时延与丢包对温室WSN测控系统稳定性的影响

论文摘要

新兴的无线传感器网络技术与有线网络技术相比较,具有放置灵活、扩展简便、可以自组网以及价格低廉等优点,因此,采用无线传感器网络技术的温室测控系统将比现在流行的采用现场总线技术的温室测控系统更具竞争力,属于设施农业发展的前沿技术。无线传感器网络相对有线网络更容易造成系统时延与数据包丢失的现象,作为影响控制系统稳定性能的重要因子,国内外研究学者针对时延与丢包率对无线传感器网络稳定性的影响分析还尚不多见。结合温室无线传感器网络测控系统的特点,以温室中温度与湿度为研究对象,建立温度与湿度的信息传递模型,并通过解耦技术,建立温、湿度的单独控制回路。从确保温室无线传感器网络测控系统的控制稳定性出发,借鉴网络控制系统中针对时延与数据包丢失率的研究方法,结合李亚普诺夫稳定性理论和温室的特殊条件,对所建立的温、湿度控制模型进行稳定性条件的判断,分别推导出保证测控系统稳定运行的含有时延变量的线性矩阵不等式与含有丢包率变量的线性矩阵不等式。利用matlab中LMI工具箱对所推导出的线性矩阵不等式进行可行性分析,计算出保证系统稳定的时延与丢包率的临界值。时延与丢包率的临界值的确定,为实际应用中建立稳定的温室无线传感器网络测控系统提供了理论依据。利用TrueTime工具箱,建立含有时延与数据包丢失的无线传感器网络控制系统仿真模型,通过仿真实验结果得到以下结论:当温室无线传感器网络测控系统时延与丢包率小于所求得的临界值时,整个系统处于稳定状态;随着时延与丢包率的增加,系统稳定性能随之下降;而当超过所求临界值时,测控系统将处于不稳定状态,严重时甚至会导致整个系统崩溃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 温室WSN测控系统的提出与背景
• 1.2 温室测控系统的发展状况
• 1.3 时延与丢包在网络控制系统中的研究进展
• 1.3.1 网络诱导时延
• 1.3.2 网络传输丢包率
• 1.3.3 时延与丢包的研究进展
• 1.4 温室WSN测控系统的稳定性问题
• 1.4.1 无线传感器网络发展现状
• 1.4.2 温室WSN测控系统
• 1.4.3 时延与丢包对温室WSN测控系统稳定性的影响
• 1.5 论文的贡献及组织结构
• 第二章 温室WSN测控系统模型及工作原理
• 2.1 典型的温室测控系统模型
• 2.2 温室WSN测控系统模型
• 2.2.1 简易温室WSN测控系统
• 2.2.2 大型温室WSN测控系统整体设计
• 2.2.3 温室WSN测控系统工作原理
• 2.3 时延与丢包特性
• 2.3.1 时延产生原因及种类
• 2.3.2 数据包丢失现象
• 2.4 本章小结
• 第三章 含时延温室WSN测控系统分析与控制
• 3.1 温室WSN测控系统建立动态模型
• 3.1.1 温室WSN测控系统温、湿度动态模型
• 3.1.2 温、湿度动态模型的解耦
• 3.2 李亚普诺夫稳定性原理
• 3.3 WSN测控系统最大时延分析
• 3.3.1 含时延的无线传感器网络结构建模
• 3.3.2 温室WSN测控系统最大时延的分析
• 3.4 温室WSN测控系统最大时延的计算与仿真
• 3.4.1 系统最大时延的计算
• 3.4.2 系统仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 含丢包温室WSN测控系统模型与分析
• 4.1 温室WSN测控系统数据包丢失率的描述
• 4.2 含数据包丢失的传输模型描述
• 4.3 本章小节
• 第五章 含时延与丢包的温室WSN测控系统分析与控制
• 5.1 含时延与丢包率的温室WSN测控系统模型描述
• 5.2 指数稳定性
• 5.3 温室WSN测控系统指数稳定条件
• 5.4 最大丢包率的计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 TRUETIME工具箱及仿真
• 6.1 TrueTime工具箱的组成
• 6.2 实例仿真
• 6.2.1 仿真模型
• 6.2.2 含时延与数据包丢失的温室WSN测控系统仿真
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文