CN108803509A - 一种多类型cpu兼容工业控制器*** - Google Patents

一种多类型cpu兼容工业控制器*** Download PDF

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CN108803509A CN201810548704.0A CN201810548704A CN108803509A CN 108803509 A CN108803509 A CN 108803509A CN 201810548704 A CN201810548704 A CN 201810548704A CN 108803509 A CN108803509 A CN 108803509A
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黄诚
王庭清
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

本发明属于工业控制技术领域，公开了一种多类型CPU兼容工业控制器***，包括：供电模块、初始参数配置模块、驱动加载模块、中央控制模块、CPU调度模块、负载均衡模块、数据加密模块、状态显示模块。本发明通过获取M个线程中的一个线程以及N个运行的CPU中的一个CPU，将所述M个线程中的一个线程绑定在所述N个运行的CPU中的一个CPU上处理。在不影响***性能的前提下，充分利用了各个CPU的资源，可以防止线程在各个CPU之间跳变，降低了多CPU的功耗；同时本发明通过负载均衡模块针对每个接收端口，根据分流规则将报文分类，从与本CPU核绑定的接收队列读取报文；可以大大提高多核CPU的效率。

Description

一种多类型CPU兼容工业控制器***
技术领域
本发明属于工业控制技术领域，尤其涉及一种多类型CPU兼容工业控制器***。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
工业控制***是对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了当前在商业领域风靡的以太网与控制网络的结合。这股工业控制***网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。然而，现有多类型CPU兼容工业控制器多核CPU功耗大；同时许多多核CPU，硬件中断都是接口级的，即同一时刻，只有一个CPU处理报文，造成多核CPU不能发挥多核效率。
云存储环境中研究既能够为用户数据提供安全性和完整性保护，对数据的访问控制高效可靠，又不影响云存储服务***的性能的云存储安全体系架构，具有重大意义。遗憾的是，目前尚无相关技术可供参考。
协作传输技术近年来发展迅速。在协作传输中，每个移动节点可以只安装一根天线，通过在无线网络中选择适当的伙伴节点(或称为协作节点，中继节点等)参与转发消息，能够使源节点所发射的信号通过不同衰减路径到达目的节点，从而形成一个虚拟的多天线***。协作传输使得节点间的资源共享成为了可能，除了能获得分集和复用增益外，还可能带来覆盖范围的扩大，以及因为传输路径的分割而获得路损增益等。
尽管协作传输技术具备上述诸多优势，其内在缺陷却也非常明显，在协作传输中，由于节点的半双工特性，中继不能在相同频率同时接收和发送消息，消息的传输需要经历从源端到中继、及从中继到目的端至少两跳，使得其频谱效率与直接传输相比会下降一半。因而，如何提升频谱效率是协作传输面临的重大难题。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有多类型CPU兼容工业控制器多核CPU功耗大；同时许多多核CPU，硬件中断都是接口级的，即同一时刻，只有一个CPU处理报文，造成多核CPU不能发挥多核效率。
本发明改善协作传输频谱效率下降的本质缺陷，提升协作传输的频谱效率与错误性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多类型CPU兼容工业控制器***。
