摘要：本文基于现代控制理论观点下的量测模型的能观测性分析,提出绝对时钟状态量测模型的能观测性问题.启发于量测状态向量空间与状态向量运算法则,转化为本质上向量空间的同构映射原理,建立了以基本量测单元(Basic Measurement Unit,BMU)构建最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)等价变换下的能观测性解耦量测模型.该方法揭示了在双向信息交换下对称量测性能的本质,在量测模型满足能观测性的必要条件下实现时钟状态追踪的Kalman filtering算法.本文算法不依赖于优化的初始点设置,初始点选择具有鲁棒性,并且对于网络连接性的变化具有稳健性.仿真结果表明,能观测性量测模型能实现规模化扩展,设计的算法具有局部和全局一致的MMSE量测性能,接近于贝叶斯CRLB(Cramer-Rao Lower Bound)量测性能边界.

摘要：针对如何保证物联网确定性调度中时分多址（TDMA）紧时隙时间精度边界,首先建立不完全观测的绝对时钟同步状态空间模型;根据间歇观测方程推导修正的绝对时钟卡尔曼滤波器,得到了随机误差协方差迭代式;然后将误差协方差迭代式建模为修正的黎卡提微分方程,研究稳态误差协方差的统计特性;利用凸优化理论和线性矩阵不等式（LMI）工具求解时钟状态估计的临界包到达率和估计误差协方差的统计收敛边界。面向网络参数配置和TDMA时隙的紧边界应用需求,定量分析存在观测值丢失的时钟同步误差与精度边界,建立时钟同步精度边界与无线网络的权衡关系,并提出存在观测值丢失时保时带大小设计方法。

摘要：针对当前WLAN技术的快速发展和已有的双频WLAN印刷天线存在增益不足、带宽较窄、尺寸偏大、制作成本高等缺陷的现状,本文借鉴了传统倒F印刷天线和蛇形单极子印刷天线的设计经验,提出了一种新的双频印刷天线设计方法,即结构合成法,并采用该方法设计了一种应用于IEEE 802.11a标准和IEEE 802.11b标准、占用面积仅13.6 mm×9.3 mm的新型微型化双频WLAN印刷天线。采用Ansoft HFSS对比研究了合成前后单频天线和双频天线的性能变化情况,并对双频天线的主要结构进行了分析和优化。仿真结果表明,天线在2.45 GHz和5.45 GHz两个谐振频点上的最高增益分别达2.74 d Bi和2.44 d Bi,相对带宽分别为15.5%和10.6%。此外,文中采用矢量网络分析仪对天线实物进行了测试,实测结果与仿真结果吻合,天线在低频和高频的谐振频点分别为2.53 GHz和5.71 GHz,S11<-10 d B的有效带宽分别超过了400 MHz和500 MHz,展现出了良好的带宽特性。

摘要：针对当前无线通信节点微型化的需求和已有印刷倒F天线存在增益不足、有效带宽较窄、回波损耗偏高等缺陷的现状,设计了一种应用于2.45 GHz无线传感网络的印刷型倒F天线,文中采用Ansoft HFSS建立了天线模型,从理论上对印刷倒F天线的三大结构参数(谐振长度L、天线高度H、两竖臂间距S)进行了仿真研究,并最终推导出了以2.45 GHz为中心频点的最优天线结构参数,即L=16.2 mm,H=3.7 mm,S=5 mm。在该结构参数下的仿真结果展现出了天线优异的辐射性能,其回波损耗低至S11=-47.8 d B,电压驻波比VSWR<2的有效带宽为160 MHz。同时,还采用矢量网络分析仪对天线实物的回波损耗特性进行了测试,测试结果与仿真结果吻合。最后,设计出了加载该印刷倒F天线的CC2530无线通信节点,并对其通信性能进行了实际测试,节点的通信性能测试结果表明:加载了该印刷倒F天线的节点在80 m的通信距离内丢包率为0.17%,优于同类无线通信节点。

摘要：WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)是我国自主制定的工业无线传感器网络标准,确定性调度技术是其中一项关键技术.但目前已有的确定性调度算法主要集中在通用传感器网络或Wireless HART,ISA100.11a等遵循国外标准的工业无线传感器网络中,未能针对WIA-PA网络进行优化设计.鉴于此,本文提出了一种适用于WIA-PA网络的基于回溯法的最优确定性调度算法,能够获取调度解的最大成功率;并以此为基础,进一步提出了一种基于最小时间裕度优先的时分多址调度算法(Least Slack First on Time Division Multiple Access,LSF-TDMA).仿真实验结果表明,所提出的LSF-TDMA算法能够满足WIA-PA网络端到端数据传输的确定性需求,在调度解获取成功率接近于最优的同时,有效降低了算法复杂度.

