must be computed using complex simu

must be computed using complex simulation models of the
sewer system. The entire control problem is therefore viewed
as a large-scale nonlinear optimal control problem [3] which
can be addressed using linear quadratic approaches [4] or
model predictive control methods [5] [6]. These controllers
are always implemented in a centralized fashion for very highorder
plants. The system model is highly nonlinear with a great
amount of uncertainty. As a result, centralized control of sewer
systems tends to be complex, computationally intensive, and
certainly is not robust to modeling error. All of these factors
conspire to limit the scalability of centralized approaches to
sewer flow control.
An alternative ”distributed” approach to CSO control was
presented by Ruggaber et al [7]. This case study used an
embedded network of microprocessor controlled sensors and
actuators to control CSO events. The network used a simple
local feedback scheme to control a stretch of sewer system fed
by a 1500 foot wide by 3.2 mile long corridor. In its first month
of service the network prevented a 2 million gallon CSO event.
The cost of the deployed network was around $25,000, which
was half of what it would have cost using existing SCADA
network technologies.
The sensor-actuator network used by Ruggaber et al, therefore
appeared to provide a cost-effective solution for controlling
CSO events. The control used in that study was a
simple switching law. A more sophisticated distributed control
strategy was developed by Wan et al. [8] . This controller was
a distributed control scheme that would be implemented on
the WSAN used by Ruggaber et al. for a city the size of
South Bend Indiana. Wan et al. were able to establish the
optimality of their distributed scheme and through simulation
studies were able to show that such an approach could reduce
CSO overflows by 20 % over the existing passive strategies
in use. On the basis of this early work, the control strategy
developed by Wan et al. is being proposed for implementation
on the metropolitan scale CSOnet for South Bend Indiana.
III. CSONET ARCHITECTURE
CSOnet’s architecture was designed to be a set of local
WSAN’s that connect to an existing wide area network (WAN)
through gateway devices. CSOnet can therefore be viewed as
a heterogeneous sensor-actuator network. It consists of four
types of devices:
• Instrumentation Node or INode: these nodes are responsible
for retrieving the measurement of a given environmental
variable, processing that data and forwarding the data
to the destination gateway through a radio transceiver.
• Relay Node or RNode: these nodes aid in forwarding
data collected by INodes that are more than one-hop
away from the gateway node. The RNodes only serve
to enhance the connectivity in the wireless network.
• Gateway Node or GNode: these nodes serve as gateways
between the WSAN used to gather data from the INodes
and a Wide Area Network (WAN) which allows remote
users easy access to CSOnet’s data.
• Actuator Node or ANode: these nodes are connected to
valves (actuators) that are used to hold back water in the
sewer system.
Figure 1 shows the prototype CSOnet built by Ruggaber
et al [7]. This network shows a single ANode (marked by
the ”V”) that receives its feedback sensor signals from three
INodes (marked by the ”I”). One of the INode’s is located at
the river to monitor actual CSO discharge into the river. The
other INode’s are used to measure the water level in a retention
basin. The distance between the CSO outfall at the river and
the retention basin is about 3 miles. Feedback information
from the CSO outfall is forwarded over a a line of RNodes
(marked by the ”R”). This figure can be taken as a very simple
example of a single WSAN. This particular WSAN has been in
continuous operation since 2005 and has been extremely useful
in refining CSOnet’s hardware and middleware components to
ensure long-life and economical maintenance.
Fig. 1. Layout of Ruggaber’s [7] prototype CSOnet at Ireland-Miami Road
in South Bend Indiana (2005)
In order to scale CSOnet up to an entire metropolitan area, it
was necessary to adopt a hierarchical architecture consisting of
several WSAN’s that are interconnected over an existing wide
area network. One reason for this is the well-known inability of
WSAN’s to provide an acceptable quality of service when the
network becomes too large. This is a consequence of the wellknown
theoretical limitations on wireless network throughput
[9]. Empirical studies from DARPA’s NEST program [10] have
suggested that flat WSANs should be limited to a diameter
of 5-6 hops to prevent excessive congestion. If South Bend’s
CSOnet were to be built as a single flat WSAN covering
the entire city, it would consist of several hundred nodes
covering a 13,000 acre area. Such a deployment would require
a prohibitive number of INodes and RNodes. For this reason,
CSOnet consists of a set rather small WSAN’s that forward
their data to GNodes. The GNodes then forward the received
packets to other WSAN’s in the system.