本发明是这样实现的，一种多类型CPU兼容工业控制器***，包括：
初始参数配置模块，与中央控制模块连接，用于配置控制器***的初始参数；
驱动加载模块，与中央控制模块连接，用于加载硬件驱动程序；
中央控制模块，与供电模块、初始参数配置模块、驱动加载模块、CPU调度模块、负载均衡模块、数据加密模块、状态显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；中央控制模块的控制方法包括：目的端在时隙1将反馈2bits信息表征对通过直传链路接收到的信号的3种接收状态：成功、半成功、失败，源和中继将根据反馈信息决定在下一时隙的操作；而且中继节点也会根据自身对数据的解调成功与否选择不同的中继转发协议；
CPU调度模块，与中央控制模块连接，用于对多核CPU进行合理调度；
负载均衡模块，与中央控制模块连接，用于在接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核，进而多核CPU同时处理报文；
数据加密模块，与中央控制模块连接，用于对控制器***的数据进行加密；
对用户端文件的加密上传和用户解密下载文件，当文件需要共享时，在加密上传后将用户文件密钥获取到用户端，在用户端对文件密钥进行解密然后再用对方的公钥重新进行加密生成新的文件密钥，然后上传至服务端存储，对方使用文件时使用私钥解密文件密钥进而再解密文件获得最终文件；
具体包括以下步骤：
步骤一，***初始化：
用户A与用户B在首次登录***时进行初始化；
用户A与用户B在完成初始化后即进行登陆***，登陆过程如下：
用户登录***，用户端将自动获取存储于第三方存储机构的密钥文件，并通过对注册信息进行哈希计算获取到口令密钥，通过口令密钥解密密钥文件，对密钥文件进行解析后分别获得用户主密钥与用户私钥，并将主密钥与私钥存储于用户端；
步骤二，文件加密上传；
步骤三，密文共享；
步骤四，文件下载解密；
步骤五，注销：
当需要注销时，用户端会自动清除存储于用户端的主密钥与用户私钥；
状态显示模块，与中央控制模块连接，用于通过信号指示灯显示硬件工作状态。
进一步，在步骤一中所述初始化过程包括：
第一步，用户进入注册界面，按要求提供用户名与口令进行注册，然后用户端会根据注册信息在用户端通过哈希函数生成符合对称加密密钥长度要求的用户口令密钥；
第二步，用户端会通过本地函数调用在本地生成大小为m的安全随机数，随机数作为用户的主密钥，m的大小根据对称加密算法对密钥长度的要求来进行确定，与此同时也在本地生成用户的非对称加密的密钥对；
第三步，将生成的用户主密钥与用户私钥通过口令密钥进行加密，生成密文状态的密钥文件，将文件通过编码后上传至第三方平台机构进行存储，存储至用户注册信息列表中；
第四步，将生成的公钥直接上传至用户注册信息列表中，进行存储从而完成注册；
在步骤二中所述文件上传过程包括：
第一步，用户A选择需要加密上传的文件，然后由用户端随机生成一个安全的随机数，长度符合对称加密密钥长度，将随机数作为文件密钥；
第二步，通过使用文件密钥对所选文件进行加密，并将加密结果缓存在本地；
第三步，文件密钥通过用户主密钥进行加密，并且将加密后的文件密钥通过文件拼接的方式拼接到通过第二步加密后的文件前，组成一个新的文件，前m字节为加密后的文件密钥，m字节后为加密后的文件内容；
第四步，用户A将新组成的加密文件上传至服务端进行存储。
进一步，中央控制模块的控制方法包括：
步骤一，时隙1，源端S以功率PS广播自己的信息数据，中继与目的端处于接收状态；
步骤二，目的端对直传链路的接收数据进行解调，并通过反馈信道广播3种解调状态：成功、半成功、失败；
步骤三，当满足直传链路的接收信噪比不小于信噪比阈值，即PSγ≥η，解调状态为成功，目的端反馈的信息为11，则接收到反馈信息后，源端在时隙2以功率PS发送新的信息符号，中继节点保持沉默；
步骤四，当不满足PSγ≥η但满足2PSγ≥η，解调状态为半成功，目的端反馈的信息为10或01，则在接收到反馈信息后，源端在时隙2以功率PS重发在上时隙广播的信息符号，中继节点保持沉默；
