Optimal and adaptive control in large scale sensor networks

Abstract

Η αδυναμία σχεδιασμού αποδοτικών στρατηγικών ελέγχου με τα υπάρχοντα θεωρητικά και πρακτικά εργαλεία, σε εφαρμογές συστημάτων μεγάλης κλίμακας (ΣΜΚ), τις περισσότερες φορές οδηγεί σε χρονικά και οικονομικά μη αποδοτικές λύσεις. Τα ΣΜΚ συνήθως εμπλέκουν χρονικά μεταβαλλόμενες και περίπλοκες δυναμικές, που πολλές φορές εισάγουν έντονη αβεβαιότητα στο πρόβλημα σχεδιασμού ελέγχου. Το γεγονός αυτό, καθιστά τα εργαλεία σχεδιασμού Αποδοτικού Ελέγχου Συστημάτων Μεγάλης Κλίμακας (ΑΕΣΜΚ) μη εφαρμόσιμα σε ένα μεγάλο κομμάτι εφαρμογών. Δυνητικά, ωστόσο, θα μπορούσαν να έχουν τεράστια επίδραση στην βελτίωση της απόδοσης και της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών του εκάστοτε συστήματος μέσω της μείωσης: της καταναλισκόμενης ενέργειας, των επιπέδων εκπομπών ρυπογόνων στοιχείων και βελτιώνοντας την ποιότητα της καθημερινής δραστηριότητας των χρηστών. Η παρούσα εργασία, βασισμένη σε σύγχρονες/πρόσφατες ερευνητικές εξελίξεις, στοχεύει στην υλοποίηση/ανάπτυξη και στην αξιολόγηση μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας σχεδίασης ελέγχου που είναι συμβατή με ετερογενή και περίπλοκα συστήματα μεγάλης κλίμακας. Η μεθοδολογία αυτή είναι ικανή να: (α) παρέχει στρατηγικές ελέγχου, τόσο κοντά στην βέλτιστη απόδοση ελέγχου ΣΜΚ όση επιλέγει ο χρήστης. (β) είναι εγγενώς αυτο-προσαρμοζόμενη και να βελτιώσει με επιτυχία, με ραγδαίο ρυθμό, την απόδοση του ΣΜΚ όταν βραχυπρόθεσμες ή μακροπρόθεσμες μεταβολές επηρεάζουν το σύστημα. (γ) παρέχει αποδοτικό και ασφαλή τρόπο ανάκαμψης από ενδεχόμενα σφάλματα ή/και λειτουργικές αναπροσαρμογές του ίδιου του συστήματος. (δ) επιτύχει όλα τα παραπάνω ενώ ταυτόχρονα δεν εξαρτάται από την διάσταση του προβλήματος ενώ ταυτόχρονα είναι εύχρηστη. Τα ολοκληρωμένα εργαλεία σχεδίασης ΑΕΣΜΚ που υλοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, έχουν δοκιμασθεί και αξιολογηθεί εκτενώς πάνω σε δύο πραγματικά συστήματα μεγάλης κλίμακας (δύο κτίρια γραφείων).Η παρούσα εργασία μπορεί να διαχωριστεί στις παρακάτω θεματικές ενότητες: (α) Εισαγωγή (Κεφάλαιο 1): στην ενότητα αυτή περιγράφονται εκτενέστερα τα προβλήματα που εμφανίζονται σε σύγχρονες εφαρμογές βέλτιστου και προσαρμοστικού ελέγχου (βλέπε Παράρτημα 2) σε ΣΜΚ αλλά και οι δημοσιεύσεις που προέκυψαν στα πλαίσια της εκπόνησης της παρούσας διατριβής (β) Εργαλεία Σχεδίασης Βέλτιστου κ Προσαρμοστικού Ελέγχου σε ΣΜΚ (Κεφάλαιο 2): στην ενότητα αυτή αναλύονται λεπτομερώς τα θεωρητικά εργαλεία σχεδίασης ελέγχου που αναπτύχθηκαν. (γ) Εφαρμογές Προσομοίωσης (Κεφάλαιο 3): στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από εφαρμογές προσομοιώσεων που διεξήχθησαν στα πλαίσια της αξιολόγησης των παραπάνω εργαλείων. (δ) Εφαρμογές Πραγματικών Συνθηκών (Κεφάλαιο 4): στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα (πιο αναλυτική απεικόνιση των πειραμάτων σε πραγματικές συνθήκες περιλαμβάνεται στο Παράρτημα 1) που προέκυψαν από τις εφαρμογές των εργαλείων αυτών σε πραγματικά ΣΜΚ και η αντίστοιχη αξιολόγησή τους. (ε) Γενικά Συμπεράσματα (Κεφάλαιο 5): στην ενότητα αυτή αναλύονται συγκεντρωτικά όλα τα παραπάνω αποτελέσματα και αξιολογείται η απόδοση των εργαλείων ελέγχου.