面向网络系统感知与控制的传输机制研究与算法设计

发布时间：2021-07-19 19:30

　　随着信息通信技术的不断发展,无线技术在工业自动化中得到广泛应用。将无线网络与现有控制网络相融合,形成了无线网络系统,实现了信息采集和控制的无线化。然而,与有线通信相比,无线通信面临着诸多新挑战。复杂严重的电磁干扰、动态多变的无线链路、大型设备的移动遮挡,导致信息传输的实时性和可靠性难以保证。针对无线传输诱导的时延和丢包,网络系统既可以采用感知与控制方法进行被动抑制,也可以设计传输机制进行主动改善。通过充分利用时-频-空多域多维度的多样性,协作传输能够有效地抵抗衰落、抑制干扰,显著地提高端到端的信息传输性能。由此可见,面向感知与控制的协作传输是提高网络系统性能的有效方法。本论文以工业生产过程为研究背景,研究面向网络系统感知与控制的传输机制设计,解决资源约束下状态感知信息与控制指令信息高效可靠传输问题。本论文主要成果包括:首先,针对基于无线网络的多子系统网络系统,分析了状态感知信息和控制指令信息丢失对网络系统性能的影响,显式地刻画了控制性能与传输性能之间的映射关系。基于此关系提出了面向多子系统闭环控制的协作传输机制。此机制能够根据子系统和无线信道的动态特性,自适应地进行多域（频域、时域、能... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 网络系统的概述
        1.2.1 无线网络
        1.2.2 控制系统
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 基于无线网络的感知与控制
        1.3.2 无线网络中基于分集的协作传输
        1.3.3 现有工作的不足
    1.4 本文的主要内容及结构安排
        1.4.1 论文的主要内容
        1.4.2 论文结构
第二章 状态感知信息与控制指令信息的协作传输
    2.1 引言
    2.2 系统模型与问题描述
        2.2.1 网络模型
        2.2.2 控制系统模型
        2.2.3 控制-通信代价
    2.3 协作传输机制的优化设计
        2.3.1 系统稳定性分析
        2.3.2 协作传输策略设计
        2.3.3 优化问题建模
    2.4 问题求解与分析
        2.4.1 问题转化
        2.4.2 问题分解
    2.5 仿真结果
        2.5.1 温度控制系统
        2.5.2 性能比较与分析
    2.6 本章小结
第三章 基于中继辅助的状态感知信息的高效传输
    3.1 引言
    3.2 系统模型
    3.3 传输机制的设计与优化
        3.3.1 控制性能与传输可靠性之间的关系
        3.3.2 基于混合转发机制的协作传输机制
    3.4 S-R与 R-G两个阶段的资源共享
        3.4.1 R-G阶段的信道分配与功率控制
        3.4.2 S-R阶段的接纳控制和匹配
    3.5 仿真结果
        3.5.1 性能评估
        3.5.2 不同传输机制间的性能对比
    3.6 本章小结
第四章 面向分层估计的状态感知信息的按需传输
    4.1 引言
    4.2 系统模型
    4.3 分层状态估计和两阶段传输的联合设计机制
        4.3.1 边缘估计器的设计
        4.3.2 远端估计器的设计
        4.3.3 两阶段的传输
        4.3.4 估计与传输的联合设计
    4.4 问题求解
        4.4.1 Pe:波束成形与功率控制的联合设计
        4.4.2 Pm:分组传输
    4.5 数值仿真结果
        4.5.1 性能对比
    4.6 本章小结
第五章 基于波束成形的控制指令信息的可靠传输
    5.1 引言
    5.2 系统模型
        5.2.1 无线通信模型
        5.2.2 控制系统模型
    5.3 问题描述
        5.3.1 基于间歇控制的稳定性分析
        5.3.2 波束成形辅助的协作传输
        5.3.3 问题建模
    5.4 问题求解
        5.4.1 底层传输子问题
        5.4.2 顶层传输子问题
    5.5 仿真结果
        5.5.1 性能评估
        5.5.2 不同策略间的性能对比
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间参与的科研项目



本文编号：3291288