Design, implementation and analysis of wireless model based predictive networked control system over cooperative wireless network

Abstract

Ağ bağlantılı kontrol sistemleri dağıtık yapıları sayesinde geniş bir alana yayılmış veya yapısal olarak karmaşık tesislerin kontrolünde öne çıkarlar. Bu tür sistemler genellikle algılayıcıların, kontrollörlerin ve eyleyicilerin üzerinden haberleştikleri gerçek zamanlı kablolu ağlar kullanılarak gerçeklenirler. Son zamanlarda esneklik, kurulum kolaylılığı ve ölçeklenebilirlik gibi sebeplerden ötürü IEEE 802.11 v.b. kablosuz ağ teknolojileri, kontrol sistemi kullanımına adanmış kablolu ağların yerine kullanılabilecek bir seçenek olarak görülmeye başlanmıştır. Fakat, belirsiz gecikmeler ve veri kayıplarının sistem kararlılığına ve dinamiklerine olan olumsuz etkilerinden dolayı basit ağ bağlantılı kontrol sistemleri bu tür genel amaçlı kablosuz ağlar üzerinde çalışamaz.Kablosuz ağ bağlantılı kontrol sorununa iki açıdan yaklaşan bu tezde belirsiz gecikmeler, peş peşe paket kayıpları ve kablosuz ağ trafiği altında dahi iyi bir kontrollör başarımı elde etmek için ortaklaşa çalışan bir kablosuz ağ bağlantılı kontrol sistemi ile bir işbirlikli ortama erişim protokolü tanıtılacaktır. önerilen sistem özel bir test platformu üzerinde gerçeklenmiş, çok sayıda gerçekçi senaryo altında test edilmiş ve basit ağ bağlantılı kontrol sistemlerinin çalışamadığı peş peşe paket kaybı ve kablosuz trafik düzeylerinde çalışabildiği gösterilmiştir.

Owing to their distributed architecture, networked control systems are proven to be feasible in scenarios where a spatially distributed control system is required. Traditionally, such networked control systems operate over real-time wired networks over which sensors, controllers and actuators interact with each other. Recently, in order to achieve the utmost flexibility, scalability, ease of deployment and maintainability, wireless networks such as IEEE 802.11 LANs are being preferred over dedicated wired networks. However, basic networked control systems cannot operate over such general purpose wireless networks since the stability of the system is compromised due to unbounded delays and unpredictable packet losses that are typical in the wireless medium.Approaching the wireless networked control problem from two perspectives, this thesis proposes a novel wireless networked control system and a realistic cooperative medium access control protocol implementation that work jointly to achieve decent control even under unbounded delay, bursts of packet loss and ambient wireless traffic. The proposed system is implemented and thoroughly evaluated on a dedicated test platform under numerous scenarios and is shown to be operational under bursts of packet loss and ambient wireless traffic levels which are intolerable for basic networked control systems while not being hindered by restraining assumptions of existing methods.