無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的資源優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，隨著無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展而來的無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它是一門由通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制理論等多方面相互交叉的學(xué)科。無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如工業(yè)過程、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)牧業(yè)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)等，極大地方便了人們的生產(chǎn)和生活，因此受到國(guó)內(nèi)外研究者的高度關(guān)注。
　　資源優(yōu)化問題是無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的核心問題之一，而無線網(wǎng)絡(luò)控制

2、系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信與控制性能的相互影響給該方面的研究帶來了巨大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中資源優(yōu)化的研究目標(biāo)大多僅考慮系統(tǒng)的某一方面，比如僅針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信性能、系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)性能或者閉環(huán)控制性能，而將上述幾方面結(jié)合考慮并進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化的方法和成果尚不完善。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新的研究成果，考慮了通信、估計(jì)、控制三者的相互影響，并對(duì)三者進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。本文的主要工作和貢獻(xiàn)可概括為以下幾個(gè)方面:
　　1.余紹了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生以及應(yīng)用背景，

3、并概述了相關(guān)方面的研究現(xiàn)狀。
　　2.針對(duì)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信存在相互干擾的場(chǎng)景，以系統(tǒng)最優(yōu)遠(yuǎn)端估計(jì)為目標(biāo)，以實(shí)際的無線通信模型為基礎(chǔ)，采用模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了一種傳感器發(fā)送調(diào)度算法。并以僅存在兩個(gè)傳感器的簡(jiǎn)化系統(tǒng)為例，詳細(xì)闡述了該調(diào)度算法的運(yùn)行過程，并通過理論分析和仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　3.針對(duì)多跳網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)遠(yuǎn)端估計(jì)問題，為中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種能量有效的續(xù)傳策略。首先根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的不同提出了直

4、接續(xù)傳策略和本地處理-續(xù)傳策略兩種基本的續(xù)傳策略，并對(duì)比了兩者的估計(jì)性能以及系統(tǒng)能耗，然后結(jié)合兩種策略的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種事件觸發(fā)續(xù)傳策略，使系統(tǒng)在較低的系統(tǒng)能耗下獲得較好的估計(jì)性能。
　　4.研究了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的最優(yōu)控制器位置問題?？紤]系統(tǒng)中傳感器-控制器以及控制器-執(zhí)行器兩條鏈路的通信都均在隨機(jī)丟包，將系統(tǒng)的閉環(huán)控制性能描述成關(guān)于數(shù)據(jù)包接收率的函數(shù)，并分別為標(biāo)量系統(tǒng)和矢量系統(tǒng)設(shè)計(jì)了最優(yōu)的控制器位置。
　　5.考慮無線