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dc.contributor.advisor Park, Kyung Joon -
dc.contributor.author Kim, Kyoung Bok -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:52:02Z -
dc.date.available 2016-02-12T00:00:00Z -
dc.date.issued 2016 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002224191 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1427 -
dc.description.abstract In this paper, we study the problem of tuning medium access control (MAC) parameters in IEEE 802.11 to improve control performance in cyber-physical systems (CPS). Our main idea is to propose an algorithm that guarantees control performance and to adjust MAC parameters that affect the delay distribution. In addition, we exploit the fact that control performance depends more on delay distribution than just on the average delay. In legacy networked control systems (NCS) design, the network delay is mostly considered as a random delay distribution, whereas the real network delay has different distribution features like the long-tailed characteristic in IEEE 802.11, so the system model cannot be accurate in the real world.
We make two contributions to this field of research: i) Through the analysis of the IEEE 802.11 MAC access delay model, we control the MAC parameters by reducing the delay variance, that can be critical to control performance as well as the average delay. We propose a MAC controller that controls the MAC parameters with our algorithm. ii) In order to validate our approach, we implement a CPS testbed, in which a remote controller controls a drone via an IEEE 802.11 network. A CPS testbed based simulation is also completed with experiments. We examine the absolute average tracking error of the controller for a given reference. Our results show that the proposed approach can significantly improve control performance. ⓒ 2016 DGIST
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dc.description.tableofcontents 1.INTRODUCTION 1--
2.RELATED WORK 4--
2.1 Tuning MAC of IEEE 802.15.4 for Networked Control Systems (NCS) 4--
2.2 Tuning MAC of IEEE 802.11 for NCS 5--
3.BACKGROUND 6--
3.1 IEEE 802.11 Protocol 6--
3.2 IEEE 802.11 Medium Access Control (MAC) Protocol 6--
3.3 IEEE 802.11 MAC Delay Model 8--
4.PROBLEM FORMULATION 13--
4.1 Motivation 13--
4.2 System Model 14--
4.3 Analysis of IEEE 802.11 MAC Delay Model 17--
4.4 Optimization Problem Formulation 19--
5.MAC CONTROL DESIGN 20--
6.PERFORMANCE EVALUATION 22--
6.1 Preliminary Simulation and Experiment 22--
6.2 MAC Control Performance Evaluation 30--
7.CONCLUSIONS 33--
REFERENCES 34--
SUMMARY (Korean) 36
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dc.format.extent 36 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Cyber-physical systems -
dc.subject MAC access delay -
dc.subject IEEE 802.11 -
dc.subject control performance -
dc.title Adaptive Tuning of IEEE 802.11 MAC Access Delay for Improving Control Performance in Cyber-Physical Systems -
dc.title.alternative 사이버-물리 시스템의 제어 성능 향상을 위한 IEEE 802.11 MAC 액세스 접근 딜레이 조정 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2224191 -
dc.description.alternativeAbstract 본 논문에서는 사이버-물리 시스템의 제어 성능을 향상시키기 위해 무선 네트워크인 IEEE 802.11을 사용하는 제어 시스템에서 MAC (Medium Access Control) 계층의 딜레이 파라미터를 조정함으로써 최적화된 제어 성능을 유지하고자 한다. 이 논문의 주된 아이디어는 IEEE 802.11 MAC 딜레이 모델 기반으로 MAC 파라미터 변화에 따른 네트워크 딜레이 분포를 고려하여 실시간으로 제어 성능을 최대한 보장하는 알고리즘을 제안하는 것이다. 기존 네트워크가 포함된 제어 시스템에서는 단순히 가우시안 랜덤 딜레이를 고려하여 시스템을 설계하는 데, 실제 무선 네트워크의 딜레이 분포는 꼬리가 긴(long-tailed) 형태의 특징을 가지므로 모델의 정확성이 떨어진다. 따라서, 가장 널리 쓰이는 무선 네트워크 프로토콜 중 하나인 IEEE 802.11의 MAC 딜레이 모델을 분석하고 딜레이의 평균과 분산을 모두 고려하여 최적화된 MAC 파라미터를 찾는 방법을 제안한다.
이에 앞서, 사이버 물리 시스템의 제어 성능을 보장하기 위한 최적화 문제를 소개한다. 또한, MAC 딜레이 분산에 따른 제어 성능의 영향을 소개하고 유효성을 검증하기 위해 무선 네트워크가 포함된 드론과 VICON 시스템으로 사이버-물리 시스템 테스트베드 모델을 바탕으로 시뮬레이션, 실제 구축 및 실험을 통해 확인한다. 제어 성능의 비교는 레퍼런스 신호에 따른 컨트롤러의 절대 평균 에러를 측정하여 성능을 비교한다.
마지막으로 MAC 파라미터를 조정하기 위해 실시간으로 딜레이 분산의 영향을 최소화시키는 MAC 컨트롤러를 제안한다. MAC 컨트롤러는 제어기의 절대 평균 에러와 딜레이의 분포를 통해 동작하며 제안된 알고리즘에 의해 파라미터를 조정한다. 시뮬레이션을 통해 검증이 되며 결과는 제안한 방법으로 제어 성능을 향상시킬 수 있음을 보여준다. ⓒ 2016 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Kim, Jong Hyun -
dc.date.awarded 2016. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-02-12 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 정보통신융합공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Kyoung Bok -
dc.contributor.affiliatedAuthor Park, Kyung Joon -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Jong Hyun -
dc.contributor.alternativeName 김경복 -
dc.contributor.alternativeName 박경준 -
dc.contributor.alternativeName 김종현 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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