[发明专利]基于事件触发的信息物理系统无线资源优化方法及系统

说明书

本申请实施例涉及信息物理系统技术领域，特别涉及一种基于事件触发的信息物理系统无线资源优化方法及系统，该方法包括：基于误码率，得到丢包率与发送端传输功率、蜂窝网络的选择概率之间的对应关系；在控制器端引入事件触发机制，对控制器与执行器之间的数据传输次数进行优化；对闭环系统在引入事件触发机制后的稳定性进行分析，并得到使闭环系统稳定的约束条件；将约束条件作为约束，构建多目标优化函数；采用遗传算法，对多目标优化函数求解，得到在保证系统性能前提下的最优触发系数、最优传输功率以及最优蜂窝网络选择概率。本申请提供的优化方法，能够实现异构无线网络中单元级CPS的通信节能、系统性能与数据传输成本之间的平衡。

技术领域

本申请实施例涉及信息物理系统技术领域，特别涉及一种基于事件触发的信息物理系统无线资源优化方法及系统。

背景技术

信息物理系统(Cyper-Physical Systems，CPS)作为一种集成计算、网络和物理过程的工程系统出现，使网络服务和物理组件之间能够无缝地交互。CPS建立在计算、传感、通信和嵌入式系统技术的基础上，是近几十年来信息通信技术(Information andCommunications Technology，ICT)快速发展的自然产物，它将改变人们与物理世界的交互方式。CPS由众多传感器、共享的通信网络、控制决策单元和执行器单元组成，将以上基本组件用通信网络联系在一起，便构成了反馈控制循环机制。

传统控制系统中的受控设备是通过配置有足够通信资源的网络来实现控制和监测的，因此，预期的控制和状态估计动作都以时间触发(Time-Triggered，TT)的方式实现。TT因其可预测性和易于实现的优点被认为更适合于硬实时系统与安全关键系统，然而，基于TT的控制和估计方法经常导致可用计算和通信资源的过度利用，同时考虑到嵌入式系统组件通常由电池供电，因此数据通信通常是耗能的。目前，CPS大都通过共享的无线通信网络来传输信息，其网络带宽有限，因此在控制器和估计器的设计中应该充分考虑有限带宽和由电池供电系统部件有限的计算和处理能力所带来的资源约束问题。

CPS通过共享的通信网络来传输信息，与有线网络相比，由于无线通信网络通常存在丢包、网络拥塞、时延等问题，CPS的实时性和可靠性不再得到保证，其系统性能受到了很大影响。众所周知，控制器端控制指令发送的越多，系统性能就越好，但大量的控制指令会占用过多的计算资源与通信资源，并加速通信节点的能量消耗。这说明，在基于无线网络通信的CPS中系统性能的提升与资源的有效利用互相矛盾，这对传感器和控制器的设计提出了严峻的挑战，因此研究CPS中计算和通信资源的高效利用与系统性能之间的平衡问题具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本申请实施例提供一种基于事件触发的信息物理系统无线资源优化方法及系统，实现系统性能、通信节能与数据传输成本三者之间的平衡。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于事件触发的信息物理系统无线资源优化方法，包括以下步骤：基于误码率，得到信息物理系统的丢包率与发送端传输功率、蜂窝网络的选择概率之间的对应关系；在控制器端引入事件触发机制，对控制器与执行器之间的数据传输次数进行优化；对闭环系统在引入事件触发机制后的稳定性进行分析，并得到使闭环系统稳定的约束条件；将所述约束条件作为约束，并将系统衰减率、发送端的传输功率、事件触发系数和数据传输总成本作为目标函数，构建多目标优化函数；采用遗传算法，对所述多目标优化函数求解，得到在保证系统性能前提下的最优触发系数、最优传输功率以及最优蜂窝网络选择概率。

在一些示例性实施例中，基于误码率，得到信息物理系统的丢包率与发送端传输功率、蜂窝网络的选择概率之间的对应关系，包括：基于无线信道的数据误码，得到误码率；所述数据误码是由无线信道中符号间干扰以及多路径干扰产生获取；基于所述误码率以及蜂窝网络发送数据时的丢包率、WiFi网络发送数据时的丢包率，得到信息物理系统的丢包率；基于异构无线通信方式下信息传输成功的概率以及蜂窝网络发送数据时的丢包率、WiFi网络发送数据时的丢包率，得到信息物理系统的丢包率与发送端的传输功率、蜂窝网络的选择概率之间的对应关系。