Kết quả (Việt) 1:

phải được tính toán bằng cách sử dụng mô hình mô phỏng phức tạp của cácHệ thống thoát nước. Vấn đề kiểm soát toàn bộ do đó xemnhư một vấn đề quy mô lớn điều khiển phi tuyến tối ưu [3] màcó thể được giải quyết bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận tuyến tính bậc hai [4] hoặcMô hình kiểm soát kiểu phương pháp [5] [6]. Các bộ điều khiểnluôn luôn được thực hiện trong một thời trang tập trung cho rất highordernhà máy. Các mô hình hệ thống là rất phi tuyến với một tuyệt vờisố tiền của sự không chắc chắn. Kết quả là, tập trung kiểm soát của hệ thống thoát nướcHệ thống có xu hướng được phức tạp, computationally chuyên sâu, vàchắc chắn không phải là mạnh mẽ để mô hình hóa lỗi. Tất cả các yếu tốâm mưu để hạn chế khả năng mở rộng của phương pháp tiếp cận tập trung đểHệ thống thoát nước kiểm soát dòng chảy.Một cách tiếp cận "phân phối" thay thế để CSO kiểm soáttrình bày bởi Ruggaber et al [7]. Nghiên cứu trường hợp này sử dụng mộtnhúng mạng của bộ vi xử lý điều khiển cảm biến vàthiết bị thi hành để kiểm soát sự kiện CSO. Mạng sử dụng một đơn giảnthông tin phản hồi địa phương đề án để kiểm soát một căng của hệ thống thoát nước cho ănbởi một 1500 chân rộng 3,2 dặm dài hành lang. Trong tháng đầu tiên của nóDịch vụ mạng đã ngăn chặn một sự kiện CSO 2 triệu gallon.Chi phí triển khai mạng là khoảng $25.000, màlà một nửa của những gì nó sẽ có chi phí bằng cách sử dụng SCADA hiện tạicông nghệ mạng.Mạng thiết bị truyền động cảm biến được sử dụng bởi Ruggaber et al, do đóxuất hiện để cung cấp một giải pháp hiệu quả chi phí cho việc kiểm soátSự kiện CSO. Kiểm soát được sử dụng trong nghiên cứu là mộtđơn giản chuyển đổi luật. Một điều khiển phức tạp hơn phân phốichiến lược đã được phát triển bởi Wan et al. [8]. Bộ điều khiển nàymột đề án kiểm soát phân phối sẽ được thực hiện trênWSAN sử dụng bởi Ruggaber et al. cho thành phố một kích thước củaSouth Bend Indiana. Wan và ctv đã có thể thiết lập cácđiều của đề án phân phối và thông qua mô phỏngnghiên cứu đã có thể hiển thị một cách tiếp cận có thể làm giảmCSO tràn 20% trên các chiến lược thụ động sẵn cósử dụng. Trên cơ sở này công việc đầu tiên, chiến lược kiểm soátphát triển bởi Wan et al. được đề xuất cho thực hiệntrên metropolitan quy mô CSOnet để South Bend Indiana.III. CSONET KIẾN TRÚCKiến trúc của CSOnet được thiết kế để là một tập hợp của địa phươngWSAN của kết nối với một mạng hiện diện rộng (WAN)thông qua thiết bị cổng. CSOnet do đó có thể được xem như làmột mạng lưới bộ cảm biến thiết bị truyền động không đồng nhất. Nó bao gồm bốnloại thiết bị:• Thiết bị đo đạc nút hoặc INode: những nút có trách nhiệmđể lấy việc đo của một cung cấp môi trườngbiến, xử lý dữ liệu đó và chuyển tiếp dữ liệuđến cổng đích thông qua một máy thu phát vô tuyến.• Chuyển tiếp nút hoặc RNode: các nút hỗ trợ trong chuyển tiếpdữ liệu được thu thập bởi INodes có nhiều hơn một-hopra khỏi cổng nút. Các RNodes chỉ phục vụđể tăng cường các kết nối mạng không dây.• Gateway nút hoặc GNode: các nút phục vụ như là cửa ngõgiữa WSAN được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các INodesvà mạng khu vực rộng một (WAN) cho phép từ xangười dùng dễ dàng truy cập vào dữ liệu của CSOnet.• Thiết bị truyền động nút hoặc ANode: các nút được kết nối vớiVan (thiết bị thi hành) được sử dụng để giữ lại nước trong cácHệ thống thoát nước.Hình 1 cho thấy chiếc nguyên mẫu CSOnet được xây dựng bởi Ruggaberet al [7]. Mạng này cho thấy một cực dương duy nhất (đánh dấu bằng"V") mà nhận được các tín hiệu cảm biến thông tin phản hồi từ baINodes (đánh dấu bằng "tôi"). Tọa lạc tại một trong INodesông để giám sát thực tế CSO xả xuống sông. CácINode khác được sử dụng để đo mực nước lưu giữ mộtlưu vực. Khoảng cách giữa outfall CSO sông vàlưu vực lưu giữ là khoảng 3 dặm. Thông tin