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[硕士论文] 陈猛
控制科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:现代经济的快速发展,使得某些场合对于LBS(Location Based Services)的需求越来越高。已有的GPS定位技术在户外已经得到广泛的应用,受室内环境复杂、信号穿透性差等多种因素的影响,该定位技术在室内并不能得到很好的应用。由于自组织、低功耗等优势,无线传感器网络技术在室内定位领域也得到了应用,从而推动了室内定位技术的发展。
  针对传统三角形质心定位算法定位精度低的问题,本文提出了一种基于距离修正的迭代定位算法。其步骤主要为:一、通过分割定位区域,建立迭代定位模型,并采用三角形质心算法解算出初始定位坐标;二、利用当前盲节点定位坐标计算距离偏移系数,采用距离偏移系数的中位数来表征整体距离测量的偏差程度,并将对数-常态分布模型所测距离与该中位数的比值作为锚节点与盲节点间新的距离;三、在新的距离下,选取与盲节点间信号强度最大的4个锚节点进而构造出两个三角形区域,利用质心定位法解算出两个定位坐标,将这两个定位坐标加权作为当前迭代定位结果;四、重复以上步骤二和步骤三,直至迭代次数达到设定值。
  此外,本文对定位系统进行了硬件电路设计和软件设计。定位系统硬件部分设计了最小系统模块、输入输出模块和无线射频模块等三个部分。在Z-Stack协议栈的基础上,软件部分完成了协调器节点、锚节点和盲节点功能程序的编写。为了更加直观地显示定位结果,采用图形化编程软件LabView设计了定位系统上位机。
  为验证本文所提算法的正确性,采用MATLAB软件就噪声影响因子在取值为常值和随机值两种情况进行仿真分析,并在实际环境中对定位算法进行验证。
  仿真结果和定位实验均表明,所提出算法的定位精度优于传统的质心定位法和加权质心定位法,具有一定的应用价值。
[硕士论文] 周烜
控制科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,网络技术蓬勃发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSN)作为物联网技术的代表之一也备受关注。WSN从部署之初起,各节点便几乎处于无人管理的状态,其一旦发生故障,就可能给使用者带来巨大的经济损失。因此,及时诊断并排除WSN的故障,提高WSN网络运行的可靠性和生命周期,是保证应用WSN的监控系统完成指定任务的前提条件。
  根据WSN的结构特点和功能特性,针对WSN中可能出现的故障,本文给出了故障特征值提取方法和样本数据划分方法,提出了基于PNN的WSN故障诊断方法和基于SVM的WSN故障诊断方法,并与传统BP算法进行了仿真分析对比,结果表明它们有更高的可靠性。此外,本文还对WSN故障诊断系统进行设计与开发。具体内容包括以下几个方面:
  (1)研究了WSN的常见故障,包括故障类型、故障带来的危害,并对WSN故障进行分析,确定本文要研究的WSN故障类型和WSN发生故障时的故障特征,并构建故障特征与故障类型之间的对应关系。
  (2)考虑到不同故障特征对故障诊断结果的影响程度不同,在仿真前利用MIV算法对故障特征进行筛选、降维,提取出对仿真结果影响因子大的故障特征。考虑到样本数据在空间上的可能存在分布不合理等情况,利用SPXY算法进行样本数据划分,使最终确定的训练集数据和测试集数据都能体现出样本库数据的特征。
  (3)研究了WSN故障诊断中几种常见的传统算法,包括BP神经网络、RBF神经网络、贝叶斯网络,通过分析发现这几种传统算法在WSN故障诊断中依然存在诊断精度不高、网络不稳定等缺点,基于此本文提出基于PNN的WSN故障诊断模型和基于SVM的WSN故障诊断模型。并与BP网络进行仿真结果对比,结果表明提出的这两种算法在WSN故障诊断中具有更高的可靠性。
  (4)利用Web开发技术,设计了WSN故障诊断系统,包括WSN故障特征值的数据可视化处理、WSN系统通信状态评估和WSN系统故障分析与报告。
[硕士论文] 黄志宏
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市的发展,暴露出来的问题日益增多,绿色出行的消费理念日益深入人心。自1965年阿姆斯特丹出现第一代公共自行车系统起,各个城市陆续建立了公共自行车系统,现有的城市公共自行车系统常采用蓝牙、短信或者GPRS模式,但是通常这些模式的稳定性和兼容性无法得到保证,实时性较差、耗电高。针对这种情况,本文通过对窄带物联网NB-IoT技术的分析,结合该技术覆盖增强、大链接、低功耗、低成本的优势,采用三层体系架构,提出了基于NB-IoT的城市公共自行车系统,解决了当前城市公共自行车系统实时性差耗电高等缺点,并节约了资源。
