云控制與決策理論及其應用

目錄
序
前言
符號和縮略詞
第1章 云控制系統(tǒng)概念及內(nèi)涵 1
1.1 從網(wǎng)絡(luò)化控制到云控制 1
1.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述 3
1.2.1 基于模型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 3
1.2.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 5
1.2.3 網(wǎng)絡(luò)化多智能體系統(tǒng) 6
1.2.4 復雜系統(tǒng)的控制 9
1.3 云計算與云控制 10
1.4 云控制系統(tǒng)的概念 11
1.4.1 云控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 14
1.4.2 協(xié)同云控制系統(tǒng) 18
1.4.3 邊緣計算與邊緣控制 21
1.4.4 云控制系統(tǒng)工作流調(diào)度 25
1.4.5 云控制系統(tǒng)安全管控機制與技術(shù) 26
1.5 云控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 28
1.6 云控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢及展望 29
1.7 本章小結(jié) 29
第2章 云控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 30
2.1 云控制系統(tǒng)初步考慮的問題 30
2.1.1 云控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu) 30
2.1.2 云控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)擬采用的關(guān)鍵技術(shù) 31
2.1.3 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 34
2.1.4 網(wǎng)關(guān)協(xié)議 35
2.1.5 網(wǎng)絡(luò)時滯 38
2.2 球桿系統(tǒng)與 PID 控制 39
2.2.1 球桿系統(tǒng) 39
2.2.2 云控制系統(tǒng)實驗 41
2.3 本章小結(jié) 44
第3章 子空間預測云控制系統(tǒng) 45
3.1 子空間預測控制 45
3.1.1 子空間 45
3.1.2 子空間預測控制算法 50
3.2 云控制系統(tǒng)實驗 53
3.2.1 預測控制算法 53
3.2.2 實驗結(jié)果 54
3.3 本章小結(jié) 55
第4章 云控制與邊緣控制方法的融合 56
4.1 云控制系統(tǒng)的時延問題 56
4.2 云邊控制系統(tǒng) 57
4.3 云控制系統(tǒng)和邊緣控制系統(tǒng)的組合架構(gòu) 61
4.3.1 計算卸載建模 62
4.3.2 問題描述 63
4.4 激勵機制的設(shè)計 64
4.4.1 社會福利*大化 64
4.4.2 對偶分解方法 65
4.4.3 分布式算法設(shè)計 66
4.5 數(shù)值仿真 67
4.5.1 收斂性和*優(yōu)性 68
4.5.2 參數(shù)對激勵機制性能的影響 70
4.6 實驗評估 74
4.6.1 案例 1 75
4.6.2 案例 2 76
4.6.3 案例 3 77
4.7 本章小結(jié) 78
第5章 “控制即服務”——云控制平臺 79
5.1 云控制服務平臺架構(gòu) 79
5.1.1 管理層 80
5.1.2 服務層 82
5.1.3 網(wǎng)絡(luò)層 82
5.1.4 邊緣層 83
5.1.5 監(jiān)控 83
5.1.6 安全管理 83
5.2 云控制服務平臺雛形 84
5.2.1 管理平臺 85
5.2.2 設(shè)備接入 85
5.2.3 用戶交互 87
5.3 本章小結(jié) 88
第6章 云控制系統(tǒng)的實時檢測與切換安全設(shè)計 89
6.1 針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)安全的相關(guān)研究 89
6.2 云控制系統(tǒng)對抗分布式拒絕服務攻擊簡介 90
6.3 云端 MPC 91
6.4 協(xié)方差矩陣建模檢測方法 92
6.5 緩和機制 94
6.5.1 驗證 94
6.5.2 切換機制 96
6.5.3 本地控制器設(shè)計 96
6.6 數(shù)值仿真 97
6.6.1 仿真模型 97
6.6.2 仿真結(jié)果分析 98
6.7 本章小結(jié) 101
第7章 云控制系統(tǒng)的彈性策略設(shè)計 102
7.1 云控制系統(tǒng)彈性策略簡介 102
7.1.1 DoS 攻擊下通信模型 102
7.1.2 DoS 攻擊下云控制系統(tǒng)的時延補償模型 103
7.1.3 目標設(shè)定 106
7.2 傳輸者和智能攻擊者的 SE 策略 107
7.2.1 智能攻擊者的*優(yōu)響應策略 107
7.2.2 傳輸者的*優(yōu)響應策略 107
7.3 網(wǎng)絡(luò)攻擊下云控制系統(tǒng)的 H∞ 性能分析 109
7.3.1 云控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和 H∞ 性能分析 109
7.3.2 估計器和控制器設(shè)計 111
7.4 跨層彈性定價機制設(shè)計 112
7.5 數(shù)值仿真 117
7.6 本章小結(jié) 122
第8章 云控制系統(tǒng)的防御策略設(shè)計 123
8.1 云控制系統(tǒng)的防御策略簡介 123
8.1.1 惡意攻擊下的云控制系統(tǒng) 123
8.1.2 物理系統(tǒng)的*優(yōu)控制 124
8.2 攻防博弈問題構(gòu)建 126
8.2.1 防御和攻擊模型 126
8.2.2 博弈問題構(gòu)建 127
8.3 Stackelberg 博弈分析 128
8.4 擴展到防御資源和保護服務單元數(shù)目受限的情況 129
8.4.1 防御資源受限情況 130
8.4.2 保護服務單元數(shù)目受限情況 130