步骤五，当满足2PSγ＜η，解调状态为失败，目的端反馈的信息为00，则接收到反馈信息后，源端在时隙2保持沉默，而中继节点依据接收信噪比判断对于时隙1源所发送数据的接收状态；
步骤六，当目的端解调状态为失败且中继处在时隙1满足接收信噪比不小于正确解调的阈值，即PSα≥η，说明中继节点已将时隙1源所发送的数据译码成功，则中继在时隙2采用译码转发DF协议将此数据编码后以功率PR转发，目的端对直传链路和中继链路的接收信息最大比值合并后解调；
步骤七，当目的端解调状态为失败且中继处在时隙1满足PSα＜η，说明中继节点未能将时隙1源所发送的数据译码成功，则中继在时隙2采用放大转发AF协议将此数据量化后以功率PR转发，目的端对直传链路和中继链路的接收信息最大比值合并后解调；
该基于反馈信息的协作传输机制实现方法的频谱效率描述为：
其中α、β、γ分别表示S→R、R→D、S→D链路的单位接收信噪比。
进一步，所述CPU调度模块调度方法如下：
首先，获取M个线程中的一个线程以及N个运行的CPU中的一个CPU,其中M为大于0的整数，N为大于0的整数；
然后，将所述M个线程中的一个线程绑定在所述N个运行的CPU中的一个CPU上处理。
进一步，所述获取M个线程的其他M-1个线程以及N个运行的CPU的其他N-1个CPU；
当所述M-1小于所述N-1时，则将所述M-1个线程一对一的绑定在M-1个运行的CPU上处理；或者当所述M-1等于所述N-1时，将所述M-1个线程一对一的绑定在所述N-1个运行的CPU上处理；
或者当所述M-1大于所述N-1时，将N-1个线程一对一的绑定在所述N-1个运行的CPU上处理，将M-N个线程绑定在所述N-1个运行的CPU上的M-N个CPU上处理。
进一步，负载均衡模块的方法如下：
首先，针对每个接收端口，根据分流规则将报文分类，并根据接收端口的接收队列与报文类型的分配关系，将报文转发至与所属的报文类型存在分配关系的接收队列；
然后，接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核；
最后，接收到硬件中断的每个CPU核在软中断处理过程中，从与本CPU核绑定的接收队列读取报文。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述多类型CPU兼容工业控制器***控制方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种搭载有所述多类型CPU兼容工业控制器***的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述多类型CPU兼容工业控制器***的控制方法。
本发明的优点及积极效果为：
本发明通过CPU调度模块，通过获取M个线程中的一个线程以及N个运行的CPU中的一个CPU，将所述M个线程中的一个线程绑定在所述N个运行的CPU中的一个CPU上处理。在不影响***性能的前提下，充分利用了各个CPU的资源，可以防止线程在各个CPU之间跳变，降低了多CPU的功耗。同时本发明通过负载均衡模块针对每个接收端口，根据分流规则将报文分类，并根据接收端口的接收队列与报文类型的分配关系，将报文转发至与所属的报文类型存在分配关系的接收队列；接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核；接收到硬件中断的每个CPU核在软中断处理过程中，从与本CPU核绑定的接收队列读取报文；可以大大提高多核CPU的效率。
本发明数据加密模块保证存储于第三方数据的安全性，以及在文件上传及下载过程中由于都是加密的，所以都是安全的；通过采用完全客户端加解密的方式对用户数据进行保密，从而确保了用户数据的安全性；采用了对用户完全透明的操作方式，用户使用简单方便，不需额外工作即可完成文件共享的目的；采用多级密钥，充分利用了公私钥的特点使得共享***中的文件更为安全，且大大降低了密文文件共享方法的复杂度；通过采用一文一密以及密钥重加密的方式使得共享无需对全文进行重新加密，在保证一定安全性的条件下从根本上降低了***的计算量；所采用的密钥分配方式使得用户有且仅有对自己文件的控制权，使得文件存储更为安全。
