存在数据包丢失NCS系统的补偿估计器的建模与分析

对同时存在网络诱导时延及数据包丢失的一类网络控制系统进行了研究和分析。针对时延网络系统存在的数据包丢失,设计出包丢失估计补偿器,用补偿器的信息来更新控制器并建立系统模型,从而有效降低了时延和丢包对系统的影响,最终提高系统性能。与此同时,通过李亚普诺夫稳定性理论来对闭环系统进行了稳定性分析,并给出控制器的设计方法。最后,通过了实例仿真,证实了带补偿器和估计器的网络控制系统设计的有效性。     

具有时延和丢包的网络控制系统H_∞状态反馈控制

研究了具有时延和数据包丢失的网络控制系统H∞状态反馈控制问题.考虑了网络控制系统中同时存在时延和数据包丢失的情况.将丢包过程建模为有限状态的马尔可夫过程.在此模型的基础上,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法.给出了保持系统均方稳定且满足H∞性能的控制器存在的充分条件,并给出了相应的设计方法.最后数例仿真结果表明了控制器设计方法的有效性.     

基于网络控制系统的水下自主航行器制导系统结构

在现代控制系统中,网络控制系统可以用最小成本实现柔性系统,该柔性系统可以完成包括功能可重新配置的许多任务;网络控制系统采用公用的总线结构,使得系统具有更加有效的灵活功能、更好的资源共享、降低系统的维护成本,网络控制系统的最大问题是由于网络而产生的时延和数据包的丢失;研究了基于网络控制原理的水下自主航行器制导系统,详细分析了水下自主航行器网络控制系统的稳定性问题和基于时间触发的TTCAN高层协议;论文旨在通过对水下自主航行器网络控制系统结构的研究,指出其结构的意义和进一步的研究领域.     

有数据包丢失和时延的网络控制系统稳定化

在同时考虑网络时延和数据包丢失的基础上,研究了网络控制系统的反馈控制器设计问题;用迭代的方法分析了数据包的丢失问题。在当前的状态测量不能被控制器实时得到时,利用旧的信息来控制系统,将网络化控制系统建模为切换模型。基于切换系统理论和分段Lyapunov函数理论,构造了线性矩阵不等式,推导出网络控制系统反馈控制器稳定的充要条件。数值仿真算例说明了所提方法的可行性和有效性。     

基于状态空间模型的网络化广义预测控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延和数据包丢失,考虑了基于状态空间模型的网络化广义预测控制问题,提出一种采用最小预测步长和预测控制向量分别补偿网络诱导时延和数据包丢失对系统性能影响的新方法.分别给出了存在数据包丢失、网络诱导时延以及两者同时存在情况下的控制器设计方法.仿真实验结果验证了所提出算法的有效性.     

网络控制系统中的稳定性研究

网络控制系统中由于通讯网络的引入产生了不确定的网络延时、数据包丢失以及数据包时序错乱等问题，这些问题严重影响了系统的稳定性能甚至引起了系统的不稳定。为了保证系统的稳定性应根据网络控制系统中出现的时延问题设计控制器，本文针对线性和非线性控制对象提出了控制器模型。     

网络控制中基于FSMC观测器的时延补偿

针对网络控制系统中因存在通讯时延、网络诱导噪声及数据丢失等而可能引起系统性能降低或不稳定的问题，利用模糊滑模控制理论，在时延存在的情况下，基于观测器建立不确定网络控制系统模型；并利用预估方法对网络控制系统的时延进行补偿，从而保证系统的稳定。设计模糊滑模控制器（FSMC）来抑制网络控制系统中的诱导噪声及滑模面上的“抖动”，以及采用预估补偿策略处理网络中的时滞和数据包丢失等，可有效保证系统的稳定。仿真实例表明了该算法的合理性、有效性。     

基于网络控制系统的水下航行器制导系统结构

研究基于网络控制原理的水下航行器制导系统结构,详细分析了基于时间触发的TFCAN高层协议在水下航行器网络控制系统中的应用;针对目前水下航行器制导系统的控制现状,提出基于NCS的水下航行器制导系统一般性结构和设计方法,有效地解决了水下航行器制导系统中信息传送的实时性和信息共享性问题,同时论证了水下航行器网络控制系统中影响其系统稳定性的时延问题：论文旨在通过对水下航行器网络控制系统结构的研究,指出其结构的意义和进一步的研究领域。     

网络化最优预测状态估计

当网络诱导时延和数据包丢失确定可知时,提出了一种网络化最优预测状态估计器设计方法,能够补偿网络诱导时延和数据包丢失对估计性能的影响,理论分析表明了随着网络诱导时延或数据包丢失的增加,该估计器在获得明显补偿效果的同时预测估计偏差略微递增,并给出了估计系统的稳定性条件,最后通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性和理论分析的正确性.     

