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引言

隨著“智能時(shí)代”的快速逼近，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)正面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，必須加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的研究，使之具有快速、穩(wěn)定、低功耗的特性，重點(diǎn)關(guān)注無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)擁塞網(wǎng)絡(luò)，分析這三種典型網(wǎng)絡(luò)的異同之處，提出三種典型通信網(wǎng)絡(luò)的建模及控制方法，滿足大流量、高速度的即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)需求。

1 三種典型通信網(wǎng)絡(luò)概述

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是一種典型的不可再生資源，現(xiàn)今普遍使用低成本、高效率、高覆蓋率的蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，然而該網(wǎng)絡(luò)也存在難以規(guī)避的復(fù)雜信道衰落和傳輸時(shí)滯的問題，如：路徑損耗、多徑衰落、陰影效應(yīng)、多普勒效應(yīng)等，并主要表現(xiàn)為基站到移動(dòng)臺(tái)之間的傳輸時(shí)滯和移動(dòng)臺(tái)到基站之間的傳輸時(shí)滯。為此，要進(jìn)行無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的功率和速率聯(lián)合控制，如：無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)功率和速率控制的狀態(tài)空間系統(tǒng)模型；自適應(yīng)控制策略；輸入時(shí)滯的功率與速率預(yù)測(cè)控制方法；魯棒控制策略；自適應(yīng)模糊控制算法和基于輸入輸出鏈路的最優(yōu)控制算法等。

車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性高、既有自組織網(wǎng)絡(luò)無(wú)線分布式及無(wú)中心的特性，適用于車車互聯(lián)、車網(wǎng)互聯(lián)、車路互聯(lián)、車人互聯(lián)等場(chǎng)景，常用的通信技術(shù)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)、專用短程通信、可見光通信、衛(wèi)星通信等。

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了現(xiàn)代社會(huì)信息流的爆炸式增長(zhǎng)，然而受到網(wǎng)絡(luò)資源的限制，要重點(diǎn)關(guān)注計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法，進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)，如：吞吐量、時(shí)滯、丟包率、公平性、穩(wěn)定性等，引入以流量控制為基礎(chǔ)的端到端擁塞控制算法和以隊(duì)列管理為基礎(chǔ)的路由擁塞控制算法，確保網(wǎng)絡(luò)資源的充分利用，規(guī)避網(wǎng)絡(luò)過載或欠載的問題。

2 采用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法分析不確定性典型網(wǎng)絡(luò)

2.1 典型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的建模分析

以蜂窩狀無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為例，該網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)基站（BS）和若干個(gè)移動(dòng)站（MS），可以在獲悉相關(guān)參數(shù)的前提下，進(jìn)行系統(tǒng)建模分析，如：基站接收的實(shí)際信噪比；移動(dòng)站與基站之間的信道衰落；移動(dòng)站的發(fā)射功率；系統(tǒng)往返時(shí)滯等，并添加一個(gè)功率控制量，確保實(shí)際信噪比達(dá)到預(yù)期值。

對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)建模，以車輛作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，基于相關(guān)參數(shù)如：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、信號(hào)覆蓋半徑、發(fā)射/接收天線增益、實(shí)際功率的前提下，構(gòu)建車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)信道衰落Nkagami-m模型，分析車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的不確定性問題。

以離散時(shí)間條件下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)為例，可以構(gòu)建連續(xù)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型，深入探討和分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制問題，并引入空間向量，形成狀態(tài)空間模型，進(jìn)行近似離散參數(shù)的轉(zhuǎn)化，獲取離散時(shí)間下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型，分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的不確定性問題。

2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制

滑模控制體現(xiàn)出對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化、外部擾動(dòng)的良好魯棒性，能夠較好地引入到不確定性典型網(wǎng)絡(luò)通信控制系統(tǒng)之中，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)源端和接收端與路由器之間的帶寬為10Mbps，往返傳輸時(shí)滯為20ms，采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真控制分析，通過離散系統(tǒng)最優(yōu)控制方法輸入反饋增益，獲取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制曲線，通過滑模變結(jié)構(gòu)控制狀態(tài)變量曲線可知，曲線平滑并沒有出現(xiàn)超調(diào)的現(xiàn)象，表明離散系統(tǒng)最優(yōu)控制方法體現(xiàn)出良好的抑噪性能，并體現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，能夠準(zhǔn)確地描述典型網(wǎng)絡(luò)的工作特點(diǎn)。

3 采用預(yù)測(cè)控制方法分析非線性典型網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯性系統(tǒng)

考慮到典型網(wǎng)絡(luò)工作條件時(shí)存在不可避免的時(shí)滯現(xiàn)象，為此要針對(duì)系統(tǒng)的時(shí)滯問題進(jìn)行控制，本文重點(diǎn)關(guān)注典型網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變狀態(tài)時(shí)滯、時(shí)變控制時(shí)滯、非線性及輸入約束等，構(gòu)建非線性典型網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯系統(tǒng)模型，引入預(yù)測(cè)控制策略和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)典型網(wǎng)絡(luò)的有效控制。