  针对当前公共自行车系统中“借车难,还车难”的问题,本文首先使用某地区自行车出行数据,对影响自行车出行的时间、季节和天气等特征进行分析,得到不同条件对自行车出行的影响,再结合租赁点状态、调度时间间隔设置和租赁点的借还需求建立基于NB-IoT的城市公共自行车系统调度模型。通过对不同预测方法的对比,使用随机森林法,调节Python中的回归类RandomForestRegressor中的参数,多次对数据特征进行交叉验证,剔除重要度小于0.01的特征,得到最优模型,并给出各个特征的重要度,再对单租赁点每月后十天的的借还需求量进行预测,结果表明该预测模型的均方根对数误差为0.0747,具有较好的泛化能力。然后对某地区的多个租赁点进行借还需求预测,采用“2-8”调度原则,调度结果表明,本文使用的调度预测方法能够在保证用户满意度的范围内,快速的进行自行车调度,可以很好的适用于城市公共自行车系统。
  最后本文使用B/S架构模式设计了一种基于NB-IoT的城市公共自行车调度软件,将文中使用的调度模型集成到系统之中,该系统实现了调度人员管理、租赁点管理、调度路径规划及打印功能等,方便了管理人员的使用并在一定程度上提高了工作效率和用户满意度,有效的缓解了“借车难,还车难”的问题。
[硕士论文] 曾丽丽
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线数据传输系统是人们信息获取的重要途径,随着通信技术的发展,无线通信技术在工业数据传输中得到了广泛的应用。但传统的数据传输系统在低功耗和远距离之间一直处于两难境地,在更远的距离和更低的功耗之间只能二取其一。本课题研究实现了基于NB-IoT的无线数据传输系统,使用当前运营商的授权频谱,发挥低功耗广域网的优势,为现有远距离通信系统提供一种低功耗的无线传输方式。
  本文首先介绍了课题研究的背景和NB-IoT的基本理论,然后,在对非连续接收方式研究的基础上,提出NB-IoT数据传输系统两种控制能耗的方法,分别是基于PSM和eDRX的功耗控制方法、寻呼优化方法。在硬件设计方面,采用了STMicroelectronics公司的STM32L151C8T6作为主控芯片,Quecte公司的BC95作为NB-IoT通信模块,利用模块化的思想设计外围硬件电路,完成实现了NB-IoT无线数据传输终端。在软件设计方面,NB-IoT终端开发程序采用标准C编写,通过keil uVision4开发环境完成程序的编译、下载,上位机监控软件采用VisualBasic6.0设计实现,界面友好、使用方便,只需要输入本地端口号启动服务器,就能得到实时温度值。
  经过终端功耗测试,eDRX和PSM模式均可以有效的降低终端功耗,PSM模式降低功耗效果更为明显,eDRX可以大幅度提升下行通信链路的可到达性。在综合考虑功耗和时延的基础,基于PSM和eDRX的功耗控制方法更具有实际应用意义。
  最后将NB-IoT终端安装在STMP1000设备上,测试不同传输距离的准确传输率和时延。结果表明,在NB-IoT网络信号强度达到的情况下,不同的传输距离对准确传输率和时延基本没有影响,准确传输率和时延均达到了规定标准,成功实现了非连续数据的小批量远距离传输。这也将成为无线数据传输及工业远程控制等方面的发展趋势。
[硕士论文] 王园园
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:人类的生存与发展离不开能源的支持,煤矿资源作为重要的能源之一在其中发挥着非常重要的作用。根据近年来煤矿事故死亡统计分析可知,瓦斯事故与以前相比已经越来越少,但仍有发生。由于矿区具有地质条件比较复杂、煤层很软、井下瓦斯含量高所以经常会产生一些突出危险等特点,这极大的阻碍了采煤的进程。尽管随着综合机械化采煤的迅速发展,从一定程度上加快了采矿区回采工作面的推进速度,但与此同时工作面瓦斯涌出量也急剧增加,从而造成瓦斯超限现象也常常会有发生。
  为了解决以上问题,本文在设计中特意将无线传感器网络引入综采面的瓦斯监控系统中,这对提高系统的可靠性,保障煤矿的安全高效生产具有重要的意义。
  本文首先对井下与井上两个部分进行详细的设计。井下部分主要实现的是数据采集功能。在底层节点中使用的是CC2530ZigBee节点,其支持ZigBee协议,通过将CO、瓦斯、甲烷和气压等传感器与其进行连接,可以实现对CO、瓦斯、甲烷等气体浓度的采集,并使用以ZigBee技术为基础构建的无线传感器网络对采集的数据进行传输,从而实现数据采集功能,同时又引入了瓦斯的涌出规律,有利于与后期终端收集的数据进行对比分析,预防瓦斯突出危险的发生。井上部分主要实现的是对各个节点的控制与管理并对井下采集的数据进行分析与判断的功能。在井下部分不是由终端直接对各个节点进行管理与控制等,而是通过网关实现对节点的管理与控制并对传递到网关的数据进行初步的处理等操作,然后在把所得的相关信息传输到终端,接着对本文在设计中使用的leach分层拓扑控制算法进行分析与介绍。本文为了进一步降低节点能耗,延长网络的寿命,对leach算法进行了改进,从而极大的提高了无线传感网络的整体性能。并对leach算法与改进的leach算法进行仿真,通过两者的仿真对比,改进的算法符合设计的要求。最后,本文对组网性能以及网关接入进行了测试及分析。
[硕士论文] 王枫
