包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法技术

本发明专利技术属于通信技术领域，涉及一种包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法，该方法包括：通过采集数据，建立了校园通信网络系统的状态空间模型；构造在网络拥塞时校园通信网络系统的事件驱动条件；提出在网络拥塞时校园通信网络系统的事件驱动滤波估计方法。本发明专利技术可以有效估计在网络拥塞的情况下的校园通信网络系统中数据终端接收到的数据包的数量，从而实现提高数据传输的效率。本发明专利技术不仅可以有效抑制干扰信号对测量估计的影响，还可以使包含不稳定子网络的校园通信网络系统保持安全稳定运行。保持安全稳定运行。保持安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法


[0001]本专利技术属于自动化
，涉及一种包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法。

技术介绍

[0002]随着国家信息化工作的深入开展，提高教育系统信息化水平成为当前工作的重点。而校园网建设则是教育系统信息化建设的关键，尤其高校校园网的建设。校园网是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的多媒体网络，是一个具有交互功能和专业性很强的区域通信网络。这就要求校园网具有高速率的数据传输和安全稳定运行的特点。由于校园网络用户的不断增多，校园通信网络中的拥塞、资源浪费等随之出现。例如，高校选课系统开放时，大量校园用户访问导致的网络拥塞，甚至瘫痪。同时考虑可能造成网络拥塞的各种因素，比如缓冲区容量有限、传输线路的频带有限、结点的处理能力有限和网络中某部分故障的发生。因此，设计一个事件驱动滤波器来估计校园通信网络中的数据终端接收数据包个数具有重要意义。
[0003]由于校园通信网络中的数据包的个数，数据终端接收到的数据包的个数都是非负的，这类非负量用正系统建模更为准确。校园通信网络一般具有忙时和闲时两种阶段，忙时和闲时分别表示网络中存在大量数据包和少量数据包，且忙时可能导致子网络的拥塞、不稳定。同时，不同区域子网络通讯状况也不一样，例如，办公区网络运行工况一般比教学区稍差，住宿区网络晚间工况比上课时间差等等。因此，可以用含有不稳定子系统的切换正系统来对校园通信网络进行建模。事件驱动滤波策略是一种基于事件的实时滤波设计方法，在网络处于忙时，采用事件驱动策略，可以实时估计校园通信网络中的数据终端接收数据包个数，从而对网络结点进行数据传输的调控，避免网络崩溃的发生，提高数据传输的效率。
[0004]综上，本专利技术采用包含不稳定子系统的切换正系统建模一类包含不稳子网络的校园通信网络，设计一种事件驱动滤波估计方法，对校园通信网络中的各个数据终端接收数据包数量进行实时估计，从而保证校园通信网络的正常运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种包含不稳子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法，对校园通信网络中的各个数据终端接收数据包数量进行实时估计。
[0006]本专利技术解决问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0007]步骤1、建立校园通信网络系统的状态空间模型；
[0008]步骤2、构造网络拥塞的事件驱动条件；
[0009]步骤3、设计校园通信网络系统的事件驱动滤波器。作为优选，步骤1，首先对校园通信网络系统的输入输出数据进行采集，利用采集的数据构造校园通信网络系统的状态空间模型，形式如下：
[0010][0011]y(t)＝C
σ(t)
x(t)+D
σ(t)
w(t),
[0012]z(t)＝E
σ(t)
x(t),
[0013]其中，x(t)＝[x1(t),x2(t),...,x
n
(t)]T
∈R
n
为时刻t校园通信网络中数据包的数量，n代表子网中节点的个数，y(t)∈R
m
为时刻t通过传感器测量得到的数据终端接收数据包的个数，m代表测量输出传感器的个数，是网络传输过程中的外部扰动因素，z(t)∈R
m
是数据终端接收数据包个数的估计输出，函数σ(k)是切换信号,表示[0,∞]到有限集S＝{1,2,
…
,N}的映射，令σ(t)＝p,p∈S,则系统矩阵被记作A
p
,B
p
,C
p
,D
p
,E
p
,F
p
，假定矩阵A
p
是Metzler矩阵，B
p
≥0,C
p
≥0,D
p
≥0,E
p
≥0，R
n
,N
+
,R
n
×
n
分别表示n维向量、n维非负向量、正整数和n
×
n维欧氏矩阵空间。
[0014]作为优选，步骤2，建立网络拥塞的事件触发条件：
[0015][0016]其中，α是给定的常数且满足0≤α<1，e
y
(t)是采样误差，且满足t∈[t
l
,t
l+1
),),表示通信网络系统在事件触发时刻t
l
的输出值与滤波器输出值之差，即‖
·
‖1代表向量的1范数，即向量中所有元素的绝对值之和。