phản hồitừ CSO outfall được chuyển tiếp trên một dòng RNodes(đánh dấu bằng "R"). Con số này có thể được dùng như là một rất đơn giảnVí dụ về một WSAN duy nhất. WSAN cụ thể này đãCác hoạt động liên tục từ năm 2005 và đã rất hữu íchtrong tinh chỉnh phần cứng của CSOnet, thành phần trung gian đểđảm bảo bảo trì thọ và kinh tế.Hình 1. Bố trí của Ruggaber [7] nguyên mẫu CSOnet tại Ai Len-Miami Roadở South Bend Indiana (2005)Để quy mô CSOnet đến một khu vực đô thị toàn bộ, nólà cần thiết để áp dụng một kiến trúc phân cấp bao gồmmột số WSAN của mà được nối liền với nhau qua hệ hiện tại rộngmạng. Một lý do cho điều này là sự bất lực nổi tiếng củaWSAN để cung cấp một chất lượng chấp nhận được của dịch vụ khi cácmạng sẽ trở thành quá lớn. Đây là một hệ quả của sự náoCác giới hạn lý thuyết về thông lượng mạng không dây[9]. các nghiên cứu thực nghiệm từ chương trình tổ của DARPA [10] cóđề nghị rằng căn hộ WSANs nên được giới hạn đối với đường kínhcủa 5-6 các bước nhảy để ngăn chặn quá tắc nghẽn. Nếu South BendCSOnet đã được xây dựng như một đĩa đơn phẳng nằm trên WSANtoàn bộ thành phố, nó sẽ bao gồm một vài trăm nútbao gồm một khu vực 13.000 mẫu Anh. Một đợt hoạt động sẽ yêu cầumột số prohibitive của INodes và RNodes. Vì lý do này,CSOnet bao gồm một thiết lập khá nhỏ WSAN của mà chuyển tiếpdữ liệu của họ để GNodes. Các GNodes sau đó chuyển tiếp các nhận đượcgói để khác WSAN trong hệ thống.

Kết quả (Việt) 2:

phải được tính toán bằng cách sử dụng mô hình mô phỏng phức tạp của
hệ thống thoát nước. Do đó, toàn bộ vấn đề kiểm soát được xem
như là một quy mô lớn phi tuyến vấn đề kiểm soát tối ưu [3] mà
có thể được giải quyết bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận phương tuyến tính [4] hay
mô hình phương pháp điều khiển dự [5] [6]. Các bộ điều khiển
luôn luôn thực hiện trong một thời trang tập trung cho rất highorder
cây. Các mô hình hệ thống là rất phi tuyến với một đại
lượng không chắc chắn. Kết quả là, tập trung kiểm soát của hệ thống thoát nước
hệ thống có xu hướng phức tạp, tính toán chuyên sâu, và
chắc chắn không phải là mạnh mẽ để xây dựng mô hình lỗi. Tất cả những yếu tố
âm mưu để hạn chế khả năng mở rộng của phương pháp tiếp cận tập trung để
kiểm soát dòng chảy thoát nước.
Một thay thế "phân phối" cách tiếp cận để kiểm soát CSO được
trình bày bởi Ruggaber et al [7]. Nghiên cứu trường hợp này sử dụng một
mạng lưới nhúng bộ vi xử lý điều khiển cảm biến và
cơ cấu chấp hành để kiểm soát sự kiện CSO. Các mạng được sử dụng một cách đơn giản
chương trình thông tin phản hồi của địa phương để kiểm soát một căng của hệ thống thoát nước cho ăn
bằng một 1500 chân rộng 3,2 dặm hành lang dài. Trong tháng đầu tiên
của dịch vụ mạng ngăn cản 2 triệu gallon CSO sự kiện.
Các chi phí của các mạng triển khai khoảng 25.000 USD, trong đó
đã được một nửa của những gì nó sẽ có chi phí sử dụng SCADA hiện có
các công nghệ mạng.
Các mạng cảm biến thiết bị truyền động được sử dụng bởi Ruggaber et al, do đó
xuất hiện để cung cấp một giải pháp hiệu quả chi phí cho việc kiểm soát
các sự kiện CSO. Việc kiểm soát được sử dụng trong nghiên cứu này là một
luật chuyển đổi đơn giản. Một điều khiển phân tán phức tạp hơn
chiến lược được phát triển bởi Wan et al. [8]. Bộ điều khiển này là
một chương trình điều khiển phân tán mà sẽ được thực hiện trên
các WSAN sử dụng bởi Ruggaber et al. cho một thành phố cỡ của
South Bend Indiana. Wan et al. có thể thiết lập các
tối ưu của chương trình phân phối của họ và thông qua mô phỏng
các nghiên cứu đã cho thấy rằng một cách tiếp cận như vậy có thể làm giảm
CSO tràn bằng 20% so với các chiến lược thụ động hiện có
trong sử dụng. Trên cơ sở của việc sớm này, các chiến lược kiểm soát
phát triển bởi Wan et al. đang được đề xuất để thực hiện
trên quy mô đô thị CSOnet cho South Bend Indiana.
