任永瓊，季文文

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 銅仁 554300）

0 引言

在大數(shù)據(jù)時代背景下，通信自動控制系統(tǒng)的可應(yīng)用范圍逐漸擴大，如交通、軍事，故研究通信自動控制系統(tǒng)極有價值。關(guān)于通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化問題，已有學(xué)者展開研究，分析通信自動控制系統(tǒng)中涉及的具體技術(shù)，并提出一些優(yōu)化方案。而大數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)在通信自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用效果較好，有助于提高通信自動控制系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用水平及管理水平。由此，在大數(shù)據(jù)背景下，分析人工智能技術(shù)對通信自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用具有重要意義。同時通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵在于控制器升級，由此采用易操作、工作原理簡單的PID控制算法[1-2]，研究如何升級通信自動控制系統(tǒng)。因傳統(tǒng)通信自動控制系統(tǒng)中存在滯后性問題，且需要應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的干擾，傳統(tǒng)通信自動控制系統(tǒng)通常難以用某一數(shù)學(xué)模型準確計算出輸出結(jié)果，為使用PID控制算法帶來一定挑戰(zhàn)[3]。而通信自動控制系統(tǒng)自身存在控制結(jié)果輸出誤差較大問題，可在人工智能技術(shù)支持下，借助人工智能較高的非線性映射擬合度改善PID控制算法[4]，進而實現(xiàn)通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化?；诖?，為提升通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化的精準度，本文探索提出通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化方案。在大數(shù)據(jù)背景下，先分析人工智能技術(shù)與通信技術(shù)特征，再利用人工智能技術(shù)優(yōu)化PID控制算法，明確通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化表達式，最后通過仿真測試對比分析最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)與人工智能通信自動控制系統(tǒng)，以期為通信自動控制系統(tǒng)升級提供理論參考。

1 大數(shù)據(jù)背景下人工智能技術(shù)與通信技術(shù)特征分析

現(xiàn)階段，經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)的處理、運行或使用過的活動，均會留下數(shù)據(jù)痕跡[5]。例如瀏覽互聯(lián)網(wǎng)頁面、網(wǎng)絡(luò)購物，都會在通信網(wǎng)絡(luò)中留下信息，形成大數(shù)據(jù)庫。目前，通信自動控制系統(tǒng)逐漸優(yōu)化升級，并擴大適用范圍，使多項生活、工作活動與人工智能技術(shù)與通信技術(shù)應(yīng)用有關(guān)。在此過程中，各項活動將產(chǎn)生多種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，形成龐雜的數(shù)據(jù)鏈。

隨著5G通信技術(shù)普及，數(shù)據(jù)安全問題更加突出，也是人工智能技術(shù)發(fā)展需要解決的重點問題。在融合人工智能技術(shù)與5G通信技術(shù)時，應(yīng)高度重視信息安全的健全力度[6]，為通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化提供良好的技術(shù)支持保障。盡管人工智能技術(shù)具有智能屬性，但其僅是一種技術(shù)，暫時無法完全模仿人的思維方式。但從操作邏輯來看，人工智能技術(shù)能夠高度契合、預(yù)測出人類的行為，通過大數(shù)據(jù)信息分析、判斷人類的正常行為，具有較強的邏輯性。人工智能技術(shù)主要是機械式模仿人類思維，暫不具備人的創(chuàng)造性思維、發(fā)散性思維[7]。然而5G通信技術(shù)與人工智能技術(shù)已經(jīng)滲透到生活的多個領(lǐng)域，可在屏幕圖像上顯示任何物體表面，進而提供特定的服務(wù)，推動社會進步。