[0017]作为优选，步骤3包括如下步骤：
[0018]步骤3.1：设计事件触发滤波器，具体如下：
[0019][0020]y
f
(t)＝C
σ(t)
x
f
(t),
[0021]z
f
(t)＝E
σ(t)
x
f
(t),
[0022]其中，x
f
(t)表示滤波器的状态信号，y
f
(t)表示滤波器的输出，z
f
(t)表示数据终端接收数据包个数的估计输出，L
σ(t)
是所设计校园通信网络滤波器的增益矩阵，其具体形式如下：
[0023][0024]其中，ξ
pι
为m维向量，v
(p)
为n维向量，T表示装置符号；
[0025]步骤3.2：令输出误差信号z
e
(t)为实际输出z(t)与估计输出z
f
(t)之差，即z
e
(t)＝z(t)
‑
z
f
(t)，令输出误差信号x
e
(t)为实际状态x(t)与滤波器状态x
f
(t)之差，即x
e
(t)＝x(t)
‑
x
f
(t)，则将校园通信网络系统的状态空间模型与事件驱动滤波器构造为一个误差系统，具体如下：
[0026][0027]z
e
(t)＝E
eσ(t)
x
e
(t),
[0028]其中A
eσ(t)
,B
eσ(t)
,E
eσ(t)
误差系统的系统矩阵，具体形式为：
[0029][0030]作为优选，包括如下步骤：
[0031]步骤3.3：考虑外部扰动因素对误差系统的影响，定义函数：
[0032][0033]其中，δ>0，η>0，γ>0，γ表示加权L1增益性能指标，W(x(0))表示实值函数W(x(t))的初值；
[0034]步骤3.4：依据步骤1、步骤2和步骤3.1得：
[0035][0036]步骤3.5：依据步骤1、步骤3.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立校园通信网络系统的状态空间模型；步骤2、构造网络拥塞的事件驱动条件；步骤3、设计校园通信网络系统的事件驱动滤波器。2.如权利要求1所述的一种包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法，其特征在于，步骤1，首先对校园通信网络系统的输入输出数据进行采集，利用采集的数据构造校园通信网络系统的状态空间模型，形式如下：y(t)＝C
σ(t)
x(t)+D
σ(t)
w(t),z(t)＝E
σ(t)
x(t),其中，x(t)＝[x1(t),x2(t),...,x
n
(t)]
T
∈R
n
为时刻t校园通信网络中数据包的数量，n代表子网中节点的个数，y(t)∈R
m
为时刻t通过传感器测量得到的数据终端接收数据包的个数，m代表测量输出传感器的个数，是网络传输过程中的外部扰动因素，z(t)∈R
m
是数据终端接收数据包个数的估计输出，函数σ(k)是切换信号,表示[0,∞]到有限集S＝{1,2,
…
,N}的映射，令σ(t)＝p,p∈S,则系统矩阵被记作A
p
,B
p
,C
p
,D
p
,E
p
,F
p
，假定矩阵A
p
是Metzler矩阵，Metzler矩阵，Metzler矩阵，N
+
,R
n
×
n
分别表示n维向量、n维非负向量、正整数和n
×
n维欧氏矩阵空间。3.如权利要求2所述的一种包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法，其特征在于，步骤2，建立网络拥塞的事件触发条件：其中，α是给定的常数且满足0≤α<1，e
y
(t)是采样误差，且满足t∈[t
l
,t
l+1
),),表示通信网络系统在事件触发时刻t
l
的输出值与滤波器输出值之差，即‖
·
‖1代表向量的1范数，即向量中所有元素的绝对值之和。4.如权利要求3所述的一种包含不稳定子网络的校园通信网络事件驱动滤波方法，其特征在于，步骤3包括如下步骤：步骤3.1：设计事件触发滤波器，具体如下：y
f
(t)＝C
σ(t)
x
f
(t),z
f
(t)＝E
σ(t)
x
f
(t),其中，x
f
(t)表示滤波器的状态信号，y
f
(t)表示滤波器的输出，z
f
(t)表示数据终端接收数据包个数的估计输出，L
σ(t)
是所设计校园通信网络滤波器的增益矩阵，其具体形式如下：其中，ξ
pι
为m维向量，v
(p)
为n维向量，T表示装置符号；
步骤3.2：令输出误差信号z
e
(t)为实际输出z(t)与估计输出z
f
(t)之差，即z
e
(t)＝z(t)
‑
z
f
(t)，令输出误差信号x
e
(t)为实际状态x(t)与滤波器状态x
f
(t)之差，即x
e
(t)＝x(t)
‑
x
f
(t)，则将校园通信网络系统的状态空间模型与事件驱动滤波器构造为一个误差系统，具体如下：z
e
(t)＝E
eσ(t)
x
e
(t),其中A
eσ(t)
,B
eσ(t)
,E
eσ(t)
误差系统的系统矩阵，具体形式为：A
eσ(t)
＝A
σ(t)
‑
L
σ(t)
C
σ(t)
,B
eσ(t)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊锋，郑诚，付世州，林鹏，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：