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申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所

摘要：本发明公开了一种保证系统控制性能的使延迟确定性最大化的方法，该方法通过推导传输时延在指定时间窗内的概率来表征确定性传输，然后通过考虑系统控制性能研究了时延确定性与无线资源之间的关系。最后对传感器的传输功率谱密度和传输带宽分配进行优化，对所需通信资源进行优化，使延迟确定性最大化。本发明通过联合优化传感器的传输功率谱密度和传输带宽，综合考虑子系统的控制性能，无线信道信息与功率谱密度上限来制定使整个系统的时延确定性最大的资源分配策略，使系统时延确定性最大化的一组资源分配策略最终归结于一个表达式的最优解，在保证通信资源总量不变的情况下，既保证了每个子系统的控制性能，又实现了整个系统时延确定性的最大化。

主权项：1.一种保证系统控制性能的使延迟确定性最大化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，组建由边缘控制器集中控制的多传感器无线控制系统，并初始化系统控制参数和延迟确定性指标；所述系统控制参数包括：传感器m的过程噪声协方差Wm、闭环系统状态转移矩阵Ac,m和开环系统状态转移矩阵Ao,m，设定的传感器m第k个时隙的传输时延上下界即延迟窗口[t1,k,m,t2,k,m]和对应的丢包率pe,k,m；所述延迟确定性指标为时延落在时间窗内的概率Pr{t1,k,m≤Tk,m≤t2,k,m}，其中Tk,m表示传感器m在k时隙中的包传输时延；步骤2，确定控制性能与通信性能之间的关系，即确定控制性能限制条件；具体过程包括：步骤2-1，控制系统演化过程表示为： 式中，xk,m、xk+1,m分别表示传感器m在k、k+1时隙的状态，wk,m表示均值为零且协方差为Wm的独立同分布噪声；closed-loop为闭环系统，表示数据包成功在设定的时间窗口内到达，opened-loop为开环系统，表示数据包在传输过程中丢失或者到达时间没有落在设定的时间窗口内；依据所述延迟窗口[t1,k,m,t2,k,m]，则有： Pr{t1,k,m≤Tk,m≤t2,k,m}＝Pr{ζk,m＝1}式中，ζk,m为0-1变量，当它为1时，表示数据包传输时间落在设定的时间窗口内，否则它的值为0，Tk,m表示传感器m在k时隙中的包传输时延；考虑丢包率pe,k,m，将成功传输概率定义为：Pr{γk,m＝1}＝1-pe,k,m和Pr{γk,m＝0}＝pe,k,m其中，γk,m为0-1变量，当其为1时，表示数据包成功传输，当其为0时，表示发生了丢包，其概率即丢包率pe,k,m；由上述过程，则控制系统演化过程表示为： 步骤2-2，传感器m第k个时隙的控制性能表示为：Jmxm＝xmTQmxm式中，Qm为传感器m的权重矩阵；在控制过程中，类Lyapunov函数应以ρm的下降速率收敛到一个稳定值，Lyapunov类函数需要满足：E[Jmxk+1,m|xk,m]≤ρmJmxk,m+TrQmWm其中Tr为矩阵的迹，E为期望，因此该不等式左侧重新表示为： 由此得到控制收敛限制为： 该式应满足任何xk,m，因此不等式右侧的上界重写为： 由上述过程，通信性能与控制性能之间的关系描述为： 步骤3，边缘控制器根据接收到的传感器的状态信息计算每个用户的单位带宽的传输速率；计算每个用户的单位带宽的传输速率，计算公式为： 式中，Q表示Q函数；其中，Cm＝log21+rm nm＝BmTm＝LmRm式中，Rm为传感器m的单位带宽的传输速率，Cm为香农信道容量，rm为信噪比，Vm为信道弥散参数，nm为时频资源，Lm表示短包的大小，Pm为传感器的传输功率谱密度，Bm为传感器的传输带宽，hm和N0分别表示信道增益和高斯白噪声功率谱密度；步骤4，在保证系统控制性能的前提下，联合优化传感器的传输功率谱密度和传输带宽，使延迟确定性最大化；具体包括：步骤4-1，将优化问题表示为： 0≤pe,m≤pe,max, 0≤Pm≤Pmax,m.步骤4-2，求解步骤4-1的优化问题，得到使系统时延确定性最大化的一组资源分配策略；步骤4-3，边缘控制器将资源分配策略发送给对应的传感器，系统状态趋于一个稳定的状态，达到系统时延确定性最大化。

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