← 返回
一种面向带宽受限网络控制系统的语义感知多包并行传输方案
A Semantic-Aware Multipacket Parallel Transmission Scheme for Bandwidth-Constrained Networked Control Systems
| 作者 | Hongchenyu Yang · Chen Peng · Engang Tian · Zhiru Cao |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年7月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | MPPT |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 网络控制系统 多包并行传输 语义编解码 稳定性分析 数据重建 |
语言:
中文摘要
本文采用基于自编码器的编解码框架,研究了一种用于网络控制系统(NCSs)的语义感知多数据包并行传输(MPPT)方案。首先,基于自编码器技术提出了语义编码和解码方案,旨在有效提高网络控制系统多数据包并行传输过程中数据包的信息密度,降低带宽使用。通过抽象语义表示,将原始数据映射到低维空间进行语义编码。随后,传输这些语义表示并用于语义解码,实现原始数据的重构。综合考虑语义解码误差、延迟和干扰等多种因素,基于李雅普诺夫稳定性理论,探索了语义感知多数据包并行传输方案下网络控制系统的稳定性分析和 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$H_\infty$</tex-math></inline-formula> 控制器设计方法。利用梯度下降优化算法对语义编解码参数进行离线预训练,以增强语义编码器和解码器的协同效能,同时满足网络控制系统的实时性要求。在运行反馈的指导下,通过增量搜索算法对后续参数进行细化,以提高数据重构性能。最后,以六区域电力系统为例验证了所提方法的有效性。
English Abstract
This article investigates a semantic-aware multipacket parallel transmission (MPPT) scheme for networked control systems (NCSs) using an autoencoder-based encoding–decoding framework. First, semantic encoding and decoding schemes are proposed based on autoencoder technology, aiming to effectively enhance the information density of data packets and reduce bandwidth usage during MPPT in NCSs. Through abstract semantic representations, raw data are mapped into a lower dimensional space for semantic encoding. Subsequently, these semantic representations are transmitted and utilized for semantic decoding, achieving the reconstruction of raw data. Considering multiple factors, such as semantic decoding errors, delays, and disturbances, stability analysis and H_ controller design methods of NCSs under the semantic-aware MPPT scheme are explored based on Lyapunov stability theory. Using gradient descent optimization, semantic encoding–decoding parameters are pretrained offline to enhance the collaborative efficacy of semantic encoder and decoder, concurrently meeting real-time requirements of NCSs. Guided by operational feedback, subsequent parameter refinement is achieved through an incremental search algorithm, aiming to improve the performance of data reconstruction. Finally, the effectiveness of the proposed method is demonstrated through the example of a six-area power system.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于语义感知的多包并行传输技术对我们在新能源领域的网络化控制系统具有重要应用价值。
在光伏电站和储能系统的集中监控场景中,海量逆变器、储能变流器等设备需要实时上传运行数据并接收控制指令。该技术通过自编码器将原始数据映射到低维语义空间,能够显著降低带宽占用,这对于我们在偏远地区部署的大型光伏电站尤为关键,可有效缓解通信基础设施不足的瓶颈。论文中六区域电力系统的验证案例与我们的分布式能源管理系统场景高度契合。
从技术成熟度评估,该方案基于成熟的自编码器理论,并通过李雅普诺夫稳定性理论提供了H∞控制器设计方法,理论基础扎实。离线预训练结合在线增量优化的机制也符合工业应用的实际需求。但需关注的是,语义编解码引入的重构误差对控制精度的影响,特别是在并网逆变器等对响应速度和精度要求极高的场景中,需要深入验证误差容限。
应用机遇方面,该技术可直接赋能我们的iSolarCloud智慧能源管理平台,提升海量设备接入能力;在虚拟电厂、微电网等新兴业务中,能够支持更大规模的设备协同控制。技术挑战在于如何将学术算法工程化,建立适配不同设备类型的语义编码标准,以及在实际电磁干扰环境下保证系统鲁棒性。建议开展试点验证,优先在对时延容忍度较高的储能调度系统中探索应用。