:

　　(1)分析、研究時延特點，給出時延估測模型，并以此模型為基礎研究整個遙操作機器人系統的控制模型;

　　(2)大量實驗測試，分析時延呈現出來的統計特性，預測其可能遵循的函數規律;

　　(3)利用時延緩沖器管理算法，將時變時延轉化為定常時延;

　　(4)通過修改、創新時鐘同步算法，來獲取較準確地單向傳輸時延;

　　(5)重點分析與評估傳輸時延對通過不同的傳輸協議傳遞信息所帶來的負面影響，通過改進TCP/RTP/RTCP/UDP等網絡協議來解決問題。

　　三、課題研究內容

　　通過目前遙操作機器人系統的發展現狀可以發現，對于一般的遙操作機器人系統，帶寬雖然有限，但通常還是能夠得到保證，所以時延也幾乎是常數。而基于Internet的遙操作機器人系統則有所不同，其傳輸時延則是不斷變化的。遙操作機器人系統是時延敏感的，且實時性要求很高，因而Internet提供的這些通信條件給遙操作系統的開發帶來很大困難，傳輸中的大時延、時延抖動和不能保證的帶寬將引發不穩定的問題，如果不適當地進行控制就會導致系統性能極大下降。

　　基于上述問題，本文著重從網絡時延進行研究，大致可以分為以下幾個方面：

　　(1)基于時鐘同步的網絡單向時延的研究。研究時延問題的關鍵之一在于能比較精確地確定時延的大小，分析當前網絡單向時延研究成果及相關方法，分析單向時延的統計特性，重點分析網絡單向時延的特點及其對網絡數據傳輸的特殊性;從其特性出發，建立基于時鐘同步算法的單向時延測算算法模型，驗證基于時鐘同步算法的單向時延測算算法的有效性。

　　(2)對TCP協議進行改進。分析數據傳輸協議實現過程以及TCP協議內在三大機制:超時重傳、慢啟動和擁塞避讓。在此基礎上，總結開發新型數據傳輸協議需要達到的要點;基于上述模擬實驗的有效結果及對協議的功能需求，在NS2中對TCP協議進行改進，通過引入時延變量以及以神經網絡為基礎的時延的智能預測模塊重新構造TCP協議中擁塞控制機制，以期達到時延抖動小、連續有序和數據可靠傳輸的目的。

　　四、研究方案及難點

　　在基于Internet的機器人遙操作系統中，時延的一個顯著的特點是變化。由于Internet 中數據傳輸時延是影響遙操作控制系統品質的一個主要因素，時延模型的建立是一切分析解決遙操作時延控制問題的基礎，且時延(往往是隨機時延)是由網絡數據傳輸時帶寬限制和網站上數據擁擠造成的。目前基于網絡的遙操作系統已有的一些研究，大多建立在對網絡時延的假設基礎之上，由于網絡時延的隨機性和不可預測性,通過實驗測試時延來研究網絡控制系統更具有實際意義。

　　首先，我們應該分析當前網絡時延的研究成果及相關方法，通過進行實驗得到相關數據

　　分析時延的特點和統計特性以及時延和時延抖動對遙操作系統的透明性和可操作性產生的負面影響，尋求二者之間可能存在的平衡關系。

　　其次，研究時延問題的關鍵之一在于能比較精確地確定時延的大小，因此需要設計新的時鐘同步算法，使其同步的精度達到可以接受的程度，對單向時延進行更加精確地測算。進而建立基于時鐘同步算法的單向時延測算算法模型，基于該模型建立實驗拓撲結構，模擬數據傳輸場景，驗證基于時鐘同步算法的單向時延測算算法的有效性。

　　再次，利用更加精確地網絡時延數據對TCP中的擁塞控制機制進行改進，對改進后的協議進行性能評估。通過在擁塞控制算法中加入時延變量，建立更適應于遙操作機器人系統實時性的改進的TCP傳輸協議，使得擁塞控制算法和時延的關系更加密切，讓時延的變化能更快的反應到網絡中數據的傳輸中去。

　　然后，可以將以神經網絡為基礎的時延的智能預測模塊加入到改進的TCP協議，使其擁有對時延的一般的預測功能，輔助新的擁塞控制算法，以期達到更高的應用價值。

　　最后，在NS2網絡模擬環境下，使用改進后的傳輸協議，建立網絡拓撲圖，模擬遙操作機器人系統的數據傳輸過程，驗證新型協議的有效性;在實際環境中使用改進后的傳輸協議作為系統底層數據傳輸協議，從實用系統角度驗證協議的有效性。