III. CSONET KIẾN TRÚC
kiến trúc CSOnet đã được thiết kế để có một tập hợp các địa phương
của WSAN đó kết nối với một mạng diện rộng hiện có (WAN)
thông qua các thiết bị gateway. CSOnet do đó có thể được xem như là
một mạng lưới cảm biến thiết bị truyền động không đồng nhất. Nó bao gồm bốn
loại thiết bị:
• Instrumentation Node hoặc inode: các nút này có trách nhiệm
để lấy số đo của một môi trường nhất định
biến, xử lý dữ liệu và chuyển tiếp dữ liệu
đến gateway đích thông qua một bộ thu phát vô tuyến điện.
• Tiếp Node hoặc RNode: những viện trợ nút trong chuyển tiếp
dữ liệu được thu thập bởi các inode đó là nhiều hơn một-hop
đi từ nút gateway. Các RNodes chỉ phục vụ
để tăng cường kết nối trong mạng không dây.
• Cổng Node hoặc GNode: các nút này phục vụ như là các cổng
giữa WSAN sử dụng để thu thập dữ liệu từ các inode
và Wide Area Network (WAN) cho phép điều khiển từ xa
sử dụng dễ dàng truy cập đến của CSOnet dữ liệu.
• Thiết bị truyền động Node hoặc Anode: các nút được kết nối với
van (bộ truyền động) được sử dụng để giữ lại nước trong
. hệ thống cống thoát nước
Hình 1 cho thấy CSOnet nguyên mẫu được xây dựng bởi Ruggaber
et al [7]. Mạng lưới này cho thấy một anode đơn (được đánh dấu bằng
chữ "V") mà nhận được tín hiệu cảm biến thông tin phản hồi từ ba
grade (được đánh dấu bằng chữ "I"). Một trong những của inode nằm ở
bờ sông để theo dõi lưu lượng CSO thực tế xuống sông. Việc
của inode khác được sử dụng để đo mực nước trong một lưu
vực. Khoảng cách giữa các cống CSO ở sông và
lưu vực lưu giữ được khoảng 3 dặm. Thông tin phản hồi
từ các cống CSO được chuyển tiếp qua aa dòng RNodes
(được đánh dấu bằng chữ "R"). Con số này có thể được thực hiện như là một rất đơn giản,
ví dụ về một WSAN duy nhất. WSAN đặc biệt này đã được
hoạt động liên tục từ năm 2005 và đã được rất hữu ích
trong phần cứng và các thành phần middleware lọc CSOnet để
đảm bảo cuộc sống lâu dài và duy trì kinh tế.
Fig. 1. Giao diện của Ruggaber của [7] nguyên mẫu CSOnet tại Ireland-Miami đường
ở South Bend Indiana (2005)
Để mở rộng quy mô CSOnet hết toàn bộ khu vực đô thị, nó
là cần thiết để áp dụng một kiến trúc phân cấp bao gồm
nhiều WSAN của được kết nối với nhau qua một rộng hiện có
mạng lưới khu vực. Một lý do cho điều này là không có khả năng nổi tiếng của
WSAN để cung cấp một chất lượng chấp nhận được dịch vụ khi
mạng trở nên quá lớn. Đây là kết quả của wellknown
giới hạn lý thuyết về mạng không dây thông
[9]. Các nghiên cứu thực nghiệm từ các chương trình NEST DARPA của [10] đã
đề nghị rằng WSANs phẳng nên được giới hạn trong một đường kính
5-6 hoa bia để ngăn ngừa tắc nghẽn quá mức. Nếu South Bend
CSOnet đã được xây dựng như một WSAN phẳng duy nhất bao gồm
toàn bộ thành phố, nó sẽ bao gồm vài trăm nút
bao phủ một diện tích 13.000 hecta. Triển khai như vậy sẽ đòi hỏi
một số cấm của inode và RNodes. Vì lý do này,
CSOnet bao gồm một tập WSAN của khá nhỏ đó chuyển tiếp
dữ liệu của họ để GNodes. Các GNodes sau đó chuyển tiếp nhận
các gói tin để khác WSAN trong hệ thống.