本发明避免了浪费资源进行不必要的信息转发，在与经典AF或经典DF协作传输机制相比仅需2bits额外开销的前提下，不仅改善了协作传输的本质缺陷、大幅度提高了协作传输的频谱效率，同时还能提升协作传输的错误性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多类型CPU兼容工业控制器***结构框图。
图中：1、供电模块；2、初始参数配置模块；3、驱动加载模块；4、中央控制模块；5、CPU调度模块；6、负载均衡模块；7、数据加密模块；8、状态显示模块。
图2是本发明实施例提供的简化的经典协作传输模型示意图。
图3是本发明实施例提供的本发明与经典协作传输机制的频谱效率性能比较示意图；
图4是本发明实施例提供的本发明与经典协作传输机制的误码率性能比较示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1所示，本发明提供的多类型CPU兼容工业控制器***包括：供电模块1、初始参数配置模块2、驱动加载模块3、中央控制模块4、CPU调度模块5、负载均衡模块6、数据加密模块7、状态显示模块8。
初始参数配置模块2，与中央控制模块4连接，用于配置控制器***的初始参数；
驱动加载模块3，与中央控制模块4连接，用于加载硬件驱动程序；
中央控制模块4，与供电模块1、初始参数配置模块2、驱动加载模块3、CPU调度模块5、负载均衡模块6、数据加密模块7、状态显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作；
CPU调度模块5，与中央控制模块4连接，用于对多核CPU进行合理调度；
负载均衡模块6，与中央控制模块4连接，用于在接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核，进而多核CPU同时处理报文；
数据加密模块7，与中央控制模块4连接，用于对控制器***的数据进行加密；
状态显示模块8，与中央控制模块4连接，用于通过信号指示灯显示硬件工作状态。
本发明提供的CPU调度模块5调度方法如下：
首先，获取M个线程中的一个线程以及N个运行的CPU中的一个CPU,其中M为大于0的整数，N为大于0的整数；
然后，将所述M个线程中的一个线程绑定在所述N个运行的CPU中的一个CPU上处理。
本发明提供的获取M个线程的其他M-1个线程以及N个运行的CPU的其他N-1个CPU；
当所述M-1小于所述N-1时，则将所述M-1个线程一对一的绑定在M-1个运行的CPU上处理；或者当所述M-1等于所述N-1时，将所述M-1个线程一对一的绑定在所述N-1个运行的CPU上处理；
或者当所述M-1大于所述N-1时，将N-1个线程一对一的绑定在所述N-1个运行的CPU上处理，将M-N个线程绑定在所述N-1个运行的CPU上的M-N个CPU上处理。
中央控制模块的控制方法包括：目的端在时隙1将反馈2bits信息表征对通过直传链路接收到的信号的3种接收状态：成功、半成功、失败，源和中继将根据反馈信息决定在下一时隙的操作；而且中继节点也会根据自身对数据的解调成功与否选择不同的中继转发协议；
CPU调度模块，与中央控制模块连接，用于对多核CPU进行合理调度；
负载均衡模块，与中央控制模块连接，用于在接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核，进而多核CPU同时处理报文；
本发明的数据加密模块，与中央控制模块连接，用于对控制器***的数据进行加密；
对用户端文件的加密上传和用户解密下载文件，当文件需要共享时，在加密上传后将用户文件密钥获取到用户端，在用户端对文件密钥进行解密然后再用对方的公钥重新进行加密生成新的文件密钥，然后上传至服务端存储，对方使用文件时使用私钥解密文件密钥进而再解密文件获得最终文件；
具体包括以下步骤：
步骤一，***初始化：