软件工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线传感器网络由于低成本、自组织、大规模、易部署等优良特性使其在环境监测、精准农业、智慧医疗、智能交通、目标跟踪等众多领域有着广泛的应用。由于存在网络应用环境恶劣、监测数据量大、节点失效以及网络突发拥塞等原因,导致监测数据在网络中的传输可靠性得不到保证。本文以事件驱动型分簇结构的无线传感器网络为研究对象深入分析了影响数据传输可靠性的两类问题,即监测数据可靠上传和网络节点拥塞,并提出了相应解决方案。
  (1)针对采集数据上传可靠性问题,采用区分服务的思想,先区分出普通数据与紧急数据,对普通数据簇首将选取最优单条链路进行上传,对紧急数据则按照紧急程度的不同通过提高簇间传输链路的数量来保证其上传的可靠性。另外在划分数据阈值时采用k-means算法调整不同情景下的阈值设定,并提出了一种基于黎曼判决准则的紧急事件检测方法以实现监测事件的准确感知。
  (2)针对网络突发拥塞问题,首先建立GM(1,1)灰色模型分析流经各簇首的当前流量,预测簇首未来的拥塞程度,并在NSS采集方案下以调整簇内节点数据采集频率的方法减小簇首的数据传输压力,从而达到控制网络拥塞的目的。
  仿真实验表明,在数据可靠上传方面,当链路通信质量极低时本文提出的新算法的传输可靠性比传统LEACH协议有明显提升,且并没有增加过多的开销。在网络拥塞控制策略方面,采用的GM(1,1)预测模型有较好的流量预测精度,对即将到来的网络拥塞能够提前处置,且在网络繁忙时能够有效缓解链路压力,比CODA算法有更好的稳定性和能耗特性。
[硕士论文] 侯浩森
计算机科学与技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当前的机会网络路由转发策略传输性能比较低下。常见的路由转发策略有:Epidemic、Spray and Wait和Prophet。上述三种路由转发策略存在如下问题:消息递交率低、平均延迟长、节点拥塞率高。鉴于此,本文提出的F-HGRA路由算法较好地解决了上述问题。本文的研究工作及成果如下:
  在Spray and Wait中,携带消息的节点将消息投递给目标节点有一定的盲目性。Prophet仅仅考虑最近短时间内节点间的相遇概率,忽略了各个时段内节点间相遇概率的变化规律。为了解决上述两种路由算法的不足,提出了F-HGRA路由算法。在F-HGRA中,Flooding阶段是基于限制消息冗余副本数的路由策略,在该阶段将L个消息随机分发到L个随机移动的节点中并且收集节点间的相遇信息,依据相遇信息进而求得节点间的相遇概率。HGRA阶段,将新陈代谢灰色预测模型与残差修正模型相结合,对Flooding阶段收集的节点间相遇概率进行建模,得到—组高精度的模拟值序列以及下个时间单位的相遇概率预测值。分别求得转发节点i、相遇节点j与目标节点d的相遇概率模拟值期望Bid和Ejd,将比较两者大小作为初步筛选条件,采用灰色预测模型进一步求得下个时间单位转发节点i、相遇节点j与目标节点d的相遇概率预测值p(m+1)id和p(m+1)jd,比较p(m+1)id*C与p(m+1)jd的大小。C是节点j中与缓存空间占比有关的参数。如果Eid>Fjd,说明转发节点i与目标节点d的平均相遇概率高于相遇节点j,故放弃转发;否则进一步比较p(m+1)id*C与p(m+1)jd的大小,若p(m+1)jd>p(m+1)id*C,则转发给节点j;否则放弃转发。由于C反映了相遇节点j的拥塞程度,如果C很大,对于节点j与目标节点d的相遇概率预测值p(m+1)jd提出了更高的要求,因此很好地控制了相遇节点j的拥塞程度。
  在对F-HGRA路由算法详细说明的基础上,并采用Opnet仿真软件,将F-HGRA与机会网络经典路由算法进行对比,证明该路由策略不仅提高了消息投递率,缩短了消息传输的平均时延,降低了节点的拥塞率以及网络发生拥塞的可能性。
[硕士论文] 张大秀
计算机技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)将传感器节点通过感知、收集、处理的数据信息以自组织和多跳的方式发送给最终的所有者。由于无线传感器网络具有大规模、低成本和自组织的特性,使无线传感器网络在环境监测、灾难救助、军事、工业等领域具有广泛的应用前景。但是,由于无线传感器网络受环境、节点能量和恶意攻击等因素的影响,网络易于产生数据包丢失和中断,因此数据在无线传感器网络传输过程中的可靠性难以保证。为了实现无线传感器网络中可靠传输的目标,本文从任务映射和传输机制两个方面进行规划设计,提出了无线传感器网络中面向可靠传输的资源分配方法。本文的主要工作和创新有:
  (1)针对无线传感器网络中面向可靠传输的任务映射,本文将无线传感器网络中的任务映射问题转换成可靠性和调度长度等多个约束条件下的任务映射能耗最小问题,利用离散粒子群优化映射算法进行迭代计算,获取每个任务的最优映射节点。对传统的粒子群优化算法的惯性因子进行改进,使其随迭代次数线性递减。当资源需求量大的任务需要映射到多个节点上协作完成时,在离散粒子群优化映射中加入最优节点就近的映射原则,减少了任务之间的通信能耗。最后运用Matlab平台,在能耗方面与基于蚁群的任务映射算法进行对比,结果显示本文的任务映射算法能耗较少,接着分析了不同能耗下任务映射的可靠度,结果表明本文在能耗较小的情况下就可以保证任务映射的可靠度。
