據(jù)外媒報道，來自北卡羅來納州立大學(xué)（North Carolina State University）的研究人員開發(fā)了一套算法，通過平衡各個組件對數(shù)據(jù)的需求，以及數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收速度，從而提高自動駕駛汽車等信息物理系統(tǒng)的性能。

新算法論文作者之一、該大學(xué)電子與計算機(jī)工程教授Aranya Chakrabortty表示，“信息物理系統(tǒng)集成傳感器、設(shè)備和通信工具，允許所有系統(tǒng)元件共享信息，協(xié)調(diào)活動，以完成目標(biāo)?！边@些系統(tǒng)具有巨大的潛力，但也帶來了挑戰(zhàn)。

Chakrabortty解釋道，“具體而言，系統(tǒng)中的物理代理，即設(shè)備，需要大量的通信鏈路才能有效運(yùn)行。這會導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)流經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致路徑選擇延遲和排隊(duì)延遲。而延遲會導(dǎo)致代理需要等待很長時間才能采取行動，從而降低系統(tǒng)的質(zhì)量。換言之，由于延遲時間太長，系統(tǒng)可能無法完成其既定目標(biāo)?！边@造成了一種困境，減少通信意味著系統(tǒng)每個元素將能夠更快地獲取信息，但會損害系統(tǒng)性能的質(zhì)量，因?yàn)橄到y(tǒng)每個元件將使用更少的信息來運(yùn)行。

Chakrabortty表示，“因此，我們需要在三個變量之間取得平衡，即適當(dāng)?shù)耐ㄐ畔∈瓒?、最佳延遲時間和代理的最佳可實(shí)現(xiàn)性能。要取得這種微妙的平衡，以盡可能好地方式執(zhí)行任務(wù)，同時確保每個代理安全和穩(wěn)定運(yùn)行是不容易的，而這正是我們的算法發(fā)揮作用的地方?！?/p>

Chakrabortty和研究生Nandini Negi開發(fā)了三種算法，可減少系統(tǒng)中每個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請求總數(shù)，但確保每個節(jié)點(diǎn)都能快速接收充足的信息，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)。Negi稱，“沒有一種萬能的解決方案可以適用于所有信息物理系統(tǒng)，但我們的算法允許用戶找到適用于所有系統(tǒng)的最佳通信解決方案?！?/p>

近年來，在設(shè)計信息物理系統(tǒng)（cyber–physical systems，簡稱CPS）稀疏度控制方面，出現(xiàn)了一些新的以降低通信成本為目標(biāo)的研究方向。在這些設(shè)計中，常見的假設(shè)是通信發(fā)生在專用網(wǎng)絡(luò)上。然而，在許多實(shí)際應(yīng)用中，通信必須發(fā)生在共享網(wǎng)絡(luò)上，這導(dǎo)致了兩個關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)，即反饋延遲和用戶之間無法公平共享帶寬。在此種設(shè)計約束條件下，研究人員開發(fā)了稀疏H2控制設(shè)計，該設(shè)計的一個基本方面是延遲本身可以是一個稀疏性函數(shù)，得以在H2中實(shí)現(xiàn)反饋延遲和用戶公平共享帶寬之間的平衡。

研究人員提出了三種不同的算法，第一種算法預(yù)設(shè)了可分配給網(wǎng)絡(luò)的帶寬，并產(chǎn)生穩(wěn)定控制器的初始猜測。第二種算法采用乘子交替方向法（ADMM），對控制器進(jìn)行稀疏化，同時令其適應(yīng)反饋延遲，并優(yōu)化H2性能。第三種算法將此種方法擴(kuò)展到多用戶場景中，通過最小化用戶H2性能的差異，將總數(shù)固定、數(shù)量最優(yōu)的通信鏈路公平地分配給用戶。這些算法將該問題轉(zhuǎn)換為具有混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP）約束的凸差（difference-of-convex，簡稱DC）規(guī)劃問題。研究人員提供了一些定理，證明這些算法的收斂性，并通過數(shù)值模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。
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