8.5 結(jié)論驗證 133
8.5.1 策略研究 133
8.5.2 方案比較 134
8.5.3 性能比較 135
8.5.4 實驗驗證 135
8.6 本章小結(jié) 137
第9章 基于區(qū)塊鏈的云控制系統(tǒng)安全機制 138
9.1 區(qū)塊鏈簡介 138
9.2 基于區(qū)塊鏈機制的云控制系統(tǒng)安全關(guān)鍵技術(shù) 139
9.2.1 基于區(qū)塊鏈的云控制系統(tǒng)典型攻擊的檢測與防御機制 141
9.2.2 基于區(qū)塊鏈的云網(wǎng)邊端通信安全機制 141
9.2.3 基于區(qū)塊鏈的云數(shù)據(jù)中心安全管理技術(shù) 141
9.2.4 基于區(qū)塊鏈的云數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)溯源技術(shù) 142
9.2.5 基于區(qū)塊鏈的云網(wǎng)邊端數(shù)據(jù)隱私防護技術(shù) 142
9.3 云控制系統(tǒng)區(qū)塊鏈安全框架 142
9.3.1 基于區(qū)塊鏈的云控制安全構(gòu)架 142
9.3.2 基于區(qū)塊鏈加密機制的云網(wǎng)邊端數(shù)據(jù)可信采集與可信傳輸 144
9.3.3 多云服務的區(qū)塊鏈資源和數(shù)據(jù)管控及協(xié)同 145
9.3.4 云控制系統(tǒng)區(qū)塊鏈跨鏈交互 147
9.3.5 數(shù)據(jù)共享、分割與隱私防護 147
9.4 從云控制系統(tǒng)到云控制平臺 148
9.4.1 基于區(qū)塊鏈的安全云控制平臺 148
9.4.2 區(qū)塊鏈即服務 149
9.4.3 基于區(qū)塊鏈的云控制技術(shù)在智能交通場景下的應用示例 149
9.5 本章小結(jié) 151
第10章 云控制系統(tǒng)多工作流調(diào)度問題研究 152
10.1 工作流概述 152
10.2 云計算環(huán)境下工作流調(diào)度相關(guān)理論 153
10.2.1 工作流模型 153
10.2.2 工作流調(diào)度算法 156
10.3 基于 TOPSIS 的動態(tài)多工作流調(diào)度優(yōu)化算法 163
10.3.1 系統(tǒng)模型和問題描述 163
10.3.2 動態(tài)多工作流調(diào)度優(yōu)化算法 165
10.3.3 算法測試 170
10.4 用戶優(yōu)先級感知與花費約束的多工作流調(diào)度算法 174
10.4.1 系統(tǒng)模型與問題描述 174
10.4.2 多工作流調(diào)度算法設(shè)計 176
10.4.3 算法測試 181
10.5 高可靠性的節(jié)能調(diào)度算法設(shè)計 185
10.5.1 模型與問題描述 185
10.5.2 節(jié)能調(diào)度算法設(shè)計 188
10.5.3 算法測試 193
10.6 本章小結(jié) 197
第11章 云控制開發(fā)與應用案例 198
11.1 云控制在數(shù)字孿生中的應用 198
11.1.1 數(shù)字孿生模型及其面臨的難題 199
11.1.2 云控制框架下的數(shù)字孿生 201
11.1.3 本案例小結(jié) 204
11.2 智能交通信息物理融合云控制系統(tǒng) 205
11.2.1 智能交通信息物理融合云控制系統(tǒng)的提出 205
11.2.2 智能交通信息物理融合云控制系統(tǒng)的設(shè)計 207
11.2.3 交通流云端智能預測技術(shù) 209
11.2.4 智能交通信息物理融合云控制系統(tǒng)的調(diào)度 213
11.2.5 仿真實驗 214
11.2.6 本案例小結(jié) 219
11.3 綠色能源互補智能電廠云控制系統(tǒng) 219
11.3.1 預備知識 219
11.3.2 智能電廠云控制系統(tǒng)的提出 222
11.3.3 智能電廠云控制系統(tǒng)的設(shè)計和建立 225
11.3.4 智能電廠云控制系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù) 226
11.3.5 云控制系統(tǒng)在智能電廠環(huán)境中的部署 232
11.3.6 風水光互補發(fā)電預測調(diào)度方法設(shè)計 235
11.3.7 仿真實驗 240
11.3.8 本案例小結(jié) 249
11.4 制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能云端協(xié)作應用 250
11.4.1 制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能云端協(xié)作的提出 250
11.4.2 制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能云端協(xié)作的總體架構(gòu) 253
11.4.3 制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能云端協(xié)作的具體實現(xiàn) 255
11.4.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能云端協(xié)作應用示范 272
11.4.5 本案例小結(jié) 273
11.5 面向典型應用的云控制系統(tǒng)平臺智能管理與調(diào)度關(guān)鍵技術(shù) 274
11.5.1 云控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主要特點 274
11.5.2 支持用戶定制的云控制系統(tǒng)平臺的架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn) 276
11.5.3 本案例小結(jié) 283
參考文獻 284
附錄 A PID 云控制初級階段開發(fā)代碼 298
A.1 UDP 通信 298
A.2 PID 云控制器 299
附錄 B 子空間預測云控制開發(fā)代碼 301
B.1 網(wǎng)絡(luò)時滯補償 301
B.2 子空間預測云控制器 302
B.2.1 子空間預測控制模塊 302
B.2.2 子空間預測云控制 306