  (2)为了实现可靠性传输,本文采用优化中继的多路径传输方式。根据节点的最小能耗计算出该节点传输数据的优化中继区域,然后在中继区域内选择最优和次优的节点作为中继的下一跳节点,依次进行中继选择获得多条传输路经。其中,中继区域内最优和次优的2个节点是根据区域内节点的能量、距离和中心性选择的。最后用Matlab进行仿真,将任务传输的多条传输路径的网络负载均衡率、丢包率和能耗与ReInForM多路径路由算法进行对比,发现在网络能耗、丢包率和负载均衡率三个方面都有明显的改进。
[硕士论文] 陆政
计算机科学与技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线传感器网络(WSN)是一种新的获取数据和处理数据的方式,也是国内外研究的热门技术。WSN是由众多传感器构成,每一个传感器都有独立执行计算和对周围环境感知的能力。所以,在民业、商业、工业以及军事领域内都有着十分广泛的运用。
  在WSN中,使用不恰当的路由协议会导致网络中节点能量的大幅度消耗,对于不同的网络不可以盲目选择路由协议。为了提升WSN的整体性能,本文的主要研究内容为:
  1)将LEACH路由协议的簇头竞选公式加入节点剩余能量和轮转次数参数,形成了原公式中没有的反馈机制,提升剩余能量较多和多轮未成功竞选的节点成为簇头的几率。均衡网络中节点负载,延长网络的生命周期。
  2)在蚁群算法的改进上,采取节点间访问所需能量的大小和节点间距离相结合的方式,降低距离在启发式中的权重。动态变化蚁群算法公式中信息素挥发系数ρ,信息素启发因子α和距离启发因子β,使算法前期不过度依靠节点间的距离,有效防止算法局部收敛,陷入局部最优,加快全局收敛速度。
  3)利用Voronoi图单元区域划分,对WSN区域进行相似面积的不规则划分。可以把网络划分成多个互相独立的区域并在这个区域内进行簇头竞选,优化原簇头选择机制中因簇头分布不当导致的节点能量过度消耗问题。最后使用改进蚁群算法搜索簇头与汇聚节点之间的一条多跳的最短路径,降低网络能量开销。
  本文通过MATLAB R2010B进行仿真,以生命周期,节点平均能量消耗,最短路径为性能指标对改进的LEACH-ANTNEW算法进行评价,用实验来验证上述改进的可行性。
[硕士论文] 马玉洁
计算机技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)内的普通节点能源非常有限,且靠近Sink的某些节点因为负担了过重的转发任务使得自身的能量在极短时间内便消耗殆尽,从而整个网络出现能耗不平衡的现象。针对这种现象,本文提出了一种基于模糊化处理的分簇路由方法以及多Sink节点位置部署算法,以期均衡网络能耗,延长网络生命周期。文章通过分析归纳出影响簇头节点的三个因素,依据模糊化处理对其进行计算,以便更好的选出簇头节点,并且对多个Sink节点进行位置部署,从候选位置点中选出最佳位置点,以减少节点到Sink节点的距离,从而达到网络能耗均衡的状态。本文的具体内容如下所述:
  第一,提出了一种基于模糊化处理的分簇路由方法。在选择簇头时综合考虑了三个影响因子——剩余能量(RE)、节点中心度(NC)以及到Sink节点的距离(D_Sink)。将这三个影响因子进行模糊化处理、量化以及加权运算后融合成一个具体的值,称为节点的本征值,以此进行比较,从而选出最佳簇头。并在分簇过程中整合概率方法,由阈值确保簇头节点的正常轮换。
  第二,提出了一种能耗均衡的多Sink节点部署算法。多Sink节点的部署能够直接减小各节点到Sink节点的距离,降低节点的数据传输能耗。该算法实现过程包括两个阶段:第一阶段称为Sink候选位置的选取,首先根据网络规模和网络分布选取有限个位置点作为初选位置点,然后根据初选位置点的位置中心度(LR)和它们周围初选位置点分布选出一定数量的候选位置点。第二阶段为Sink选取,是在候选位置点中选择最优位置点,这些最优位置点的数量与Sink节点的数量一致。
  本文从网络生存周期与平均能量消耗两方面与其他算法进行对比,得出作者所提算法对网络的性能有所改善。该算法在簇头节点以及多Sink最优位置点的选择中不仅缓解了网络中各节点能量不均衡的现象,同时延长了网络生存时间,优化了网络性能。
[硕士论文] 王杰
计算机技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线传感器网络(WSN)由部署在监测区域的传感器节点和汇聚中心(Sink节点)组成,作为物联网技术的核心,WSN被广泛应用于信息收集领域。但其发展一直受制于距离和能耗等因素。针对上述问题,本文提出能距关系模型,并在此基础上设计了WSN多跳路由方法MRPG(Multiple Hop Routing Algorithm Based on Path Optimization)。研究工作概括如下:
  1.本文梳理了WSN节点距离关系模型的缺点:1)增大网络建设成本;2)卫星信号对部署环境要求较高;3)距离关系无法准确反映节点间的通信情况,并以此为基础设计了节点能距关系模型。该模型以节点间的最佳通信功率描述节点关系,能有效降低部署成本并提高节点通信的可靠性。