摘要：能效是无线传感网(Wireless sensor networks,WSNs)时间同步机制设计时需考虑的一个关键因素.近年来,隐含同步和免时间戳同步两种低功耗同步机制备受关注.前者利用监听方式节省了发送同步信息所带来的能耗;后者则通过接收端的定时响应,无需在交互过程中传递时间戳,减少了能量开销.将免时间戳同步与隐含同步相结合,能够进一步降低无线传感网同步功能实施所导致的额外能耗.但目前免时间戳交互下的隐含节点只能估计时钟漂移,无法估计时钟偏移.针对该问题,提出了一种基于最大似然估计(Maximum likelihood estimation,MLE)的免时间戳同步参数估计算法,实现对隐含节点时钟漂移和偏移参数的联合估计,并推导获得了对应估计器的性能界限.仿真结果验证了所提估计器的有效性.

摘要：在Cyber-Physical环境下,时钟同步双向信息交换过程中,包含时钟信息的数据包丢失将对时钟同步性能产生影响。讨论了现代控制理论状态空间模型的输出反馈Tubes-MPC时钟同步方法。由分离原理,设计了本地化的状态估计器与控制器,实现了输出反馈Tubes-MPC时钟同步的指数稳定。以不完全量测下的观测模型为基础,定量分析了统计意义下的同步误差方差上界与下界,并采用MPC中Set-Theory-in-Control方法,将完全量测下的干扰误差集合运算于由丢包所引入的附加的估计误差集合,建立了集合约束下的模型预测优化模型。已构建的统一框架下的输出反馈Tubes-MPC时钟同步系统化方法,综合考量了控制理论在线计算复杂度与网络控制观点应用的可行性,对无线网络的不可靠性、网络规模、收敛性能具有鲁棒性,进一步容易扩展为网络级绝对时钟状态空间模型。

摘要：研究了一类具有有界去包的网络控制系统(Networked control systems,NCSs)的保成本控制问题,提出了一种包含量化反馈的网络控制系统数学模型,该模型将系统的镇定问题转化为镇定一系列子系统的鲁棒控制问题.在对网络控制系统的分析中,区别于常用的二次型Lyapunov函数,本文采用了一种新的且能够降低保守性的量化依赖Lyapunov函数方法.基于本文的Lyapunov函数,得到了充分考虑丢包过程的保成本控制器的设计方法.仿真算例验证了所给出方法的有效性.

摘要：针对当前已有圆极化微带天线有效带宽窄、尺寸大等缺陷的现状,设计了一种应用于2.4GHz无线传感网络的宽带圆极化微带天线.采用AnsoftHFSS建立了天线的模型,并对其主要结构参数进行了仿真分析,最终推导出了天线的最优结构参数.最优结构参数下的仿真结果显示,天线的-10dB阻抗带宽达到了63.5%,3dB轴比(axialratio,AR)带宽达到了17.5%.同时,采用矢量网络分析仪对天线实物进行了回波损耗测试,测试结果与仿真结果吻合.最后,将设计的天线加载到CY2420通信节点上进行通信性能的测试,测试结果表明:加载了该宽带圆极化微带天线的节点在150m处的平均丢包率为0.36%,且天线任意方向下的丢包率基本相同.从测试结果可以看出该天线具有良好的圆极化特性和实用特性.

摘要：针对室内可见光通信接收光功率分布不均匀造成通信性能不均衡的问题,提出一种LED阵列独立均匀分布布局,并运用改进自适应遗传算法优化LED阵列间距离和LED半功率角。优化遗传算法中的选择算子,并重新设计算法中的交叉和变异操作,采用改进自适应遗传算法优化影响系统性能的LED半功率角和LED阵列间距离。仿真结果表明:接收平面的接收功率方差从未优化前的3.02dBm降低到1.16dBm,照明强度范围从优化前的374~862lx改善至417~765lx。相比现有的接收光功率的优化方法,该算法的性能与收敛速度均得到改善。