在大數(shù)據(jù)背景下，通信自動控制系統(tǒng)涉及多種通信技術(shù)，且每項通信技術(shù)的特點均不相同。具體來看，一是新型多天線傳輸技術(shù)。大數(shù)據(jù)背景下，新型多天線傳輸技術(shù)改變了天線布局形式，形成更高的利用效率。在時代發(fā)展推動下，通信行業(yè)日漸發(fā)展，但頻譜資源逐漸減少、用戶需求不斷提高。新型多天線傳輸技術(shù)具備矩陣排列性能，能科學(xué)劃分時空，發(fā)揮矩陣增益效果，最大化滿足用戶要求并降低外界因素對通信自動控制系統(tǒng)的干擾[8]。在5G網(wǎng)絡(luò)通信中，合理融入新型多天線傳輸技術(shù)，可進一步擴大系統(tǒng)容量，匹配龐大數(shù)據(jù)的傳輸需求及持續(xù)增長的數(shù)據(jù)創(chuàng)建需要。二是安全機制技術(shù)特征。安全機制技術(shù)具有授權(quán)特點，主要形式為無線網(wǎng)絡(luò)安全機制[9]。用戶需要借助密碼完成一些操作，如用密碼開門。無線技術(shù)廣泛推廣的同時，安全機制也在不斷優(yōu)化。無線網(wǎng)絡(luò)安全機制的運行是先將信號引入主機，再向外發(fā)送信息，數(shù)據(jù)交換雙方能同時簽署信息安全協(xié)議，并在主機中留有記錄。用戶簽署協(xié)議后，確定信息安全，無夾帶其他危險信息，則可正常接收和使用信息。安全機制技術(shù)運行時主要涉及申請人、鑒定人、被授權(quán)人三部分，以WEP協(xié)議為主，但存在接入控制條件欠缺問題，難以確保機制具有完整性。由此，通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化需要加強對安全機制的監(jiān)管力度、提高控制器性能。三是大規(guī)模MIMO技術(shù)。大規(guī)模MIMO技術(shù)主要表現(xiàn)為天線，也是通信自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，能夠接收信號并轉(zhuǎn)發(fā)信息。由于具備反向傳輸信息條件，大規(guī)模MIMO技術(shù)可發(fā)揮媒介作用，有效連接用戶和通信基站。然而大規(guī)模MIMO技術(shù)具有較強的依賴性，難以同時為多個用戶提供服務(wù)，引發(fā)信號差現(xiàn)象[10]。為此，我國大規(guī)模建設(shè)MIMO基站，增加天線數(shù)量，提供信號傳輸連續(xù)性，助力通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化。

2 通信自動控制系統(tǒng)概述

基于PID控制算法的通信自動控制系統(tǒng)控制器運行原理見圖1。

圖1 通信自動控制系統(tǒng)控制器運行原理

通信自動控制系統(tǒng)控制器的具體運行方式可表達為：

式中，Kp、Ti、Td是控制器的參數(shù)，能夠影響控制器性能。

因通信自動控制系統(tǒng)需要對數(shù)字形信號進行處理，而傳統(tǒng)控制器難以直接推動通信自動控制系統(tǒng)運行，故需要進行以下離散化處理步驟：

而控制器性能以輸出誤差測量，表達式為：

由于現(xiàn)實環(huán)境較為復(fù)雜，通信自動控制系統(tǒng)應(yīng)用于實際后，容易受到外界因素影響，以致通信自動控制系統(tǒng)的最大超調(diào)量經(jīng)常變化。為盡可能減少出現(xiàn)此現(xiàn)象及偏差情況，在通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化的函數(shù)中引入超調(diào)量。具體表達式為：

其中，u(t)是控制器輸出，e(t)是系統(tǒng)誤差，tu是上升時間，ω是權(quán)重。

為提高通信自動控制系統(tǒng)的精準度，需要尋找到控制器最佳參數(shù)。對此，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)調(diào)試通信自動控制系統(tǒng)，使其達到最佳狀態(tài)。

3 大數(shù)據(jù)視角下人工智能通信自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

人工智能通信自動控制系統(tǒng)運行結(jié)果見圖2。由此可知，控制器是通信自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制的關(guān)鍵，而人工智能技術(shù)能夠優(yōu)化控制器?；谕ㄐ抛詣涌刂葡到y(tǒng)輸出誤差引發(fā)人工智能技術(shù)發(fā)揮作用的過程，能夠?qū)崿F(xiàn)實時調(diào)控控制器參數(shù)，進而改善通信自動控制系統(tǒng)。

圖2 通信自動控制系統(tǒng)運行結(jié)果

大數(shù)據(jù)視角下人工智能技術(shù)支撐的數(shù)據(jù)信息輸出、輸入表達式為：

e(k)是通信自動控制系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的輸出偏差，可表達為：

式中，φr(k)是確定值，φc(k)是通信自動控制系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的實際值。