  2.为了使网络在进入数据收集状态前完成相关准备工作。本设计了网络初始化算法,并构建了一种称为能距表的数据结构,其完整地包含网络路由所需信息:节点的剩余能量和节点间的能距。在网络拓扑形成前,根据节点状态的不同,将网络初始化依此划分为三个子过程;每个子过程都需要各节点相互协作完成。
  3.本文在能距关系模型下提出WSN多跳路由方法MRPG。该路由方法通过计算路径生存时间和节点平均数据冗余量,为网络中的所有传感器节点规划数据传输路径。MRPG依靠Sink节点的集中计算实现,为此本文设计了两种算法——穷举算法、分级节点纳入算法。穷举算法采用“暴力”的方式为每个节点选取最优路径。分级节点纳入法则是先将网络中的传感器节点按照到Sink节点的跳数进行分级;然后逐级纳入节点,进而构建出整个网络的路由拓扑图。实验证明:分级节点纳入算法路由生成时间比穷举算法低。
  本文通过仿真实验对MRPG、LEACH、UCDP、DEEC四种路由方法进行分析。为测试多跳条件下路由方法的性能,本文所提MRPG路由方法通过控制最大跳数形成了MRPG-2和MRPG-5子方法。仿真结果表明,本文所提MRPG路由方法在网络生存周期、单位数据平均能耗、能耗均衡三个方面的性能表现优于另外三种算法。
[硕士论文] 吴波
软件工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无线传感器网络作为新兴前沿技术,正在转变着人类信息世界与物理世界的交互方式,在各种领域都得到较广泛的应用。尤其是随着人工智能的发展和普及,进一步推动无线传感器网络应用的规模化和产业化。无线传感器网络同时也存在着能量受限的缺陷,如何设计高效的路由策略以节省网络能耗、均衡网络中各个节点的能耗,以此延长网络生存周期是该领域研究的重点。
  本文针对路由策略存在的高能耗、算法协议容易陷入局部最优和网络节点能耗不均等问题,展开以下研究工作:
  1.从兼顾网络能耗效率和网络时延的角度,提出一种基于混沌蚁群的区域能量均衡路由算法,该方法基于节点位置通过对节点传输区域划分结合跳转概率,在划分区域中搜索兼顾能量和时延的潜在节点,在基于混沌蚁群算法基础上,结合无线传感器网络节点剩余能量因素提出邻居选择策略、为了减少劣值的影响及蚂蚁间的通信量提出蚂蚁全局最优解策略、为了增强蚂蚁搜索能力和加快算法收敛分别提出自适应扰动策略和算法结束条件等方法,以此来寻找全局最优解,避免陷入局部最优解。
  2.针对于传统无线传感网络的C/S(客户端/服务器)模式路由协议的数据传输能耗较高问题,提出基于混沌蚁群的移动代理能量均衡路由算法,根据中间节点和数据源节点在无线传感器网络中能耗和作用的不同,建立差异性能耗模型,考虑数据源节点的信息增益和中间节点的能量状态,结合混沌蚁群算法分别给予不同的影响强度,并将节点区域密度作为节点势的影响因素,在移动代理感知范围和迁移范围内两次混沌搜索,以此增加了移动代理感知环境的能力,加强了移动代理的自主性。为减少计算量,加快算法收敛,选择数据传输方向上的区域划分作为邻域;为了进一步增加系统的自组织能力引入自适应扰动策略。该算法在小规模无线传感器网络环境中,表现出较好的能耗性能。
  仿真实验表明,两种路由规划方法从网络能耗及网络时延、节点均衡能量分布、网络生存周期等性能方面相比前人提出的相关方法有明显的优势,与同类算法相比平均能耗分别节省6.2%和6.67%。
[硕士论文] 刘敏
计算机科学与技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在人们的生产生活中,室内环境扮演了非常重要的角色。随着互联网和物联网的飞速发展,网络的覆盖范围不断扩大,人们对于室内环境下基于位置感知服务的需求也变得越来越大,以GPS为主导的室外定位服务已经远远无法满足人们的需求。随着应用场景的不断扩展,人们对于地下停车场,商场超市等多处室内环境下的位置感知服务变得更加迫切,而室内环境的特殊性和复杂性也导致了人们对于室内三维定位技术的研究仍然存在诸多难点,如何克服这些问题也成为当下的研究热点之一。针对上述问题,本文首先阐述了室内三维定位的研究背景和意义,介绍了几种经典的室内定位方式,然后描述了传统方法在室内定位中的应用。针对近年来国内外高校,研究机构和学者的研究现状,综合提出一种以移动手机为终端,覆盖Wi-Fi信号为应用场景下的室内三维定位系统方案。针对该系统,本文主要完成以下工作:
  (1)对当前传统方法下的诸多技术研究进行对比,比较其在不同场景下的优缺点,针对室内环境的复杂性和特殊性,针对近年来发展较为热门的神经网络模型以及粒子群算法进行探讨,理论分析模型原理和算法思想,研究其在室内定位技术中的可行性。
  (2)结合神经网络和粒子群算法的优势提出一种改进多策略粒子群算法,优化神经网络的拓扑结构和连接权值阈值。通过神经网络的非线性处理能力,捕获Wi-Fi信号接收强度RSSI与接收距离d之间的最佳关系,不仅提高了算法在不同环境下的普适性,同时定位精度也得到增强。最后与BP神经网络,遗传神经网络进行对比分析,证实该方法的可行性与有效性。