MIMO网络控制系统的指数稳定性

研究具有时延和数据包丢失的多输入多输出网络控制系统的指数稳定性和控制器设计问题.对在传感器与控制器、控制器与执行器间皆有时延和数据包丢失的网络控制系统结构进行了简化,建立了动态输出反馈网络控制系统模型.基于异步动态系统理论、Lyapunov稳定性原理和线性矩阵不等式方法导出网络控制系统指数稳定的半负定矩阵条件和动态输出反馈控制律设计方法.数值算例说明结果是可行的.     

基于强化学习的网络时延自动化控制数学建模研究

传统的网络时延控制模型在分析时延原因时,仅从宏观角度分析,缺少建立网络模型的过程,导致时延控制能力差、数据传输时间长、丢包率大的问题。为解决此问题,设计一种基于强化学习的网络时延自动化控制模型。该模型的构建主要分为两部分,先是确定网络模型,具体分析网络时延出现的原因,在此基础上,利用强化学习中的Q学习算法构建自动化控制模型,以解决网络时延问题。实验结果表明:与传统的基于均衡调度的网络时延控制模型相比,该模型对网络时延的控制性能更好,且数据包传输时间缩短3.7 s,数据包丢包率降低5%,应用优势明显。     

无线网络环境下移动机器人轨迹跟踪的认知控制分析与设计

现有的网络控制系统领域中的研究通常先对网络环境的时延和丢包特性进行理想性假设, 然后设计对应 的控制算法. 然而, 由于无线网络环境具有复杂的时延和丢包特性, 这些假设在无线网络控制系统(WNCS)运行过 程中很难得到满足. 为了在不对网络环境的时延和丢包特性进行理想性假设的前提下设计控制系统, 本文受认知 控制思想的启发, 在控制系统中加入了认知控制器. 认知控制器在感知–作用循环中学习产生认知作用的策略, 调 节无线网络的媒体接入控制(MAC)层的重传次数上限和物理控制器的命令序列长度, 使控制系统可以主动地适应 所处的无线网络环境. 本文以全向轮移动机器人为被控对象, 对使用认知控制器的WNCS和使用固定配置的WNCS 的仿真结果进行比较. 仿真结果表明使用认知控制器调节MAC层的重传次数上限和物理控制器的命令序列长度, 可以提高WNCS对网络环境的时延和丢包的承受能力.     

BBR拥塞控制算法延迟及带宽探测优化

传统基于丢包的拥塞控制算法因为其高丢包率和引发缓冲区膨胀问题已经不能满足许多应用对网络性能的要求。谷歌提出的BBR（Bottleneck Bandwidth and Round Trip）算法以其抗丢包、高带宽利用率和低延迟等特性受到广泛关注与研究。但是BBR还存在排队延迟仍然较高、在RTT（Round Trip Time）较小环境下表现不佳、带宽探测不及时等问题。本文对BBR排队延迟和收敛性进行分析,进而提出改进方法：限制在外数据包数,并根据网络反馈适时减少拥塞窗口大小来降低延迟;在RTT较小环境下,将探测RTT阶段之前的带宽估计延续到探测RTT阶段之后;设置平稳状态最长保持时间及时退出平稳周期并进入探测周期。在NS3中的仿真实验结果表明,改进BBR降低了RTT及其抖动,提高了算法的收敛速度;能够在RTT较小环境下高效利用带宽;改进BBR能够显著提高长RTT流的带宽探测频率。     

SDN中基于遗传机制的自适应路由算法研究

SDN以集中式的控制、可编程的接口等优点,极大地提高了网络的管控效率及操作的灵活性。但在SDN部署运行中,也暴露出传输时延大、丢包率高等缺点。针对这些问题,提出了一种基于遗传算法的自适应SDN路由算法,该算法利用遗传算法在SDN的全局网络视图中搜索优化路径。算法设计时,对交叉、变异操作进行条件约束,避免产生无效的路径,减小求解空间,降低控制器计算开销。同时能根据网络的动态变化,自适应地选择转发路径。通过Mininet仿真平台进行实验,与其他算法相比,该算法降低了网络的时延以及丢包率,提高了网络性能。     

