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复杂网络动态系统动力学分析与同步控制研究

复杂网络动态系统动力学分析与同步控制研究

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作者：杨瑞西京学院

学位级别：硕士

随着复杂网络科学的迅速发展,将动力系统与复杂网络的研究相结合的趋势日益明显,尤其是对于研究复杂网络中动态系统的研究已经得到了突出。然而,现实世界的复杂网络的特点是无处不在的相互作用,赋予网络节点的不同含义,节点之间在功能... 详细信息

随着复杂网络科学的迅速发展,将动力系统与复杂网络的研究相结合的趋势日益明显,尤其是对于研究复杂网络中动态系统的研究已经得到了突出。然而,现实世界的复杂网络的特点是无处不在的相互作用,赋予网络节点的不同含义,节点之间在功能上的异质性,以及节点链路中的不同连通性。本文主要针对复杂网络动态系统动力学分析与同步控制问题进行了研究,为了更加接近现实生活场景中的复杂体系,以双层复杂网络动态系统为研究对象,在单层网络的基础上研究了多层复杂网络动态系统连续时间下的状态估计以及时滞状态下的估计。具体包括一般连续时间耦合网络,连续时间线性耗散耦合网络,连续时间时滞耗散耦合网络,无时变时滞复杂网络,时变延迟复杂网络的同步稳定性,复杂动力学分析,以及同步控制方案的提出。主要研究内容如下:(1)网络拓扑结构的确定对复杂网络动态系统稳定起着关键作用,本文研究了一般连续时间耦合和连续时间线性耗散耦合下双层网络的渐近同步问题,来对网络节点的状态进行估计。首先,利用表示连接拓扑的图和充当状态和功能的系统,建立了复杂网络动态系统的数学模型,分析了系统的动态行为;其次,利用复杂网络动态系统中的完全同步概念评估了系统的稳定性,并讨论了特定耦合模式下网络完全同步的准则;最后,设计了一种连续时间下的自适应控制方法,对多层复杂网络动态系统系统的节点状态进行了估计,得到了实现驱动层和响应层之间同步所需的控制器,并通过数值仿真,实现非线性混沌系统之间的同步。(2)同步现象在复杂网络中无处不在,其中每个个体代表一个动态系统,许多动态实体通过特定的耦合关系联系在一起。本文引入了一种具有时滞的多层复杂网络动态系统模型,研究了连续时间双层复杂网络动态系统环境下的状态估计问题,对其进行了动力学分析和同步控制研究。首先,构建了复杂网络动态系统的数学模型,并对其达到完全同步时的稳定性进行了分析;其次,通过以原网络的输出变量作为驱动端的状态观测器,构建响应端的状态观测器来近似辨识多层复杂网络动态系统,基于网络层的拓扑结构以及图论的相关知识,给出内外耦合矩阵,通过孤立节点去对目标层状态进行估计。然后,通过复杂网络动态系统的数学模型,设计自适应观测器,实现了驱动层网络与响应层网络之间的同步追踪,达到了预期的同步状态。最后,通过数值仿真验证了该方法的有效性。(3)基于工程实际需要,为了解决多层复杂网络动态系统中目标层状态估计问题,设计了一款自适应观测器,利用泛函进行了可观测性研究。将一般线性复杂网络动态系统的理论成果与机器人相互协作应用相结合,将多机器人系统的协同工作作为复杂网络进行研究。

关键词：双层复杂网络动态系统网络拓扑驱动层与响应层同步控制网络节点状态

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轻量级的分布式实时系统节点状态发现与学习机制研究与实现

轻量级的分布式实时系统节点状态发现与学习机制研究与实现

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作者：杨伟俊北京邮电大学

学位级别：硕士

分布式实时系统在当前技术背景下已有相当丰富的应用,比如实时股票系统,航空管制系统,军事导弹系统等,这些系统功能的实现高度依赖于分布式环境下节点协同工作。在分布式实时系统中,要达到节点间通信所必须的低时延,高可靠的指标,就要... 详细信息

分布式实时系统在当前技术背景下已有相当丰富的应用,比如实时股票系统,航空管制系统,军事导弹系统等,这些系统功能的实现高度依赖于分布式环境下节点协同工作。在分布式实时系统中,要达到节点间通信所必须的低时延,高可靠的指标,就要求在分布式实时系统中必须有高速可靠的节点状态探测和同步机制。部分分布式实时系统运行于特殊的专用网络之上,在特殊专网环境下,每个节点维持高度自治性,底层网络拓扑架构丰富。而当前已有的分布式实时系统节点状态探测技术在不同程度上存在依赖网络中心,消息开销大,通信成本较高,针对性不够强,缺乏可拓展性等问题,不可满足该环境需求。另一方面,节点内部单元的状态也是系统探测功能的重要一环,而现有的节点状态发现机制多数并没有关注节点内部单元状态的发现。因此,针对分布式实时系统节点探测和同步问题,需要研究设计适用于异构无中心网络的,轻量级的,消息开销小的节点状态发现与学习机制,满足节点之间状态发现和节点内节点单元发现功能需求,并形成扩展性强的中间件。本论文介绍了分布式实时系统相关概念和关键技术,研究当前分布式实时系统节点状态探测的技术特征和应用情况,提出总体研究目标。然后本论文从两个层面上进行分布式实时系统节点状态发现与学习机制的设计：针对节点之间的节点状态发现与学习问题,本论文提出了基于UDP的节点状态发现与学习协议通信,形成高效的节点状态发现协议通信机制;针对节点内部节点单元状态发现问题,本论文提出了基于共享内存机制的节点单元发现机制。在设计发现机制的基础上本论文设计并实现了分布式实时系统节点状态探测中间件,为分布式实时系统的节点协同工作提供了工程实践基础。

关键词：分布式实时系统网络节点状态网络节点状态发现协议节点内部单元发现节点状态检测中间件

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