基于Zigbee技术的无线网络系统的建模与控制

基于Zigbee技术的无线网络系统的建模与控制

马永辉++赵洪辉摘要无线网络系统中包含了计算机技术、通讯技术、控制技术于一体，与传统的“点对点”直接连接的网络控制系统相比，无线网络控制系统具备了操作便利、成本低、易维护的特点。无线网络系统在具体的应用中也会面临着网络时延、数据包丢失的问题。因此，需要采取相应的技术对无线网络系统进行重新构建。【关键词】Zigbee技术无线网络系统建模控制1Zigbee技术概述1.1Zigbee技术基础组成Zigbee技术实际上是一种低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通讯技术，该种技术诞生于2002年，美国Invensys、日本三菱电器、美国，摩托罗拉、荷兰飞利浦等多家公司，联合创建了Zigbee联盟体系。在Zigbee技术中，最为基础的就是需要先确立Zigbee协议架构，该种架构是在IEEE基础上，定义了相应的物理层、媒体访问控制层。次年，在Zigbee联盟中定义了Zigbee协议的网络层技术以及应用层技术[1]。1.2丢包概率分析在无线网络系统中，对丢包概率进行分析，通过搭建实验平台，以Zigbee的Mesh网络为基础，应用非时隙CSMA-CA算法。在实际应用中，设定NB=0，BE=minBE，在（2BE-1）退避时周期内随机选择一段时间，执行CCA，检测具体的信道是否满足空闲需求，当信道空闲的情况下，判断建模成功。当信道尚未处于空闲的情况下，需要认定NB=NB+1，BE=min（BE，maxBE）[2]。1.3网络诱导时延经过计算，确定Zigbee网络中的网络诱导时延d（k）主要包含了四个部分，控制环节、等待环节、转换环节、延缓环节。控制环节与延缓环节主要是针对数据从上位机通过串口到达源节点的时间、数据，从目标节点通过串口到达下位机但的时间。2基于Zigbee技术的单边无线网络控制系统建模与控制2.1控制系统建模在本文中针对ZigBee无线网络控制系统中存在着较大的网络诱导、丢包现象，搭建相应的无线网络连接平台，针对传感器与控制器之间进行数据分析。在该种测试环节中，建立基于单边的无线网络控制系统模型。在假设网络诱导时延等环节中，采用采样周期的整体倍数，将网络控制系统建模成为一类T-S模糊模型，以及一类离散切换系统，避免闭环系统在实际应用中出现比较严重的干扰。基于ZigBee技术的单边无线网络控制系统包含执行器、被控制对象、传感器、ZigBee网络以及控制型。执行器针对被控对象提出指令，触感器实现数据信息的传输，控制ZigBee网络，再到控制器中，完成指令的执行[3]。2.2控制器设计在ZigBee无线网络控制器设计中，为了使得闭环单跳无线网络控制系统能够稳定的运行，需要保障控制器的设计需要具备一定的条件。如，在给定标量的基础上，存在着正定对称矩阵时，要求矩阵不等式能够满足指数均方稳定的条件。如果给定另一个标量的情況下，需要保障正定对称矩阵能够满足闭环多跳网络控制系统在控制器作用下，呈现出指数均方稳定。在对以上结论进行论证的环节中，应该选择李雅普诺夫函数[4]。3基于Zigbee技术的双边无线网络控制系统建模与控制3.1控制系统建[本文来自于wwW.zz-news.CoM]模为了保障无线网络控制系统建模成功，提升系统控制效率，在基于ZigBee技术的单边无线网络控制系统建模基础上，研究双边无线网络控制系统建模以及控制器设计。在该种建模方式中，需要对传感器与控制器之间，控制器与执行器之[本文来自于wwW.zz-newS.cOm]间，进行无线网络连接。在应用ZigBee传输协议的基础上，建立双边无线网络控制系统模型，并且有效的构建基于丢包概率的李亚普诺夫函数。该种方式的应用，有效的提升了控制器设计效率。对基于ZigBee技术的双边无线网络控制系统结构进行分析，在执行器与传感器之间增加ZigBee网络。当执行器接收到系统指令的情况，控制被控对象，应用传感器，在ZigBee网络下，实现控制器的相应功能。在对基于ZigBee技术的双边无线网络控制技术进行建模时，需要假设一定的前提：（1）传感器为时间驱动，应用时间T，设定控制器与执行器为事件的驱动；（2）对每一个数据包进行编号；（3）采用单包传输方式，保障每一个时刻的状态都可以测量的；（4）在实际建模环节中，忽略量化误差，和通信过程中的误码情况。3.2控制器设计基于ZigBee技术双边无线控制技术的应用，在设计控制器的环节中，当存在着正定对称矩阵，需要保障其线性的不等式能够成立。双边无线网络控制系统在控制器的应用下，能够满足鲁棒均方稳定。4结论综上所述，在本文针对ZigBee技术组成与丢包概率、网络延时进行分析。在进行基于ZigBee技术无线网络系统进行建模环节中，从单边无线网络和双边无线网络两方面进行建模分析，以及控制器设计。在单边无线网络中，为了解决系统时延的情况以及丢包现象，文献中将网络诱导时延建模，将其设计为线性的系统，针对该类型的模型设计针对性的无记忆状态反馈控制器。在双边无线网络建模中，对传感器与控制器之间，控制器与执行器之间，进行无线网络连接。参考文献[1]刘艳玲，王鼎.煤矿野外生产生活区高位水池无线检测系统——一种基于Zigbee技术的无线传感器网络实例[J].电子世界，2013（15）：112-113.[2]李建宁.无线网络控制系统的建模与控制[D].浙江大学，2013.[3]张凤.基于ZigBee技术的无线温度检测网络系统的研究[D].中国海洋大学，2011.[4]詹良.基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统[D].北京邮电大学，2008.作者简介马永辉（1976-）男，江苏省徐州市人。现为华洋通信