构建网络的新方法：基于环路的混合交换光网络*

为了能够更好地支持突发性数据业务,提出了一种新型网络交换结构——基于环路的混合交换光网络（cyclebased hybrid switching optical networks,CHSON）。该网络结合了光电路交换（OCS）和光突发交换（OBS）两种交换技术,不仅可以有效地降低网络节点的分组转发压力,而且能够较好地承载突发性数据业务。首先介绍了CHSON的网络结构和虚拓扑设计,然后阐述了节点设计及其执行流程。仿真表明,CHSON具有比OCS网络更低的丢包率,而且在丢包率和平均分组延时方面,CHSON较     

基于矢量转发的节能型水声传感器网络路由协议

近年来,水下物联网和海洋物联网已经成为一个热门的研究方向,水声传感器网络路由协议作为海洋物联网的重要组成部分也得到研究人员的广泛重视。因此在HH-VBF协议的基础上,提出一种基于矢量转发的节能型水声传感器网络路由协议——ES-HH-VBF协议。ES-HH-VBF协议在保留了将下一跳节点的位置信息作为计算节点转发因子的参考值的基础上,引入了节点剩余能量改进节点转发因子的计算方式,以此来均衡网络中的能量消耗;并且还将预设的距离阈值由HH-VBF协议中的固定值改为根据节点剩余能量变化的动态值,从而可以动态地控制数据冗余。为了验证ES-HH-VBF协议的性能,在水下传感器网络仿真器Aqua-Sim上对HH-VBF协议和ES-HH-VBF协议的性能进行了对比分析。仿真结果表明,随着节点发包间隔的增加,ES-HH-VBF协议的包传递率比HH-VBF协议的包传递率高4.2%左右,网络平均时延比HH-VBF协议低11.3%左右,网络平均能耗比HH-VBF协议低8.2%左右。通过对ES-HH-VBF 协议和HH-VBF协议的仿真实验分析可知,ES-HH-VBF协议在提高数据包传递率、降低平均能耗和降低平均延时方面具有较大优势。     

基于HJB方程的无线传感器网络系统Minimax控制器设计

针对工业环境下无线传感器网络系统在受到外部较大干扰时的系统稳定性问题,提出Hamilton-JacobiBellman (HJB)方程与Minimax控制相结合的方法.首先,针对无线传感器网络在复杂工况环境下出现的网络时延和连续丢包有界的情况,给出具有时延和丢包的无线传感器网络系统模型;然后,在Minimax性能指标函数下,利用HJB方程设计系统的Minimax最优控制器,进一步通过检验函数得出有关最大干扰的表达形式,从而推导出系统稳定的充分条件;最后,通过数值算例和仿真验证系统在突发较大干扰时采用所提方法的可行性和有效性.     

不同时变延迟下的多AUV编队协调控制

针对无领航者AUV编队协调控制问题,提出了一种不同时变通信延迟下的一致性协调控制方法;首先考虑到AUV之间水下通信存在时间延迟和数据丢失的问题,利用状态反馈线性化理论处理AUV数学模型中的非线性耦合项,从而将复杂的AUV模型转换为双积分器动态模型;其次,针对不同延迟通信情况,设计了位置和速度双独立的拓扑结构以减少编队成员之间发送每个数据包中的数据量;最后,提出了无领航者的多AUV稳定条件,进而将多AUV编队控制问题看作是一致性问题,基于Laypunov-Razumikhin定理证明时延多AUV编队系统的稳定性;该控制方法不仅能够克服不同时变延迟和数据丢失对编队的影响,使所有以随机位置和速度出发的AUV的三维轨迹均能达到一致状态,同时能抑制外界干扰;仿真结果与所提控制方法理论结果一致。     

Probe-based admission control for a differentiated-services internet

End-point admission control solutions have been proposed to meet quality requirements of audio-visual applications with little support from routers. These proposals decentralize the admission decision by requiring each host or access gateway to probe the network before sending data. In this paper we describe a probe-based admission control scheme that offers a reliable upper bound on packet loss, as well as small end-to-end delay and delay jitter. The admission control supports host mobility and multicast communications without adding any complexity to the network nodes. We present a mathematical analysis which relates system performance to design parameters and which can be used as a dimensioning aid for the system. Finally, we describe performance results from an experimental prototype as well as simulations that prove that the scheme provides a reliable and efficient solution for QoS provisioning for delay and loss sensitive applications.