【摘要】：本課題針對信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System, CPS)的特點和技術優(yōu)勢,構建了建筑環(huán)境CPS架構模型,并對其通信技術進行了研究。將博弈論方法引入CPS通信資源分配中,提出了基于博弈論的CPS通信資源分配算法,有效的提高了CPS通信資源的利用率。之后以ZigBee技術和無線Mesh網絡為基礎,搭建建筑環(huán)境CPS通信平臺架構,并對具體的通信接口進行了設計。最后,在建筑環(huán)境CPS中提出了一種三維質心定位算法,提高了建筑內環(huán)境的定位精度。本文將CPS引入建筑環(huán)境中,在一定程度上提高了建筑智能化的水平,同時使CPS整體得到了進一步完善。首先對信息物理融合系統(tǒng)的概念、特點、相關技術支撐做了介紹,并提出了CPS體系結構模型。在CPS的基礎上,結合建筑環(huán)境,提出了建筑環(huán)境CPS架構模型,闡述了其設計目標、架構的總體設計方案,并對其物理層、網絡層、服務層、應用層的功能特點進行了詳細的介紹。其次,介紹了博弈論的概念、基本要素、合作博弈和非合作博弈的定義、納什議價解、帕累托最優(yōu)、納什均衡等重要概念,然后將其與CPS結合,提出了基于博弈論的CPS通信資源分配算法。主要討論了CPS中OFDMA資源分配算法和WMN信道分配(WMN Channel Allocation Based on Game Theory, W-CABG)算法。其中OFDMA資源分配算法主要討論CPS中OFDMA網絡下行鏈路的多用戶資源分配,將分配過程建模為用戶間的合作博弈,通過求解納什議價解(Nash Bargaining Solution, NBS),實現(xiàn)用戶間的Pareto最優(yōu)性。而W-CABG算法主要討論WMN的信道分配問題,求解用戶間的納什均衡(Nash Equilibrium, NE),并證明了算法的收斂性。仿真結果表明,以上算法取得了很好的效果,實現(xiàn)了博弈論與CPS通信資源分配的有效融合。之后以ZigBee技術和無線Mesh網絡為基礎,構建基于ZigBee-Mesh網絡的建筑環(huán)境CPS通信平臺架構。分析了系統(tǒng)組網的需求、網絡的容量,以及信道分配方案。然后對建筑環(huán)境CPS通信接口進行了設計,以CC2530芯片為核心,設計了其外圍電路,以及電源管理模塊、仿真器接口模塊和用于應用擴展的用戶接口模塊。最后,在建筑環(huán)境CPS通信平臺下,對建筑內環(huán)境的定位算法進行了研究。提出了LANDMARC算法和質心算法在三維空間相結合的方法,并通過合理的布置RFID標簽,仿真驗證了算法的可行性,提高了建筑內環(huán)境的定位精度。
[Abstract]:In this paper, according to the characteristics and technical advantages of information physical fusion system (Cyber-Physical System, CPS), the CPS architecture model of building environment is constructed, and its communication technology is studied. The game theory method is introduced into CPS communication resource allocation, and a CPS communication resource allocation algorithm based on game theory is proposed, which effectively improves the utilization rate of CPS communication resources. Then, based on ZigBee technology and wireless Mesh network, the architecture of CPS communication platform in building environment is built, and the specific communication interface is designed. Finally, a three-dimensional centroids location algorithm is proposed in the building environment CPS, which improves the positioning accuracy of the building environment. In this paper, CPS is introduced into the building environment, to a certain extent, the level of building intelligence is improved, and the whole CPS is further improved. Firstly, the concept, characteristics and related technical support of information physics fusion system are introduced, and the CPS architecture model is put forward. On the basis of CPS, combined with the building environment, this paper puts forward the CPS architecture model of the building environment, expounds its design goal, the overall design scheme of the architecture, and puts forward its physical layer, network layer and service layer. The functional characteristics of the application layer are introduced in detail. Secondly, it introduces the concept of game theory, the basic elements, the definition of cooperative game and non-cooperative game, Nash bargaining solution, Pareto optimization, Nash equilibrium and other important concepts, and then combines it with CPS. A CPS communication resource allocation algorithm based on game theory is proposed. This paper mainly discusses OFDMA resource allocation algorithm and WMN channel allocation (WMN Channel Allocation Based on Game Theory, W-CABG algorithm in CPS. The OFDMA resource allocation algorithm mainly discusses the multi-user resource allocation of OFDMA network downlink in CPS. The allocation process is modeled as a cooperative game between users, and the Pareto optimality between users is realized by solving Nash bargaining solution (Nash Bargaining Solution, NBS),. The W-CABG algorithm mainly discusses the channel allocation problem of WMN, solves the Nash equilibrium (Nash Equilibrium, NE), among users, and proves the convergence of the algorithm. The simulation results show that the above algorithm has achieved good results and realized the effective integration of game theory and CPS communication resource allocation. Then, based on ZigBee technology and wireless Mesh network, the architecture of building environment CPS communication platform based on ZigBee-Mesh network is constructed. The requirements of the system networking, the capacity of the network, and the channel allocation scheme are analyzed. Then the CPS communication interface of building environment is designed, and its peripheral circuit, power management module, simulator interface module and user interface module for application extension are designed with CC2530 chip as the core. Finally, under the CPS communication platform of building environment, the location algorithm of building environment is studied. A method of combining LANDMARC algorithm with centroids algorithm in three-dimensional space is proposed, and the feasibility of the algorithm is verified by simulation through the reasonable arrangement of RFID tags, and the positioning accuracy of the building environment is improved.
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU18;TU855

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本文編號：2486281