  (3)结合改进的空间球6点加权质心算法对待测节点坐标进行求解,算法在原有基础上增加一个发射结点,使得待测节点空间范围进一步缩小,节点定位精度进一步提高,并与传统四边测量法和质心法进行对比分析。
  (4)基于Android平台对室内三维定位算法进行系统设计,根据系统架构和定位流程设计客户端以及服务器端功能。
[硕士论文] 黄娟
计算机科学与技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着WSN技术的发展,数据隐私性问题逐渐成为限制网络发展的首要问题。因此,如何防止数据泄露和非法操作问题,是WSN研究的重要内容。论文在研究了WSN和数据融合技术的基础上,对数据的安全性问题进行了深入讨论。针对监测区域采集的数据安全问题,从两方面设计了安全保护策略,并对其进行了理论和实验分析。主要研究内容如下:
  (1)针对隐私保护的问题,提出了数据融合隐私保护策略。该策略利用邻接矩阵和局部函数的梯度值,设计了分布式梯度优化公式方法,对目标函数求全局最优解,即需要隐私保护的目标。公式中相关参数的选取至关重要,如随机因子是由前一次采集的数据与当前的梯度作差为依据自适应调整动态变化的,攻击者无法知道最优解的相关过程,从而不能获得有效数据,实现隐私保护的目的。同时,为了降低网络内节点的能耗,减少无用信息的传输数量,对加密结果采用最优二叉树模型进行数据融合,从而增加了网络的监测周期。
  (2)针对WSN数据融合中面临的隐私泄露、信息不完整等方面的难点,论文设计了数据融合隐私保护完整性算法,该算法利用分布式梯度密钥管理策略得到的最优值作为节点的私有密钥,构造密码对,使用密码对采集的数据进行签名和加密运算,以确保数据的完整性和隐私性;为了降低通信开销,对签名结果采用Bayes有向无环图模型融合。将融合结果传送至基站,由基站运用明码和私有密码对数据完整性检测,若消息在传输过程中被篡改或者伪造,则基站能够及时检测并处理,确保了在数据融合中的安全完整性。
  (3)通过MATLAB仿真平台,将本文策略与已有的UGC、SMART和PDI等算法对比,从隐私保护性、收敛性、完整性、通信开销和大数据检测方面分析,从而得出,基于WSN的数据融合安全保护策略具有一定的优势。
[硕士论文] 王志强
计算机科学与技术 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着科技的发展,手持设备都配有蓝牙和WiFi直连通信模块,通过使用蓝牙和WiFi直连技术,手持设备可以无需通过因特网即可互相连接进而传输数据,这种连接方式可以减少因特网的负载,减少流量的使用,同时避免支付流量产生的费用。多数数据分发算法都是基于因特网,由于蓝牙和WiFi直连都具有在短距离内形成自组网并在网络内互相通信的特性,但这两种通信技术在使用时各有优缺点,所以本文基于手持设备中这两种技术提出了机会网络的数据分发算法。
  首先,本文根据手持设备蓝牙具有短距离通信的特性研究出了基于蓝牙的手持设备机会网络的数据分发算法,在蓝牙设备名字中使用BloomFilter数据结构,对蓝牙名字按结构进行相应划分,将手持设备的各种状态信息动态显示在蓝牙设备名字中便于周围其它设备可见,便于周围其它设备获取到其状态信息,同时根据蓝牙的连接特性研究出基于蓝牙Positive的数据分发算法和基于蓝牙Negative的数据分发算法,并做实验验证本文研究的基于蓝牙的数据分发算法明显优于已有的PASA算法。
  其次,本文根据手持设备WiFi直连的通信特性研究出了基于WiFi直连的手持设备机会网络的数据分发算法,在设备连接组网时根据不同情形合理设置GOIntent值,决定哪个节点在局域网中作为GroupOwner,选择合适的GroupOwner可以极大的提高数据分发的效率,同时根据WiFi直连的连接特性提出了基于WiFi直连Positive的数据分发算法和基于WiFi直连Negative的数据分发算法,并做实验验证两种算法在不同情形下各有优势。
  最后,本文设计手持设备数据分发系统的奖励机制激励更多用户参与到数据分发活动中来,尽量避免网络中出现过多的自私节点,可提高数据分发的效率,并对容量较大的数据提出数据切片和重组方法,对大的数据进行分片传输时刻提高传输成功率,并提出基于蓝牙和WiFi直连混合的手持设备机会网络数据分发算法,合理利用了蓝牙和WiFi直连的优点,并验证出此算法在连接成功率方面优于上述算法。
[硕士论文] 张禹
计算机科学与技术 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着微型传感器技术、嵌入式计算技术和低功耗无线通信技术的快速发展,融合了这三种技术的无线传感器网络引起了人们的广泛关注。数据收集是无线传感器网络中研究的热点问题之一,然而在传统的无线传感器网络中,基站附近的节点由于承担了大量数据转发任务而导致自身能量过早耗尽,缩短了网络的生命期。本文通过引入能量较为充足的移动性节点来收集数据,以节省普通传感器节点的能量,主要包括以下三个方面。