用户A与用户B在首次登录***时进行初始化；
用户A与用户B在完成初始化后即进行登陆***，登陆过程如下：
用户登录***，用户端将自动获取存储于第三方存储机构的密钥文件，并通过对注册信息进行哈希计算获取到口令密钥，通过口令密钥解密密钥文件，对密钥文件进行解析后分别获得用户主密钥与用户私钥，并将主密钥与私钥存储于用户端；
步骤二，文件加密上传；
步骤三，密文共享；
步骤四，文件下载解密；
步骤五，注销：
当需要注销时，用户端会自动清除存储于用户端的主密钥与用户私钥；
状态显示模块，与中央控制模块连接，用于通过信号指示灯显示硬件工作状态。
进一步，在步骤一中所述初始化过程包括：
第一步，用户进入注册界面，按要求提供用户名与口令进行注册，然后用户端会根据注册信息在用户端通过哈希函数生成符合对称加密密钥长度要求的用户口令密钥；
第二步，用户端会通过本地函数调用在本地生成大小为m的安全随机数，随机数作为用户的主密钥，m的大小根据对称加密算法对密钥长度的要求来进行确定，与此同时也在本地生成用户的非对称加密的密钥对；
第三步，将生成的用户主密钥与用户私钥通过口令密钥进行加密，生成密文状态的密钥文件，将文件通过编码后上传至第三方平台机构进行存储，存储至用户注册信息列表中；
第四步，将生成的公钥直接上传至用户注册信息列表中，进行存储从而完成注册；
在步骤二中所述文件上传过程包括：
第一步，用户A选择需要加密上传的文件，然后由用户端随机生成一个安全的随机数，长度符合对称加密密钥长度，将随机数作为文件密钥；
第二步，通过使用文件密钥对所选文件进行加密，并将加密结果缓存在本地；
第三步，文件密钥通过用户主密钥进行加密，并且将加密后的文件密钥通过文件拼接的方式拼接到通过第二步加密后的文件前，组成一个新的文件，前m字节为加密后的文件密钥，m字节后为加密后的文件内容；
第四步，用户A将新组成的加密文件上传至服务端进行存储。
进一步，中央控制模块的控制方法包括：
步骤一，时隙1，源端S以功率PS广播自己的信息数据，中继与目的端处于接收状态；
步骤二，目的端对直传链路的接收数据进行解调，并通过反馈信道广播3种解调状态：成功、半成功、失败；
步骤三，当满足直传链路的接收信噪比不小于信噪比阈值，即PSγ≥η，解调状态为成功，目的端反馈的信息为11，则接收到反馈信息后，源端在时隙2以功率PS发送新的信息符号，中继节点保持沉默；
步骤四，当不满足PSγ≥η但满足2PSγ≥η，解调状态为半成功，目的端反馈的信息为10或01，则在接收到反馈信息后，源端在时隙2以功率PS重发在上时隙广播的信息符号，中继节点保持沉默；
步骤五，当满足2PSγ＜η，解调状态为失败，目的端反馈的信息为00，则接收到反馈信息后，源端在时隙2保持沉默，而中继节点依据接收信噪比判断对于时隙1源所发送数据的接收状态；
步骤六，当目的端解调状态为失败且中继处在时隙1满足接收信噪比不小于正确解调的阈值，即PSα≥η，说明中继节点已将时隙1源所发送的数据译码成功，则中继在时隙2采用译码转发DF协议将此数据编码后以功率PR转发，目的端对直传链路和中继链路的接收信息最大比值合并后解调；
步骤七，当目的端解调状态为失败且中继处在时隙1满足PSα＜η，说明中继节点未能将时隙1源所发送的数据译码成功，则中继在时隙2采用放大转发AF协议将此数据量化后以功率PR转发，目的端对直传链路和中继链路的接收信息最大比值合并后解调；
该基于反馈信息的协作传输机制实现方法的频谱效率描述为：
其中α、β、γ分别表示S→R、R→D、S→D链路的单位接收信噪比。
本发明提供的负载均衡模块6方法如下：
首先，针对每个接收端口，根据分流规则将报文分类，并根据接收端口的接收队列与报文类型的分配关系，将报文转发至与所属的报文类型存在分配关系的接收队列；
然后，接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核；
最后，接收到硬件中断的每个CPU核在软中断处理过程中，从与本CPU核绑定的接收队列读取报文。
