云控制與決策理論及其應(yīng)用

目錄
序
前言
符號(hào)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(dòng)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(fù)雜系統(tǒng)的控制 9
1.3 云計(jì)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(jì)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(jī)制與技術(shù) 26
1.5 云控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 28
1.6 云控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)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(jì) 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(shí)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(shí)驗(yàn) 41
2.3 本章小結(jié) 44
第3章 子空間預(yù)測(cè)云控制系統(tǒng) 45
3.1 子空間預(yù)測(cè)控制 45
3.1.1 子空間 45
3.1.2 子空間預(yù)測(cè)控制算法 50
3.2 云控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 53
3.2.1 預(yù)測(cè)控制算法 53
3.2.2 實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jì)算卸載建模 62
4.3.2 問題描述 63
4.4 激勵(lì)機(jī)制的設(shè)計(jì) 64
4.4.1 社會(huì)福利*大化 64
4.4.2 對(duì)偶分解方法 65
4.4.3 分布式算法設(shè)計(jì) 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(duì)激勵(lì)機(jī)制性能的影響 70
4.6 實(shí)驗(yàn)評(píng)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(wù)”——云控制平臺(tái) 79
5.1 云控制服務(wù)平臺(tái)架構(gòu) 79
5.1.1 管理層 80
5.1.2 服務(wù)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(wù)平臺(tái)雛形 84
5.2.1 管理平臺(tái) 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(shí)時(shí)檢測(cè)與切換安全設(shè)計(jì) 89
6.1 針對(duì)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(duì)抗分布式拒絕服務(wù)攻擊簡(jiǎn)介 90
6.3 云端 MPC 91
6.4 協(xié)方差矩陣建模檢測(cè)方法 92
6.5 緩和機(jī)制 94
6.5.1 驗(yàn)證 94
6.5.2 切換機(jī)制 96
6.5.3 本地控制器設(shè)計(jì) 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(jì) 102
7.1 云控制系統(tǒng)彈性策略簡(jiǎn)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(shí)延補(bǔ)償模型 103
7.1.3 目標(biāo)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(yīng)策略 107
7.2.2 傳輸者的*優(yōu)響應(yīng)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(jì)器和控制器設(shè)計(jì) 111
7.4 跨層彈性定價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì) 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(jì) 123
8.1 云控制系統(tǒng)的防御策略簡(jiǎn)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(kuò)展到防御資源和保護(hù)服務(wù)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(hù)服務(wù)單元數(shù)目受限情況 130
8.5 結(jié)論驗(yàn)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jī)制 138
9.1 區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介 138
9.2 基于區(qū)塊鏈機(jī)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(cè)與防御機(jī)制 141
9.2.2 基于區(qū)塊鏈的云網(wǎng)邊端通信安全機(jī)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(hù)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(jī)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(wù)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(hù) 147
9.4 從云控制系統(tǒng)到云控制平臺(tái) 148
9.4.1 基于區(qū)塊鏈的安全云控制平臺(tái) 148
9.4.2 區(qū)塊鏈即服務(wù) 149
9.4.3 基于區(qū)塊鏈的云控制技術(shù)在智能交通場(chǎng)景下的應(yīng)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(jì)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(dòng)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(dòng)態(tài)多工作流調(diào)度優(yōu)化算法 165
10.3.3 算法測(cè)試 170
10.4 用戶優(yōu)先級(jí)感知與花費(fèi)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(jì) 176
10.4.3 算法測(cè)試 181
10.5 高可靠性的節(jié)能調(diào)度算法設(shè)計(jì) 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(jì) 188
10.5.3 算法測(cè)試 193
10.6 本章小結(jié) 197
第11章 云控制開發(fā)與應(yīng)用案例 198
11.1 云控制在數(shù)字孿生中的應(yīng)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(jì) 207
11.2.3 交通流云端智能預(yù)測(cè)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(shí)驗(yàn) 214
11.2.6 本案例小結(jié) 219
11.3 綠色能源互補(bǔ)智能電廠云控制系統(tǒng) 219
11.3.1 預(yù)備知識(shí) 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(jì)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(fēng)水光互補(bǔ)發(fā)電預(yù)測(cè)調(diào)度方法設(shè)計(jì) 235
11.3.7 仿真實(shí)驗(yàn) 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(yīng)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(shí)現(xiàn) 255
11.4.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能云端協(xié)作應(yīng)用示范 272
11.4.5 本案例小結(jié) 273
11.5 面向典型應(yīng)用的云控制系統(tǒng)平臺(tái)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(diǎn) 274
11.5.2 支持用戶定制的云控制系統(tǒng)平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 276
11.5.3 本案例小結(jié) 283
參考文獻(xiàn) 284
附錄 A PID 云控制初級(jí)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(yù)測(cè)云控制開發(fā)代碼 301
B.1 網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯補(bǔ)償 301
B.2 子空間預(yù)測(cè)云控制器 302
B.2.1 子空間預(yù)測(cè)控制模塊 302
B.2.2 子空間預(yù)測(cè)云控制 306