3.1 典型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的建模

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模分析要重點(diǎn)關(guān)注時(shí)變的功率時(shí)滯、速率時(shí)滯、控制時(shí)滯等非線性、不確定性因素，在模型中添加一個(gè)含有時(shí)滯的功率控制量和二維狀態(tài)向量，可以獲取系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。

對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)而言，在進(jìn)行系統(tǒng)建模分析的過程中要充分考慮系統(tǒng)的時(shí)變時(shí)滯、控制時(shí)滯、非線性因素，并加入功率控制量和二維狀態(tài)向量，獲取車聯(lián)網(wǎng)功率控制狀態(tài)空間模型。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)建模中，要充分考慮分組丟棄概率表達(dá)中的系統(tǒng)時(shí)滯變量，構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，并進(jìn)行離散化，獲悉離散時(shí)間下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型。

3.2 預(yù)測(cè)控制方法的應(yīng)用

考慮到三種典型網(wǎng)絡(luò)存在較大的不確定性和外界干擾等非線性因素，為此可以采用具有良好抗干擾能力和魯棒性的預(yù)測(cè)控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性時(shí)滯系統(tǒng)的有效控制。對(duì)此需要構(gòu)建典型網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型，設(shè)置開環(huán)預(yù)測(cè)向量，通過控制策略與參數(shù)估計(jì)相結(jié)合的方式，求取獲得控制量。

以車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)控制方法為例，相關(guān)數(shù)據(jù)為：初始信噪比為10dB，載波頻率為5.9GHz，信號(hào)傳輸最大容量為3Mb/s，選用離散系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法，獲取車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量曲線、輸入變量曲線和時(shí)變時(shí)滯曲線，直觀顯示非線性典型網(wǎng)絡(luò)的時(shí)滯系統(tǒng)性能，反映預(yù)測(cè)控制方法對(duì)車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的良好功率、速率控制效果。

4 采用魯棒保性能控制方法分析多時(shí)滯典型網(wǎng)絡(luò)非線性系統(tǒng)

鑒于典型網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜性，要引入魯棒保性能控制方法，面向三個(gè)典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建多時(shí)滯非線性系統(tǒng)模型，充分考慮無(wú)/有時(shí)滯狀態(tài)量、無(wú)/有時(shí)滯控制量、不確定參數(shù)及非線性因素，再采用保性能控制方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。

4.1 典型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的建模

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模要考慮時(shí)滯問題、不確定性和非線性問題，設(shè)置狀態(tài)時(shí)滯、控制時(shí)滯、無(wú)/有時(shí)滯的功率控制量，構(gòu)建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)速率控制狀態(tài)空間模型。

車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模要考慮車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)中的時(shí)變時(shí)滯、控制時(shí)滯、非線性因素，加入功率控制量，獲取車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)空間模型。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建?？紤]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路中分組丟棄概率被傳回源端的情形，還要考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上行鏈路中信號(hào)衰落和丟包的現(xiàn)象，構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，并進(jìn)行離散化，獲取離散時(shí)間下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型。

4.2 魯棒保性能控制方法的應(yīng)用

考慮典型網(wǎng)絡(luò)存在參數(shù)不確定性和時(shí)滯性問題，因而可以設(shè)計(jì)一個(gè)控制律，使閉環(huán)系統(tǒng)逐漸趨于魯棒穩(wěn)定性，并具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。以實(shí)際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為例，其相關(guān)參數(shù)為：信道帶寬為4KHz，初始信噪比為30dB，獲取無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量曲線、輸入變量曲線、系統(tǒng)時(shí)滯及控制時(shí)滯曲線，可以看到魯棒保性能控制的狀態(tài)變量曲線能夠快速趨于穩(wěn)定，并無(wú)超調(diào)量現(xiàn)象，能夠有效克服系統(tǒng)的多時(shí)滯、不確定性、非線性、輸入約束等問題，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。

5 小結(jié)

綜上所述，本文選取無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這三種典型網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建典型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)模型，對(duì)不確定性、狀態(tài)時(shí)滯的典型網(wǎng)絡(luò)采用滑模變結(jié)構(gòu)控制，對(duì)時(shí)變時(shí)滯、非線性的典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用預(yù)測(cè)控制，對(duì)同時(shí)兼具時(shí)變狀態(tài)時(shí)滯、時(shí)變控制時(shí)滯、非線性、輸入約束的典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用魯棒保性能控制。未來(lái)還要考慮移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)形式的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建模型，并在控制過程中考慮網(wǎng)絡(luò)的公平性和資源分配問題，深入探討網(wǎng)絡(luò)跟蹤和容錯(cuò)性課題。