[发明专利]基于扩张状态观测器的WSN的模型预测控制方法

说明书

本发明公开一种基于扩张状态观测器的WSN的模型预测控制方法，包括以下步骤：建立智能传感器网络的系统状态空间模型；根据系统状态空间模型设计扩张状态观测器，计算出传感器网络模型的扰动值；设计满足约束的模型预测控制器，并将扩张状态观测器计算出来的扰动值作为约束加入到模型预测控制器中，求解出每个节点对应的最优发射功率。本发明控制方法简单，能在网络通信存在不确定干扰时，使小微智能传感器网络在提高网络信噪比的同时减少能量消耗，达到提高网络链路性能的目的。

技术领域

本发明涉及透明变电站中小微智能传感器网络的无线发射功率控制领域，特别涉及一种基于扩张状态观测器的WSN的模型预测控制方法。

背景技术

透明变电站是电力物联网赋能下的变电站运行的高级形态。通过现代信息技术、传感器技术、人工智能、互联网等技术的综合运用，使变电站运行透明、可观可测。小微智能传感器是组成透明变电站的重要元素。由小微智能传感器与节点内置的传感器结合组成的无线传感器网络，可以进行采集和处理目标信息，为透明变电站带来传感、互通和驱动的高性能。然而节点能量有限，存在网络通信干扰以及网络不确定性因素是制约小微智能传感器网络发展的关键因素，控制节点发射功率被认为是一种减少节点能量损耗、提高通信质量的有效方法。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的功率控制是十分复杂的问题，近年来无线传感器网络的功率控制策略不断发展，目前所提出的控制方法是在保证一定链路质量的前提下寻找最优的发射功率，从而降低能量损耗，保证网络的连通性。例如浙江大学学者在期刊《传感器与微系统》中提出一种基于传输功率控制器(PTPC)的无线传感器网络功率控制算法，依据无线信道变化情况，动态地调整传输功率等级，有效的降低网络能量消耗。(著者：吴名星，谢英辉，单康；出版年月：2018；文章题目：无线传感器网络节点传输功率控制算法；页码：141-143)。西安电子科技大学学者针对距离不确定性，提出一种基于鲁棒离散优化理论的功率控制方法。(期刊：西安电子科技大学学报；著者：乔俊峰，刘三阳，齐小刚；出版年月：2016；文章题目：无线传感器网络中基于鲁棒优化的功率控制；页码：81-87)。

随着模糊理论在无线传感器网络优化决策，降低资源能耗方面展现优越性能，其也被广泛应用于功率控制。长春工业大学学者提出一种基于模糊控制器的无线传感器网络功率控制方法，调节节点的发射功率，均衡网络能量消耗，延长了网络生存周期。(期刊：计算机应用；著者：胡黄水，沈玮娜，王出航，张邦成；出版年月：2017；文章题目：基于自适应模糊控制器的无线传感器网络功率控制；页码：2470-2473)。