本发明工作时，通过供电模块1对控制器***进行供电；通过初始参数配置模块2配置控制器***的初始参数；通过驱动加载模块3加载硬件驱动程序；中央控制模块4调度CPU调度模块5对多核CPU进行合理调度；通过负载均衡模块6在接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核，进而多核CPU同时处理报文；通过数据加密模块7对控制器***的数据进行加密；通过状态显示模块8显示硬件工作状态。
如图2所示，为简化的经典协作传输模型，源节点S通过中继节点R的协作与目的节点D通信；消息从源端到目的端的传输经历两个时隙，时隙1，源端S以一定功率广播自己的数据，中继与目的端均能接收到此消息；时隙2，中继R对上时隙接收到的数据进行处理后以一定功率转发给目的端D，目的端对两个时隙接收到的数据进行一定方式的合并后将其解调恢复；目前被广泛研究的中继转发策略主要包括放大转发(Amplify-and-Forward,AF)和译码转发(Decode-and-Forward,DF)；在AF模式下，中继节点对接收到的信号进行简单的量化后转发给目的端；而DF模式下中继节点需要对接收信息进行检测和译码，再将译码后的信息重新编码后发送给目的端；
令hSD，hSR与hRD分别表示直传链路S→D，中继链路S→R与R→D的循环对称复高斯信道系数，并不失一般性地假定各链路的加性高斯白噪声(Additive White GaussianNoise,AWGN)相互独立且功率谱密度均为N0；假定源与中继的发送功率分别为PS与PR，且目的端对直传与中继链路上的接收信息进行最大比值合并(Maximum ratio combining,MRC)；若图2所示模型中的中继R采用AF模式转发，令α＝|hSR|2/N0，β＝|hRD|2/N0,γ＝|hSD|2/N0，并将带宽归一化，则根据已有研究成果中的描述，其频谱效率可表达为：
若图2所示模型中的中继R采用DF模式固定转发，则根据已有研究成果中的描述，其频谱效率可表达为：
可见，不管中继采用何种转发协议，由于相同带宽在一次信息符号的传输中被占用两次，协作传输的频谱效率在对数前的因子均为1/2，与直接传输相比下降一半(直接传输的频谱效率为Idirect＝log21+PSγ)；
针对协作传输技术频谱效率下降的缺陷，本发明的目的在于对所述机制进行改进，提供一种基于反馈信息的协作传输机制以提高协作传输的频谱效率与错误性能；
在经典协作模型中，不管目的端在第1个时隙内对源端所发送的信息符号解调成功与否，中继节点均会在下个时隙内进行数据转发；但若S→D的直传链路条件较好，那么中继的转发则变的没有必要，而且还会浪费时隙或带宽资源；为了使源和中继更好地了解目的端对于信息符号的接收状态，以便做出更明智的信息传输操作，可在***中设置反馈信道；同时，为使接收状态表达地更明确，反馈信息可采用2bits，比如以11表示目的端已接收成功；以10或01表示接收半成功；以00表示接收失败；这里接收半成功的意思是，虽然当前的接收不成功，但是通过评估可断定，若目的端再能接收到当前消息的一个相同信噪比(SNR)的副本，接收即可成功；
另一方面，随着硬件设施的逐步完善，设备成本的逐渐降低，为中继设置不同转发模式已不是难事；为了提高协作传输的可靠性，假定中继节点即可工作于AF模式，又可工作于DF模式，中继会选择何种工作模式则依赖于S→R链路质量的好坏。
通过以下仿真对本发明的应用效果做进一步的说明：
通过Monte Carlo仿真来验证基于反馈信息的协作传输机制的频谱效率与错误性能的优势；假定功率在各节点间平均分配，即令PS＝PR＝PO。将各节点间的噪声功率归一化并定义SNR＝PO/N0，令SNR阈值η＝20dB，并令hSD，hSR与hRD的方差分别表示为c，a与b；
图3显示了本发明所述改进机制与传统机制的频谱效率性能随着直传链路的信道方差c而变化的比较结果；仿真参数设置为a＝b＝10，SNR＝10dB；由图3可见，仅当c＜0.6，即当不存在S→D的直传链路或直传链路非常弱时，本发明所述传输机制的频谱效率才低于经典DF协作传输；而当满足c≥1，即c/a≥①或c/b≥0.1后，本发明所述传输机制的频谱效率随着c的增大以很快的速率增长；当直传链路信道方差为中继链路信道方差的一半时，本发明所述机制的频谱效率分别是经典AF协作传输、经典DF协作传输频谱效率的120％、133％；
