[发明专利]一种避免网络拥塞的混合触发控制方法

权利要求书

1.一种避免网络拥塞的混合触发控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、建立通信网络控制系统的状态空间模型；

步骤2、构建通信网络拥塞的事件触发控制条件；

步骤3、设计通信网络控制系统的混合触发控制器；

步骤4、针对所建立模型及设计的控制器，对系统进行正性验证；

步骤5、分析通信网络系统在混合触发控制下随机稳定性；

步骤1具体如下：

步骤1.1首先对网络的通信流量进行数据采集，利用该数据建立通信网络控制系统中通信流量的状态空间模型，形式如下：

x(k+1)＝A_r(k)x(k)+B_r(k)u(k), (1)

其中，表示在第k个采样时刻数据传输量，n表示信道数量，为传输速率的控制信号，m表示带宽，r(k)是一个马尔可夫跳变过程，在一个有限的集合S＝{1,2,…,N}，中取值，和是已知的系统矩阵，为简化上述符号，系统矩阵可表示为A_i和B_i，且

步骤1.2设计马尔可夫跳变信号r(k)，通信网络控制系统有以下模态转移率：

P(r(k+1)＝j|r(k)＝i)＝π_ij, (2)

其中，对于每一个i,j∈S都有π_ij≥0，且

步骤2中所述事件触发控制条件构建形式如下：

‖e(k)‖₁＞β‖x(k)‖₁, (3)

其中，常数β满足0＜β＜1，e(k)是偏差信号，且满足表示事件触发状态量，‖·‖₁表示向量的1范数，即向量中所有元素的绝对值之和；

步骤3中通信网络控制系统的混合触发控制器设计包括如下步骤：

步骤3.1、建立多胞体不确定的模型，其系统矩阵由其凸包的形式呈现，具体形式如下：

其中，co{·}表示一个集合的凸包，s＝1,2,…,q,且

步骤3.2、设计混合触发控制状态反馈律为：

其中，α_i(k)是一个伯努利随机变量，α_i(k)∈[0,1]，并且满足且它表示从一个触发方案到另一个触发方案的切换规律，当α_i(k)＝1时，激活时间触发控制方案，α_i(k)＝0时，选择事件触发控制方案；选择这样的混合触发状态反馈控制律可以很好的对通信网络进行控制，从而避免网络拥塞；

是控制器增益矩阵，且具体形式为：

其中，1_m表示所有元素均为1的m维向量，表示第ι个元素是1，其余为0的m维向量，是n维向量，T是转置符号；

步骤3.3、通信网络控制系统在混合触发控制下数据稳定传输的条件设计，如下：

设计常数μ＞0，如果存在n维向量使得下列不等式成立：

其中，Φ＝I-β1_n×n,则闭环系统在混合触发控制律下是正的，且是随机稳定的。

2.如权利要求1所述的一种避免网络拥塞的混合触发控制方法，其特征在于：步骤4中的正性验证过程如下：

根据步骤1、步骤2和步骤3.2有：

由于α_i(k)∈[0,1]，结合步骤2，可以得到在非事件触发控制下：

根据步骤3.1，可进一步推出：

由步骤3.3中的条件可得：

从而，在步骤3.2所设计的混合触发控制状态反馈律下，闭环系统是正的。

3.如权利要求2所述的一种避免网络拥塞的混合触发控制方法，其特征在于通过步骤5保证闭环系统在混合触发控制下具有随机稳定性包括如下步骤：

步骤5.1、为闭环系统构建一个随机余正Lyapunov函数，具体形式如下：

V(x(k),r(k)＝i)＝x^T(k)v⁽ⁱ⁾, (12)

其差分的数学期望为：

步骤5.2、根据步骤3.1和步骤3.2有：

步骤5.3、由步骤3.3中的条件可得如下不等式：

步骤5.4、结合步骤5.2和步骤5.3，Lyapunov函数差分的数学期望满足：

进而结合步骤3.3，可得

将上述不等式的两边同时从0到∞上求和得：

因此，在非负初始条件下，上式可转化为：

从而，在步骤3.2所设计的混合触发控制状态反馈律下，闭环系统是随机稳定的。