一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输策略的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输策略，属于通信信息 处理领域。
【背景技术】
[0002] 在过去的十年中，无线传感器网络技术飞速发展。在工业过程，智能建筑，医疗保 健和战场监测等领域都得到了广泛的应用。在运些应用过程中，无线传感器网络中的传感 器和估计器通过无线网络进行通信。和传统的有线传感器相比，无线传感器的电池容量通 常是有限的，而替换电量耗尽的电池通常代价高昂，甚至不可能实现。与此同时，无线信道 的容量可能会随着外部环境的变化而变化，而时变的信道容量则可能会影响一个动态系统 的整体性能。当然，可W选择让传感器不传输数据，然而运样的话那些依赖原始传感器测量 数据的底层参数的估计误差，可能会增大到难W接受的程度。因此事件驱动的传输方案为 很好地平衡无线信道的传输速率和估计误差提供了可行的解决方法。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据 传输策略，W此很好的平衡估计误差和传输速率。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用W下技术方案：
[0005] 本发明提供一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输策略，通过事件驱动 侦测器确定传感器的测量信息是否发送至远程状态估计器，具体为：
[0006] 建立离散随机系统，即
[0007] xk+i=A化+Wk [000引 yk = CXk+Vk
[0009] 式中，k是离散时间指标，XW是k+1时刻离散随机系统的状态变量，Xk是k时刻离散 随机系统的状态变量，yk是k时刻传感器的测量信息，A、C分别是离散随机系统的转移矩阵、 输出矩阵，Wk为k时刻离散随机系统的过程噪声、Vk为k时刻传感器的测量噪声；
[0010] 设定事件驱动的触发机制为：
[00" ] & = jo矿-巧)T M知-媒)全1卡誠钟面)，
[1 O^erwise
[001^ 式中，丫功k时刻事件驱动侦测器的决策变量，為是4时刻远程状态估计器的状态 估计变量，M为事件驱动触发机制的阔值，且M根据- M + ^ = 0离线计算得到，Q、A分别 为设定的误差权值、传输权值;R为Vk的协方差，R>0;
[0013]若丫 k = 〇,则事件驱动侦测器禁止传感器的测量信息发送给远程状态估计器，同 时事件驱动侦测器运行递归计算而+1 =心*，远程状态估计器运行递归计算=心^其中， 4+1是k+1时刻远程状态估计器的状态估计变量；
[0014] 若丫 k=l，则事件驱动侦测器允许传感器的测量信息发送给远程状态估计器，远 程状态估计器运行递归心,+K; b -CA )，且远程状态估计器通过闭环回路反馈Cf,,至 事件驱动侦测器；其中，& =心TCT (arc" +句I，巧=作,方十级，戈=- K*c)巧-，I是单 位矩阵，Qw是Wk的协方差，Qw > 0。
[0015] 作为本发明的进一步优化方案，远程状态估计器采用标准卡尔曼滤波进行远程状 态估计。
[0016] 作为本发明的进一步优化方案，事件驱动侦测器通过无线信道与远程状态估计器 相连。
[0017] 作为本发明的进一步优化方案，事件驱动侦测器、无线信道、远程状态估计器两两 相连构成闭合回路。
[0018] 作为本发明的进一步优化方案，根据实际需求设定误差权值Q、传输权值入。
[0019] 本发明采用W上技术方案与现有技术相比，具有W下技术效果:通过减少传感器 发送测量信息的频率来降低无线信道的使用率并且不明显降低卡尔曼滤波的估计性能，同 时延长传感器电池的使用寿命。
【附图说明】
[0020] 图1是建模得到的系统结构图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0022] 本发明所公开的是一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输策略，W此很 好的平衡估计误差和传输速率。
[0023] 事件驱动触发机制的阔值进行离线计算：
[0024] 通过数学建模得到如下离散随机系统：
[002引 xk+i=Ax；k+wk (1)
[0026] yk = Cxk+Vk (2)
[0027] 在公式（I)和(2)中，k是离散时间指标，Xk+i是k+1时刻离散随机系统的状态变量， Xk是k时刻离散随机系统的状态变量，yk是k时刻传感器的测量信息;A、C已知，分别时离散随 机系统的转移矩阵、输出矩阵;Wk为k时刻离散随机系统的过程噪声、Vk为k时刻传感器的测 量噪声，XO是离散随机系统的初始状态，Wk、Vk、XO是相互独立的零均值白噪声，Qw、R、Po分别 为 wk、vk、xo 的协方差，且 Qw>0、R>0 和 Po>0。
[002引此外，我们知道(A，C)可观，展：)可控。当测量信息Yk被传感器获取时，事件驱动 侦测器决定测量信息yk是否通过无线信道发送给远程状态估计器。令丫 k为一个决策变量， 当丫 k= 1时表示yk发送到远程估计器，否则将不发送。