  1.由于移动元素移动速度的约束导致数据收集时延通常比较大,这样在大规模的无线传感器网络中的时延就不能在我们的约束范围之内。所以我们提出了一个基于WiFi的数据收集策略来减小数据收集时延。在网络中心设置WiFi,并且只要MDC移动到WiFi范围之内就可以直接与sink节点通信,提出了基于最小平均时延的折边启发式算法(Based Minimum Average Delay-Edge Fold,BMAD-EF),该算法可以使MDC在移动过程中处在WiFi范围内的几率提高,并通过实验证明数据收集时延能够大幅度减少。
  2.首先我们给网络中所有节点都分配一个权值,节点的权值等于该节点要转发到CP点的数据包数量乘以该节点到CP点的跳数,然后提出一个低复杂性的基于权值的缓存点规划算法(Based-Weight Cache Points Planning,BWCPP),该算法可以动态的规划处MDC的移动策略并同时满足时延约束。
  3.通过多个MDC相互协助工作来收集数据则可以进一步降低收集数据的总时延,并节省网络能耗。所以我们提出了一个协作式数据收集方法(Cooperate Mobile Data Collection Algorithm,CMDCA),该算法使用两种不同类型的移动元素即做移动收集器(MC)和移动转发器(MT),通过无缝相互协助工作的方式在无线网络中收集数据。
[硕士论文] 孙柏
信号与信息处理 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:移动通信技术无疑是人类社会进步的强大驱动力之一。从1G到如今的4G,通信技术历经了从模拟到数字,从语音通话到网络业务,从低速流量到高速上网的重大演变过程。虽然目前移动通信的上网速度已经很快,但伴随2016年AI时代的到来,无线物联网领域的发展对移动通信技术提出了更高的要求。
  UDN(Ultra Dense Network)即超密集组网,是5G移动通信的网络部署关键技术之一。运营商为进一步使节点基站与终端用户间的距离缩短,大幅度地提升网络频谱效率,并扩展网络系统容量,通过增加大量低功率基站节点将现存的移动通信网络密度提高就形成了UDN小区。然而这些基站数量的剧增将使得网络拓扑结构变得更加复杂和不规则,干扰也变得更加难以分析和抑制,因此采用新型理论模型进行UDN小区的研究意义重大。
  本文采用更加适合密集组网场景且易于处理的空间泊松点过程对UDN小区进行建模并做分析研究。首先对下行链路、上行链路和频率复用的随机模型下的覆盖概率、网络吞吐量等网络关键性能指标的数学表达式进行变换推导,通过仿真验证了建模方法的准确性并讨论了节点基站密度、信道衰减指数、SINR阈值和频率复用因子等参数对通信质量的影响,得到一组保证网络吞吐量优良的同时SINR阈值与频率复用因子的最优关系。接下来的研究主要围绕UDN小区的干扰协调进行,考虑频率复用对密集蜂窝网络干扰管控的重要优化作用,提出了随机型干扰协调和增强型拓扑干扰协调两种方法以及一种节点基站基于时段和区域分层的功率控制策略。通过对两种干扰协调方法的仿真分析可知,二者均可提高用户接收SINR的性能,但随机型干扰协调不能改善边缘数据率,而增强型拓扑干扰协调可牺牲一定平均数据率来换取边缘数据率的增益。时段-区域分层控制策略的仿真结果体现了其在响应准确性、功耗控制和下行链路覆盖概率性能等方面的优点,因此实现节点基站功率半自适应的精细化控制的同时能够降低网络干扰和能耗。
[硕士论文] 储宝玉
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着无线通信技术的成熟和移动互联网的蓬勃发展,日常生活中对基于位置的服务(Location Based Services,LBS)的需求越来越大。LBS在消防救援、室内导航、车载导航等各种领域发挥着重要的作用。LBS不仅为人们的生活提供着便利,也给人们的生命安全带来保障。准确高效地获取移动用户的位置信息是LBS的基石。近十几年来,室内定位技术也在不断的发展,其中应用最广泛的室内定位技术是基于WiFi的指纹定位。但在室内环境中WiFi信号的非视距传输和复杂室内环境的影响下,WiFi指纹定位的效果不太理想。行人的移动会影响接收到的WiFi信号强度,单一的WiFi指纹定位系统无法对行人的轨迹进行准确跟踪。为了实现在室内环境中对行人移动轨迹的准确跟踪,本文在借鉴现有定位技术的基础上,提出了基于动态粒子数的粒子滤波室内融合定位算法。该方法利用粒子滤波将行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)和WiFi指纹定位两种技术进行融合,并利用室内地图的建模信息提高融合定位效果。本文同时研究了WiFi指纹定位离线阶段指纹库的构建方法,具体研究内容如下:
  1.分析验证了室内环境中移动终端在参考点(Reference Point,RP)处采集的WiFi信号接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)时间序列的混沌特性。利用混沌时间序列关联维数指标计算定位区域RP处采集自无线接入点(Access Point,AP)的RSS数据量,从而取代其它论文中根据经验指定RSS采样量的方法。此外,利用高斯过程回归(Gaussian Process Regression,GPR)对位置和RSS的映射关系进行建模,降低了离线阶段指纹采集的工作量。
