[发明专利]一种基于博弈论的网络控制系统调度方法

权利要求书

1.一种基于博弈论的网络控制系统调度方法，其特征在于：所述的调度方法包括如下步骤：

步骤1：根据网络控制系统NCSs调度问题的特性及对NCSs的数学描述，构建NCSs调度方法的非合作博弈模型；

步骤2：根据所述的非合作博弈模型并结合NCSs自身特性和相关的调度参数，确定NCSs中各控制回路的效用函数；

步骤3：寻找最优调度策略，等价于查找博弈模型的Nash均衡点；根据所确定的效用函数，结合Nash均衡存在性的判定条件，分析Nash均衡点的存在性和唯一性；

步骤4：在明确NCSs调度非合作博弈模型存在唯一的Nash均衡点后，运用混合自适应遗传算法求解该Nash均衡点；

步骤5：NCSs中的调度器按照Nash均衡点处的最优调度策略重新为每个控制回路分配网络资源；

所述的构建NCSs调度方法的非合作博弈模型的方法是：

设网络控制系统中共有n个控制回路，需要调度的回路集合为N＝{l_i|i∈[1,n]}；

则NCSs网络调度的非合作博弈模型可定义为一个三元组，即G＝{N,S,U_i}，其中S是所有参与调度的控制回路的可行方案集S＝{s_i|s_i＝(p_i,b_i),1≤i≤N}，p_i∈[p_i,min,p_i,max]是控制回路l_i可用的数据传输速率，p_i,min是保证l_i能够正常工作的最低数据传输速率，p_i,max是l_i最佳的数据传输速率；

b_i∈[p_i,min,B]是调度器预分配给l_i的带宽，B是NCSs的总带宽，显然p_i,max≤B和 成立，aB是调度器预留给其它信息节点的带宽资源，其中0≤a≤1，ɑ为一比例系数；

U_i为l_i的效用函数；

且U_i是一个从可选传输数据传输速率和带宽值集合到实数集合R的映射：U_i→R；

有且只有当时，l_i使用策略所取得的运行效率高于l_i使用策略s_i所取得的运行效率；

所述的确定NCSs中各控制回路的效用函数的形式：

基于所建的非合作博弈模型，各控制回路的效用函数U_i可表示如下：

式中，ν≥2为自然数和ω≥2为偶数，是根据具体的控制情况预先设定的经验常量；

是l_i可使用的平均带宽值，其中α≥1；

是l_i可用数据传输速率与平均带宽值之间的最大偏差；

当分配给l_i的带宽超过了其平均带宽值时，效用函数的值将呈现减小的趋势，这就反映了当某个控制回路要求较多的带宽资源时，其所得效用反而将越来越低，从而也保证了带宽资源分配的公平性。

2.按照权利要求1所述的基于博弈论的网络控制系统调度方法，其特征在于：所述的寻找最优调度策略，即查找非合作博弈模型的Nash均衡点的存在性和唯一性的方法为：

基于非合作博弈模型的网络控制系统网络调度问题实际是一个满足一定约束的最优化问题，即满足条件

根据博弈理论该最优化问题的求解，便可转化为相对应的针对相关约束的Nash均衡点的求解；

该Nash均衡可描述为其中就是l_i的最佳策略组合，是除l_i之外的所有其他控制回路的最优策略组合；

由于控制回路的策略组合S是非空的凸集，且为欧式空间的一个紧子集，另效用函数U_i对任意s_-i∈S_-i都是s_i的拟凹连续函数，因此根据Nash均衡点存在性定理可知所建NCSs调度的非合作博弈模型存在唯一的Nash均衡点。