　　五、預期成果和可能的創新點

　　在對時延在網絡數據傳輸中的特性分析、總結的基礎上，通過設計新的時間同步算法，得到更加精確地網絡時延，以此來改進TCP協議中現有的擁塞控制機制，并加入時延的智能預測模塊，以期得到更加適合網絡實時控制系統的數據傳輸協議，實現時延抖動小、連續有序和可靠地數據傳輸。

　　其中，可能的創新點有：一種新的時間同步算法，能更加精確地測量網絡時延;增加了時延變量的擁塞控制機制，可以更快的將時延的變化反映到到數據的傳輸過程中;一個融入到改進后的傳輸協議的基于神經網絡的時延智能預測模塊，可以提高其實用性和穩定性。

　　六、論文工作計劃

　　論文工作的總體時間安排：

　　1、2011年9月，開題準備工作，查找基于Internet的遙操作機器人系統傳輸時延的相關資料，了解國內外的發展動態，對課題進行可行性分析，確定課題的最終研究方向及課題內容。

　　2、2011年10月—2011年12月，進行深入分析，認真學習與本研究課題相關的理論知識。 3、2012年1月—2012年2月，進行相關系統的概要設計和實驗環境的搭建。

　　七、主要參考文獻

　　[1] 李勇,符秀輝等. 基于web 的遙操作系統時延分析. 沈陽化工學院學報,2007,21(1)：43-46.

　　[2] 景興建,王越超等. 遙操作機器人系統時延控制方法綜述. 自動化學報,2004,30(2)：214-223.

　　[3] 陳俊杰,薛曉紅等. 臨場感遙操作機器人系統克服時延影響的研究發展策略.傳感技術學報,2004,2:232-237.

　　[4] 王卓等.單向時延測量的實時時鐘同步算法.華中科技大學學報.2008,36(2)：22-25

　　[5] 陳俊杰,黃惟一. 遙操作機器人系統克服時延影響的關鍵技術. 華中科技大學報,2004,32：187-190.

　　[6] 王亦紅,黃惟一等. 基于預測的力覺臨場感遙控系統時延問題的研究. 數據采集與處理,2002,17(4)：419-422.

　　[7] 王宏偉,楊先一. 機器人遙操作系統中信息延時的預測研究. 機器人技術,2008,24(8)：265-267.

　　[8] 王慶鵬,談大龍等. 基于Internet 的機器人控制中網絡時延測試及分析. 機器人,2001,23(4)：316- 321.

　　[9] 劉艷芳. 控制系統互聯網時延預測算法的研究. 微計算機信息,2005,28(10):70- 72.

　　[10] 芮素波,曾慶軍. 基于網絡的遙操作機器人系統傳輸時延研究. 計算機工程與應用,2006,27:216-218.

　　[11] 孫翱,顧魯青等. 基于實時應用的網絡傳輸時延測量設計.微處理機,2003,1 :14-16.

　　[12] 馬宏鵬,翁春華等. 機器人遙操作中的網絡傳輸延遲分析. 計算機工程及應用,2002,38( 5)：156-158.

　　[13] 張少博,李鋼等. 基于神經網絡監督控制的擁塞控制算法研究. 計算機應用研究,2010,27(2)：657-660.

　　[14] 王波等.基于DS理論的網絡時鐘同步算法.吉林大學學報.2011,29(3)：186-190

　　[15] 王世華,胥布工. 基于Internet的實時遙操作移動機器人系統. 華南理工大學學報,2008,36(1)：81-88.

　　[16] Zhang W, Branicky M S, Philips S M. Stability of Net Worked Control Systems. IEEE Control Systems Magazine,2001,21( 1) : 84- 99.

　　[17] Anderson R J,Spong M W. Asymptotic Stability for Force Reflecting Teleoperators with Time Delay. Int J of Robotics Research,1992,11( 2):135- 149.

　　[18] Roberto Oboe,Paolo Fiorini. A Design and Control Environment for Internet-Based Telerobotics. The International Journal of Robotics Research,1998,17(4)：433-449

　　[19] FLOYD S. FALL K. Promoting the use of end to end congestion control in the Internet. IEEE/ACM Transactions on Networking,1999,7:458-472.

　　[20] Liu P X , Meng M Q H ,Liu P R ,etal . An end-to-end Transmission architecture for the remote control of robots over IP networks. IEEE /ASME Transactions on Mechatronics,2005,10( 5): 560-570.

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