  2.提出了一种基于自适应阈值的步伐检测算法和行人步长动态估计算法,对行人航位推算算法进行改进。通过分析行人步态加速度信息,对步伐检测中加速度阈值进行动态调整。在行人在正常行走和快速行走两种状态下分析了行人步长与步频、身高的关系。实验结果表明,改进的行人航位推算算法精度有所提高。
  3.提出了基于动态粒子数的粒子滤波室内融合定位算法,融合PDR和WiFi定位结果提高行人轨迹跟踪精度。利用室内地图模型的先验信息解决行人轨迹穿墙问题。根据行人是否为转弯状态,动态增减粒子滤波粒子数,提高粒子滤波的实时性。实验结果表明,相比单一定位系统,本文提出的融合定位系统的平均定位误差在1m以内。融合定位算法提高了室内定位准确度,增强了定位系统的实用性。
[硕士论文] 汪红梅
电气工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着通信技术的发展,人们对移动通信系统在传输速率、时延、通信的准确性和可靠性等方面都提出了更高的要求,由此催生了学者对5G的研究。大规模多输入多输出(Massive Multi-Input Multi-Output,MIMO)技术,因能够更好地提高频谱效率和信道容量,现已成为5G无线通信研究的热门领域之一。接收信号检测技术作为大规模MIMO的关键技术之一一直是大规模MIMO技术研究的重点。在大规模MIMO系统中,因基站天线数量的大规模增加,造成了接收信号检测技术的计算复杂度较高或是检测性能不佳的问题,因此,本文研究了分布式大规模MIMO的系统模型和接收信号检测方法。对大规模MIMO系统的特点进行了分析研究,推导出分布式天线系统的数学模型;重点研究大规模MIMO系统的检测方法,对几种传统的检测方法进行分析研究,比较他们的计算复杂度和误码率性能;讨论了一种基于MB-SIC的解耦信号检测方法。本论文的主要研究如下:
  (1)研究了分布式大规模MIMO的系统模型:通过研究大规模MIMO的特点,由单用户MIMO系统模型入手,建立了大规模MIMO系统的数学模型,并做了详细的分析讨论。
  (2)研究了基于EVD的MMSE-IRC检测方法:首先针对大规模MIMO系统,研究了线性和非线性检测方法,其中线性方法包括MRC、ZF、MMSE三种方法,非线性方法主要研究了基于连续干扰消除的检测方法,理论分析各自的性能特点和计算复杂度;然后通过采用基于EVD方法的降维技术,研究了针对大规模MIMO系统上行链路的低复杂度MMSE-IRC信号检测方法,它解决了复杂的高阶矩阵求逆问题,显著降低了复杂度。最后,仿真验证所有算法的检测性能。
  (3)提出了基于MB-SIC的解耦信号检测(Decoupled Signal Detection,DSD)方法:针对分布式大规模MIMO系统上行链路,提出了解耦信号检测方法,从和速率、误码率以及计算复杂度的角度出发,分析研究了DSD方法的性能,所提出的方法在不影响系统性能的情况下,大幅度降低系统的计算复杂度。仿真结果表明,提出的基于MB-SIC的DSD方法有良好的性能,而且当用户类别较多,接收天线数量增大时,可以大幅度减少系统的计算复杂度,使得复杂检测器在大规模MIMO系统中的实际应用成为可能。
[硕士论文] 李时杰
电工理论与新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着物联网的发展需求越来越高,对传输通信技术的要求也越来越高,而传统物联网无线通信技术,如组成局域网的2.4GHz的WiFi技术、蓝牙技术、Zigbee技术等;组成广域网的2G/3G/4G等,存在远距离和低功耗只能选其一的矛盾。针对物联网无线通信技术存在的问题,以LoRa技术为代表的低功耗广域网络(LPWAN)技术应运而生,LoRa技术具有远距离、低功耗的特点,有机会打破传统物联网无线通信技术的瓶颈。
  本文首先介绍了几种传统无线通信技术的发展历史和它们的特点,然后对LoRa技术的基本原理进行介绍,设计出一种基于LoRa技术的远距离低功耗的无线传感器网络终端节点。包括节点的硬件设计:基于STM8系列微处理器,Semtech公司生产的SX1278系列射频芯片,集各类传感器及电池供电方式为一体的无线传感器网络终端节点;软件设计:包括传感器信息采集、微处理器数据处理、射频发射与接收,以及节点整体低功耗管理;对无线传感器网络终端节点进行了功能测试和性能测试,验证了所设计的无线传感器网络终端节点具有远距离、低功耗的工作特性。当通信距离小于1km时,丢包率小于5%;通信距离小于3.5km时,丢包率小于30%;若终端节点设定为1分钟唤醒一次,则平均电流仅为0.712mA,电池理论上可以连续为终端节点节点工作537天。最后针对终端节点的室外定位应用提出了一种基于K均值聚类的定位算法,与传统的基于RSSI测距的定位算法相比,精度有所提高。
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