图4显示了本发明所述改进机制与传统机制的误码率(BER)性能随着SNR而变化的比较结果；仿真参数设置为a＝b＝10，c＝5；由图4可见，本发明所述传输机制的误码率性能在仿真的整个SNR范围内都是最低的，而且，其与经典AF传输机制的BER下降速率是相同的，因而可以断定，在未仿真的SNR范围内所述传输机制的BER依然会低于经典AF协作传输；这说明本发明所述传输机制具有最好的错误性能。
综上所述，本发明所述基于反馈信息的协作传输机制在与经典协作传输机制相比仅需2bits额外开销的前提下，不仅能改善协作传输的本质缺陷、大幅度提高协作传输的频谱效率，而且还能提升协作传输的错误性能。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多类型CPU兼容工业控制器***，其特征在于，所述多类型CPU兼容工业控制器***包括：
初始参数配置模块，与中央控制模块连接，用于配置控制器***的初始参数；
驱动加载模块，与中央控制模块连接，用于加载硬件驱动程序；
中央控制模块，与供电模块、初始参数配置模块、驱动加载模块、CPU调度模块、负载均衡模块、数据加密模块、状态显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；中央控制模块的控制方法包括：目的端在时隙1将反馈2bits信息表征对通过直传链路接收到的信号的3种接收状态：成功、半成功、失败，源和中继将根据反馈信息决定在下一时隙的操作；而且中继节点也会根据自身对数据的解调成功与否选择不同的中继转发协议；
CPU调度模块，与中央控制模块连接，用于对多核CPU进行合理调度；
负载均衡模块，与中央控制模块连接，用于在接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核，进而多核CPU同时处理报文；
数据加密模块，与中央控制模块连接，用于对控制器***的数据进行加密；
对用户端文件的加密上传和用户解密下载文件，当文件需要共享时，在加密上传后将用户文件密钥获取到用户端，在用户端对文件密钥进行解密然后再用对方的公钥重新进行加密生成新的文件密钥，然后上传至服务端存储，对方使用文件时使用私钥解密文件密钥进而再解密文件获得最终文件；
具体包括以下步骤：
步骤一，***初始化：
用户A与用户B在首次登录***时进行初始化；
用户A与用户B在完成初始化后即进行登陆***，登陆过程如下：
用户登录***，用户端将自动获取存储于第三方存储机构的密钥文件，并通过对注册信息进行哈希计算获取到口令密钥，通过口令密钥解密密钥文件，对密钥文件进行解析后分别获得用户主密钥与用户私钥，并将主密钥与私钥存储于用户端；
步骤二，文件加密上传；
步骤三，密文共享；
步骤四，文件下载解密；
步骤五，注销：
当需要注销时，用户端会自动清除存储于用户端的主密钥与用户私钥；
状态显示模块，与中央控制模块连接，用于通过信号指示灯显示硬件工作状态。
2.如权利要求1所述多类型CPU兼容工业控制器***，其特征在于，在步骤一中所述初始化过程包括：
第一步，用户进入注册界面，按要求提供用户名与口令进行注册，然后用户端会根据注册信息在用户端通过哈希函数生成符合对称加密密钥长度要求的用户口令密钥；
第二步，用户端会通过本地函数调用在本地生成大小为m的安全随机数，随机数作为用户的主密钥，m的大小根据对称加密算法对密钥长度的要求来进行确定，与此同时也在本地生成用户的非对称加密的密钥对；
第三步，将生成的用户主密钥与用户私钥通过口令密钥进行加密，生成密文状态的密钥文件，将文件通过编码后上传至第三方平台机构进行存储，存储至用户注册信息列表中；
第四步，将生成的公钥直接上传至用户注册信息列表中，进行存储从而完成注册；
在步骤二中所述文件上传过程包括：
第一步，用户A选择需要加密上传的文件，然后由用户端随机生成一个安全的随机数，长度符合对称加密密钥长度，将随机数作为文件密钥；
