Wireless networked control systems (WNCSs) provide a key enabling technique for Industry Internet of Things (IIoT). However, in the literature of WNCSs, most of the research focuses on the control perspective, and has considered oversimplified models of wireless communications which do not capture the key parameters of a practical wireless communication system, such as latency, data rate and reliability. In this paper, we focus on a WNCS, where a controller transmits quantized and encoded control codewords to a remote actuator through a wireless channel, and adopt a detailed model of the wireless communication system, which jointly considers the inter-related communication parameters. We derive the stability region of the WNCS. If and only if the tuple of the communication parameters lies in the region, the average cost function, i.e., a performance metric of the WNCS, is bounded. We further obtain a necessary and sufficient condition under which the stability region is $n$-bounded, where $n$ is the control codeword blocklength. We also analyze the average cost function of the WNCS. Such analysis is non-trivial because the finite-bit control-signal quantizer introduces a non-linear and discontinuous quantization function which makes the performance analysis very difficult. We derive tight upper and lower bounds on the average cost function in terms of latency, data rate and reliability. Our analytical results provide important insights into the design of the optimal parameters to minimize the average cost within the stability region.

中文翻译：

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工业物联网无线网络控制系统的延迟、速率和可靠性权衡

无线网络控制系统 (WNCS) 为工业物联网 (IIoT) 提供了关键的使能技术。然而，在 WNCS 的文献中，大多数研究都集中在控制角度，并且考虑了过于简化的无线通信模型，这些模型没有捕获实际无线通信系统的关键参数，例如延迟、数据速率和可靠性。在本文中，我们关注 WNCS，其中控制器通过无线信道将量化和编码的控制码字传输到远程执行器，并采用无线通信系统的详细模型，该模型联合考虑了相互关联的通信参数。我们推导出 WNCS 的稳定区域。当且仅当通信参数的元组位于该区域内时，平均成本函数，即 WNCS 的性能指标是有界的。我们进一步获得了一个充分必要条件，在该条件下，稳定区域是 $n$-bounded，其中 $n$ 是控制码字块长度。我们还分析了 WNCS 的平均成本函数。这种分析是非常重要的，因为有限位控制信号量化器引入了非线性和不连续的量化函数，这使得性能分析非常困难。我们在延迟、数据速率和可靠性方面推导出平均成本函数的严格上限和下限。我们的分析结果为设计最佳参数以最小化稳定区域内的平均成本提供了重要的见解。其中 $n$ 是控制码字块长度。我们还分析了 WNCS 的平均成本函数。这种分析是非常重要的，因为有限位控制信号量化器引入了非线性和不连续的量化函数，这使得性能分析非常困难。我们在延迟、数据速率和可靠性方面推导出平均成本函数的严格上限和下限。我们的分析结果为设计最佳参数以最小化稳定区域内的平均成本提供了重要的见解。其中 $n$ 是控制码字块长度。我们还分析了 WNCS 的平均成本函数。这种分析是非常重要的，因为有限位控制信号量化器引入了非线性和不连续的量化函数，这使得性能分析非常困难。我们在延迟、数据速率和可靠性方面推导出平均成本函数的严格上限和下限。我们的分析结果为设计最佳参数以最小化稳定区域内的平均成本提供了重要的见解。我们在延迟、数据速率和可靠性方面推导出平均成本函数的严格上限和下限。我们的分析结果为设计最佳参数以最小化稳定区域内的平均成本提供了重要的见解。我们在延迟、数据速率和可靠性方面推导出平均成本函数的严格上限和下限。我们的分析结果为设计最佳参数以最小化稳定区域内的平均成本提供了重要的见解。