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专利号: 2019105567887
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2025-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,包括:基于WSANs中的传感器采集所述WSANs所控制的平台的状态信息,以供所述WSANs中的控制器根据所述状态信息和所述WSANs的通信时延生成控制策略,所述WSANs中的执行器根据所述控制策略控制所述平台,并以采集所述状态信息的传感器为起点建立多条传输路径;其中,每条所述传输路径包括所述状态信息传输到所述控制器的路径和所述控制策略传输到所述执行器的路径;

获取所述状态信息和所述控制策略之间的关联关系,并获取以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗,根据所述WSANs的功耗构建目标函数;

根据所述关联关系和所述目标函数,获取所述WSANs的最优控制策略,并计算在所述最优控制策略下以各条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗,将所述状态信息和所述最优控制策略按最小所述功耗对应的传输路径进行传输;

所述根据所述关联关系和所述目标函数,获取所述WSANs的最优控制策略包括:根据所述关联关系和所述目标函数,构建所述WSANs的联合最优化问题,对所述WSANs的联合最优化问题进行求解,获得所述最优控制策略定义 xk表示第k个采样时刻点传感器采集的状态信息,ul,k‑1表示控制器根据第l条传输路径传输的第k‑1个采样时刻点采集的状态信息和通信时延生成的控制策略,求解所述联合最优化问题是对系数Ll,k进行求解,利用递归推导的方法,从后向前逐步得出所述最优控制策略的系数;

根据各个时刻的状态信息和之前时刻的控制策略,产生当前时刻的最优控制策略。

2.根据权利要求1所述的WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,所述状态信息和所述控制策略之间的关联关系为:xk+1=Akxk+Bk1ul,k+Bk2ul,k‑1;

其中,xk+1表示第k+1个采样时刻点所述传感器采集的状态信息,xk表示第k个采样时刻点所述传感器采集的状态信息,ul,k表示所述控制器根据第l条传输路径传输的第k个采样时刻点的控制策略,ul,k‑1表示所述控制器根据第l条传输路径传输的第k‑1个采样时刻点的控制策略,Ak、Bk1和Bk2为系数。

3.根据权利要求1所述的WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗包括以该条所述传输路径进行传输的过程中所述传感器的功耗和以该条所述传输路径进行传输的过程中所述平台的功耗。

4.根据权利要求3所述的WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,以该条所述传输路径进行传输的过程中所述传感器的功耗包括所述状态信息以该条传输路径从采集所述状态信息的传感器传递到所述控制器的过程中所述传感器的功耗,以及所述控制策略以该条传输路径从生成所述控制策略的控制器传输到所述执行器的过程中所述传感器的功耗。

5.根据权利要求4所述的WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,所述状态信息以该条传输路径从采集所述状态信息的传感器传递到所述控制器的过程中所述传感器的功耗通过以下公式获取:

其中, 表示所述状态信息以第l传输路径从采集所述状态信息的传感器传递到所述控制器的过程中所述传感器的功耗,xk表示第k个采样时刻点所述传感器采集的状态信息, 表示所述第l条传输路径中采集所述状态信息的传感器和所述控制器之间的传感器数量, 表示从第i个传感器节点到第i+1个传感器节点之间的距离,λ和εd为常数;

所述控制策略以该条传输路径从生成所述控制策略的控制器传输到所述执行器的过程中所述传感器的功耗通过以下公式获取:其中, 表示所述控制策略以所述第l条传输路径从生成所述控制策略的控制器传输到所述执行器的过程中所述传感器的功耗,ul,k表示所述控制器根据第l条传输路径传输的第k个采样时刻点采集的所述状态信息生成的控制策略,nl表示所述第l条传输路径中从采集所述状态信息的传感器到所述执行器之间的传感器数量;

以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述传感器的功耗通过以下公式获取:其中, 表示以第l条传输路径进行传输的过程中所述传感器的功耗,N为采样时刻点的总数量。

6.根据权利要求5所述的WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述平台的功耗:其中, 表示以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述平台的功耗,N为采样时刻点的总数量,xN为第N个采样时刻点采集的状态信息, 为xN的转置,xk表示第k个采样时刻点所述传感器采集的状态信息, 为xk的转置,ul,k表示所述控制器根据第l条传输路径传输的第k个采样时刻点采集的所述状态信息生成的控制策略, 表示ul,k的转置, Q0和R0表示预设系数;

相应地,以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗为:其中, 表示以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗,α、β为权重系数, 表示以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述传感器的功耗,IM和IK为单位矩阵。

7.根据权利要求1‑6任一所述的WSANs控制策略和功耗联合优化方法,其特征在于,根据所述关联关系和所述目标函数,获取所述WSANs的最优控制策略的步骤具体包括:根据所述关联关系和所述目标函数,构建所述WSANs的联合最优化问题;其中,所述目标函数为最小化所述WSANs的功耗;

对所述联合最优化问题进行求解,获取所述WSANs的最优控制策略。

8.一种WSANs控制策略和功耗联合优化装置,其特征在于,包括:采集模块,用于基于WSANs中的传感器采集所述WSANs所控制的平台的状态信息,以供所述WSANs中的控制器根据所述状态信息生成控制策略,所述WSANs中的执行器根据所述控制策略控制所述平台,并以采集所述状态信息的传感器为起点建立多条传输路径;其中,每条所述传输路径包括所述状态信息传输到所述控制器的路径和所述控制策略传输到所述执行器的路径;

构建模块,用于获取所述状态信息和所述控制策略之间的关联关系,并获取以任一条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗,根据所述WSANs的功耗构建目标函数;

控制模块,用于根据所述关联关系和所述目标函数,获取所述WSANs的最优控制策略,并计算在所述最优控制策略下以各条所述传输路径进行传输的过程中所述WSANs的功耗,将所述状态信息和所述最优控制策略按最小所述功耗对应的传输路径进行传输;

所述控制模块用于:

根据所述关联关系和所述目标函数,构建所述WSANs的联合最优化问题,对所述WSANs的联合最优化问题进行求解,获得所述最优控制策略定义 xk表示第k个采样时刻点传感器采集的状态信息,ul,k‑1表示控制器根据第l条传输路径传输的第k‑1个采样时刻点采集的状态信息和通信时延生成的控制策略,求解所述联合最优化问题是对系数Ll,k进行求解,利用递归推导的方法,从后向前逐步得出所述最优控制策略的系数;

根据各个时刻的状态信息和之前时刻的控制策略,产生当前时刻的最优控制策略。

9.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述WSANs控制策略和功耗联合优化方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述WSANs控制策略和功耗联合优化方法的步骤。