[0029]令Q和A分别为给定的误差和传输的权值，通过公式(3)离线计算事件驱动的阔值 M： (3)
[0031] 事件驱动的触发机制
[0032] 考虑标准的卡尔曼滤波，当丫 k= 1时，事件驱动侦测器允许测量信息yk发送给远程 状态估计器，k时刻远程状态估计器的状态估计变量:?满足如下递归计算：
[003；3 ]旬=乂与 + &- ()'(-巧）
[0034] 1； = AP, (" [CF C + R) '
[003引 巧―=
[0036] 巧=(/ - A： ('),') (4》
[0037] 同时，远程状态估计器需要通过闭环回路反馈傑4传输到事件驱动侦测器。其中， 苗^是4+1时刻远程状态估计器的状态估计变量。
[003引当丫k = 0时，事件驱动侦测器运行简单的递归=^?，同时禁止测量信息yk发送 给远程状态估计器，而远程状态估计器％满足如下递归计算：
[0039] I山=乂?;. CS)
[0040] 如此，给出判断事件触发的机制：
[0041] 片=1〇矿沁一C^)T姑(化-傑4)。+咖e(雕） 化）
[l otherwise
[0042] 下面结合附图对本发明做进一步说明：
[0043] 图1是整个系统的结构图，传感器从被控对象获取测量信息yk，当丫 k = 0即 (於-巧)T M -巧）> IWMCC(及M)时，事件驱动侦测器允许巧慢信息yk传输至远程状态估计 器，否则远程状态估计器自行进行如下递归兩,1 =Aftb从图1中可W看出，本发明的算法不需 要安装本地估计器，减少额外的设施。只有当丫 k=l时，事件驱动侦测器才需要通过闭环回 路反馈至事件驱动侦测器。当丫 k = 0时，只需要事件驱动侦测器运行简单的递归 為.+.1.=.為1.即可。
[0044] W上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本发明所掲露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该W权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输方法，其特征在于，通过事件驱动 侦测器确定传感器的测量信息是否发送至远程状态估计器，具体为： 建立离散随机系统，即 xk+i=Axk+wk yk = Cxk+vk 式中，k是离散时间指标，xk+i是k+1时刻离散随机系统的状态变量，xk是k时刻离散随机 系统的状态变量，yk是k时刻传感器的测量信息，A、C分别是离散随机系统的转移矩阵、输出 矩阵，Wk为k时刻离散随机系统的过程噪声、Vk为k时刻传感器的测量噪声； 设定事件驱动的触发机制为：式中，丫 k为k时刻事件驱动侦测器的决策变量，Λ是k时刻远程状态估计器的状态估计 变量，Μ为事件驱动触发机制的阔值，且Μ根据霉线计算得到，9、λ分别为设 定的误差权值、传输权值;R为vk的协方差，R > 0; 若丫 k=0，则事件驱动侦测器禁止传感器的测量信息发送给远程状态估计器，同时事件 驱动侦测器运行递归计算為+1:=心*，远程状态估计器运行递归计算4+，=心*，其中，4+1是4+1 时刻远程状态估计器的状态估计变量； 若丫 k= 1，则事件驱动侦测器允许传感器的测量信息发送给远程状态估计器，远程状态 估计器运行递归=心& + ft (Λ )，且远程状态估计器通过闭环回路反馈《4至事件驱 动侦测器;其中：I是单位矩阵， Qw是wk的协方差，Qw > 0。2. 根据权利要求1所述的一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输方法，其特 征在于，远程状态估计器采用标准卡尔曼滤波进行远程状态估计。3. 根据权利要求1所述的一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输方法，其特 征在于，事件驱动侦测器通过无线信道与远程状态估计器相连。4. 根据权利要求3所述的一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输方法，其特 征在于，事件驱动侦测器、无线信道、远程状态估计器两两相连构成闭合回路。5. 根据权利要求1所述的一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输方法，其特 征在于，根据实际需求设定误差权值Q、传输权值λ。
【专利摘要】本发明公开了一种远程状态估计的事件驱动的传感器数据传输策略，通过事件驱动侦测器确定传感器的测量信息是否发送至远程状态估计器。本发明可通过减少传感器发送测量信息的频率来降低无线信道的使用率并且不明显降低卡尔曼滤波的估计性能，同时延长传感器电池的使用寿命。
【IPC分类】H04W24/10, H04W28/02, H04W72/12
【公开号】CN105554802
【申请号】CN201510902539
【发明人】彭力, 李云骥
【申请人】江南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月9日