第二步，通过使用文件密钥对所选文件进行加密，并将加密结果缓存在本地；
第三步，文件密钥通过用户主密钥进行加密，并且将加密后的文件密钥通过文件拼接的方式拼接到通过第二步加密后的文件前，组成一个新的文件，前m字节为加密后的文件密钥，m字节后为加密后的文件内容；
第四步，用户A将新组成的加密文件上传至服务端进行存储。
3.如权利要求1所述多类型CPU兼容工业控制器***，其特征在于，中央控制模块的控制方法包括：
步骤一，时隙1，源端S以功率PS广播自己的信息数据，中继与目的端处于接收状态；
步骤二，目的端对直传链路的接收数据进行解调，并通过反馈信道广播3种解调状态：成功、半成功、失败；
步骤三，当满足直传链路的接收信噪比不小于信噪比阈值，即PSγ≥η，解调状态为成功，目的端反馈的信息为11，则接收到反馈信息后，源端在时隙2以功率PS发送新的信息符号，中继节点保持沉默；
步骤四，当不满足PSγ≥η但满足2PSγ≥η，解调状态为半成功，目的端反馈的信息为10或01，则在接收到反馈信息后，源端在时隙2以功率PS重发在上时隙广播的信息符号，中继节点保持沉默；
步骤五，当满足2PSγ＜η，解调状态为失败，目的端反馈的信息为00，则接收到反馈信息后，源端在时隙2保持沉默，而中继节点依据接收信噪比判断对于时隙1源所发送数据的接收状态；
步骤六，当目的端解调状态为失败且中继处在时隙1满足接收信噪比不小于正确解调的阈值，即PSα≥η，说明中继节点已将时隙1源所发送的数据译码成功，则中继在时隙2采用译码转发DF协议将此数据编码后以功率PR转发，目的端对直传链路和中继链路的接收信息最大比值合并后解调；
步骤七，当目的端解调状态为失败且中继处在时隙1满足PSα＜η，说明中继节点未能将时隙1源所发送的数据译码成功，则中继在时隙2采用放大转发AF协议将此数据量化后以功率PR转发，目的端对直传链路和中继链路的接收信息最大比值合并后解调；
该基于反馈信息的协作传输机制实现方法的频谱效率描述为：
其中α、β、γ分别表示S→R、R→D、S→D链路的单位接收信噪比。
4.如权利要求1所述多类型CPU兼容工业控制器***，其特征在于，所述CPU调度模块调度方法如下：
首先，获取M个线程中的一个线程以及N个运行的CPU中的一个CPU,其中M为大于0的整数，N为大于0的整数；
然后，将所述M个线程中的一个线程绑定在所述N个运行的CPU中的一个CPU上处理。
5.如权利要求4所述多类型CPU兼容工业控制器***，其特征在于，所述获取M个线程的其他M-1个线程以及N个运行的CPU的其他N-1个CPU；
当所述M-1小于所述N-1时，则将所述M-1个线程一对一的绑定在M-1个运行的CPU上处理；或者当所述M-1等于所述N-1时，将所述M-1个线程一对一的绑定在所述N-1个运行的CPU上处理；
或者当所述M-1大于所述N-1时，将N-1个线程一对一的绑定在所述N-1个运行的CPU上处理，将M-N个线程绑定在所述N-1个运行的CPU上的M-N个CPU上处理。
6.如权利要求1所述多类型CPU兼容工业控制器***，其特征在于，负载均衡模块的方法如下：
首先，针对每个接收端口，根据分流规则将报文分类，并根据接收端口的接收队列与报文类型的分配关系，将报文转发至与所属的报文类型存在分配关系的接收队列；
然后，接收端口接收到报文后，产生硬件中断，并将硬件中断同时上报给与接收端口绑定的所有CPU核；
最后，接收到硬件中断的每个CPU核在软中断处理过程中，从与本CPU核绑定的接收队列读取报文。
7.一种实现权利要求1～6任意一项所述多类型CPU兼容工业控制器***控制方法的计算机程序。
8.一种搭载有权利要求1～6任意一项所述多类型CPU兼容工业控制器***的信息数据处理终端。
9.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-6任意一项所述多类型CPU兼容工业控制器***的控制方法。
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