通信自動控制系統(tǒng)中隱含層的輸出、輸入表達式如下。其中，是系統(tǒng)隱含層加權(quán)系數(shù)，f[·]是激活函數(shù)。

大數(shù)據(jù)視角下人工智能通信網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出、輸入表達式見式（7）。其中，g[·]是激活函數(shù)。

通過通信自動控制系統(tǒng)控制器性能最小化途徑，調(diào)試控制器參數(shù)，進而達到系統(tǒng)最優(yōu)效果。因人工智能通信自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型難以達到極為精確的程度，相應(yīng)的系統(tǒng)輸出結(jié)果難以通過計算獲取精準數(shù)據(jù)。同時大數(shù)據(jù)視角下人工智能技術(shù)運行所需的梯度學(xué)習(xí)信號同樣難以得到精確數(shù)據(jù)。但在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，人工智能技術(shù)通過一定時間的適應(yīng)學(xué)習(xí)后，得出的輸出數(shù)據(jù)θi能夠無限接近通信自動控制系統(tǒng)的實際輸出θc，故能夠近似替代θc。由此可推斷出，大數(shù)據(jù)視角下人工智能技術(shù)運行中涉及的梯度學(xué)習(xí)信號可表達為?θc(k+1) ?u(k)，并由?θi(k+1) ?u(k)替代。進而推出如下公式：

根據(jù)上式，調(diào)整和優(yōu)化隱含層、輸出層的權(quán)重值為：

4 大數(shù)據(jù)視角下人工智能通信自動控制系統(tǒng)性能測試

為判斷從大數(shù)據(jù)視角下基于人工智能技術(shù)優(yōu)化通信自動控制系統(tǒng)后性能是否提升，在同一平臺上對現(xiàn)階段最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)及優(yōu)化后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)展開仿真模擬測試。在不考慮復(fù)雜環(huán)境對通信自動控制系統(tǒng)干擾的情況下，通信自動控制系統(tǒng)的仿真模擬測試輸出結(jié)果見圖3。由此可知，在不考慮外部環(huán)境中的復(fù)雜因素時，本文優(yōu)化后的通信自動控制系統(tǒng)效果比較接近最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)結(jié)果，故系統(tǒng)優(yōu)化效果相對較好。這說明大數(shù)據(jù)視角下人工智能通信自動控制系統(tǒng)性能控制相對有效，且控制精準度略高于最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)。

圖3 不考慮干擾時通信自動控制系統(tǒng)的輸出對比

通常情況下，人工智能通信自動控制系統(tǒng)運行時會面臨多種因素影響。為增強系統(tǒng)實用性，本文將最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)與人工智能通信自動控制系統(tǒng)，在考慮外部因素干擾下進行控制結(jié)果比對，見圖4。由此可知，在有外界因素干擾的情況下，最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)比人工智能通信自動控制系統(tǒng)的控制輸出結(jié)果變化更大，更不穩(wěn)定。從達到穩(wěn)定的時間來看，最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)需要花費更多時間。而人工智能通信自動控制系統(tǒng)達到穩(wěn)定的時間更短，明顯提升了通信自動控制系統(tǒng)的控制效果，且相對更穩(wěn)定。經(jīng)過對比后可以證明，人工智能通信自動控制系統(tǒng)相較于最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)，很好地解決了控制效率低、誤差大的問題，具有較好的改進效果。

圖4 考慮干擾時通信自動控制系統(tǒng)的輸出對比

5 結(jié)語

綜上所述，通信自動控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，在雜亂的外界因素影響下，最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)存在控制效率低、誤差大的問題。為有效改善控制輸出結(jié)果、解決現(xiàn)有問題，在大數(shù)據(jù)背景下，基于人工智能技術(shù)優(yōu)化通信自動控制系統(tǒng)，并對其控制效果進行對比試驗。檢驗后，證明人工智能通信自動控制系統(tǒng)能在外界因素干擾下穩(wěn)定運行，且比最經(jīng)典的通信自動控制系統(tǒng)精準度高。這說明人工智能通信自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化效果良好，可應(yīng)用于實際工作中。經(jīng)過檢驗可知，大數(shù)據(jù)背景下人工智能通信自動控制系統(tǒng)是一個有效的系統(tǒng)優(yōu)化方法，望能夠推廣應(yīng)用并為通信自動控制健康發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。