收藏本站
《电子科技大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

核电站应激环境下鲁棒感知网络的多冗余结构优化方法研究

张衡  
【摘要】:世界能源问题突出,环境污染严重,大力发展产能较高的清洁核电成为必然选择。在核能、风能、太阳能等清洁能源中,核能的安全问题最为突出,所以核电站安全可靠运行是极端重要问题。目前的有线监控技术存在布线约束、成本高昂、维护困难等问题。而无线技术具有低成本、易维护、高灵活等特点,为解决有线监控存在的问题提供了契机。但核电站应激环境下无线应用存在两个相互矛盾的问题:1、核电站环境恶劣,电磁干扰、无线干扰、多径效应等会降低无线通信质量;2、无线射频信号不能对核电敏感设备产生影响。目前国际上已经把解决这对矛盾问题作为该领域的重要研究方向,主要有两种解决途径:1、在无线感知网络物理层采用弱信号抗干扰调制技术;2、在无线感知网络其它层次进行优化设计以增强网络的鲁棒性、实时性,降低网络能耗以及增加网络吞吐量。目前第二种解决途径虽然已有相关研究,但并不适合核电站应用,而且内容非常零散,没有系统的研究思路和解决方案。为此本文系统的在各结构层次开展了有针对性的策略和方法研究,提出了一系列综合提高网络性能的优化算法。 目前各结构层次主要研究有:节点部署、链路调度、路由协议以及最优搜索等,都不适用在核电站应激环境下的核电设备健康监测应用。因此,论文在运用多种技术方法基础上,分别对节点部署、链路调度、路由协议、最优搜索进行研究,结合实际进行创新,实现了数据链路层、网络层、应用层各个结构层次的核心技术,改善了无线感知网络在核电站应激环境下的鲁棒性、实时性、生存性等主要性能。论文的主要贡献归纳如下: 1、论文在核电应激环境约束下提出一种无线感知网中继节点冗余部署策略。该策略考虑了目前部署研究没有涉及到的综合实际问题,如核电站三维环境中障碍物阻挡、链路鲁棒性差、部署位置受限、可使用定向天线等。本文对问题进行了形式化建模,通过构建冗余连通图、遗传算法优化、部署点生成三个步骤对这个NP难问题分步骤求解。在与目前实际中采用的部署方法比较中证明该方案具备三维避障、链路容错以及位置优化等特点,能够较好解决目前核电站应激环境下无线感知网络中继节点部署问题。 2、论文以振动设备模态分析和遗传算法为基础解决了核电应激环境下无线振动监测节点的部署问题。论文首先总结了目前感知监测节点部署研究的现状与不足,提出了核电应激环境下无线振动节点部署所需考虑的几个方面:模态信息、核电敏感设备、监测节点间通信、测点位置优化。通过对典型核电设备进行有限元建模,获取了对应的各阶次振型位移模态,在综合其它约束后提出了组合最优化问题模型,进而提出了适用的遗传算法算子、参数和适应度函数,在与目前实际采用的部署方案比较后证明了本文所提求解策略和算法的有效性。 3、本文针对低功耗、低成本的无线感知网络(具有信道和时槽二维通信资源),提出了两种启发式调度算法。第一种算法是把调度问题转化为图顶点着色问题,然后对Welsh Powell算法进行了适应性改进。第二种启发式算法运用了更多实现过程中的技巧,算法执行速度快,易用工程应用。两种算法都解决了典型通信冲突、流量负载不均衡、空间复用三个问题。通过实验与经典贪心算法以及混合智能算法进行了比较(超帧长度、运行时间、吞吐量、延迟),验证了本文所提两种算法的综合效果表现更好,在算法求解质量和执行效率之间取得平衡。 4、本文还针对高性能无线感知网络提出基于功率控制的多冗余时槽连续调度策略。通过借鉴Foschini关于功率控制方面的相关工作,构建了问题模型并进行难解性证明,提出启发式算法BSP在第一阶段求解基本链路调度集合,然后利用折半查找等算法进行二次分配,提出了快速高效求解的多项式时间链路调度算法ECT。在与相似算法仿真实验比较中呈现出良好性能,改善了网络的鲁棒性和实时性。另外,实验还验证了二次分配过程很好的补偿了第一阶段的解质量损失,整个算法执行效率有较大提升。 5、针对核电站应激环境下数据传输不可靠,以及存在实时性、生存性等实际要求,本文提出一种适合核电站无线感知网应用的位置信息辅助多路径路由算法LBMR。算法利用了核电站节点相对固定且容易获取位置信息的特点,并借鉴了多路径和混合路由协议的基本思想。本文提出的路由协议在路由发现中综合链路质量、链路负载、敏感设备等信息构建了路由度量模型,对数据包传播过程、存储方式进行了改进,通过建立路由发现区并运用Dijkstra算法求取了不相交的多条冗余路径。最后通过实验与相似路由协议和路由度量模型进行了比较,仿真结果显示论文提出的路由协议和路由度量模型具有较高的包递交率,较小的网络开销和网络延迟,在鲁棒性、实时性和生存性方面都有更好表现。 6、核电应激环境下无线感知网络应用会在时间同步、网络组建、路由发现、数据交互、感知查询等功能中产生大量洪泛(广播)过程,该过程虽实现简单,但低效且不可靠。本文基于最优搜索理论提出一种局部最优搜索方法,针对已成簇的网络拓扑结构,在汇集节点保存簇标示,对搜索函数进行优化处理,利用搜索理论产生簇标示序列和代价分配函数,实验显示所提出的搜索方法在较大规模的无线感知网络中比洪泛方式和现有的局部最优搜索技术具有更好的性能。另外,本文把无线感知网络信息主动收集过程中的搜索资源分配问题,归类为移动agent的搜索资源分配问题,提出了基于最优搜索理论的全局最优资源分配模型,并通过实验与通常采用的资源分配方法进行比较,实验结果证明了本文所提分配模型具有更好的资源利用率。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM623

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏秀业;潘宏侠;黄晋英;;齿轮箱传感器优化布置研究[J];兵工学报;2010年11期
2 屈玉贵,翟羽佳,蔺智挺,赵保华,张英堂;一种新的无线传感器网络传感器放置模型[J];北京邮电大学学报;2004年06期
3 谢洁锐;刘才兴;胡月明;刘兰;;无线传感器网络的部署[J];传感器与微系统;2007年01期
4 付海龙;贾铭椿;彭桂初;;基于无线传感器网络的核电站环境辐射连续监测系统研究[J];核电子学与探测技术;2010年06期
5 张睿琼;设备维修管理──大亚湾核电站仪控设备老化及对策[J];核科学与工程;2001年S1期
6 谢维信;曹文明;蒙山;;基于Clifford代数的混合型传感器网络覆盖理论分析[J];中国科学(E辑:信息科学);2007年08期
7 ;Approximation algorithm for minimizing relay node placement in wireless sensor networks[J];Science China(Information Sciences);2010年11期
8 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期
9 李建中;高宏;;无线传感器网络的研究进展[J];计算机研究与发展;2008年01期
10 俞黎阳;王能;张卫;;异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化[J];计算机科学;2008年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 何鸿;工业无线网络簇间链路调度策略研究[D];西南大学;2011年
2 周雨斌;网架结构健康监测中传感器优化布置研究[D];浙江大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄布毅;何超前;李冬富;石军;;基于无线传感器网络的家庭安防报警系统设计[J];安防科技;2008年03期
2 叶青;周鸣争;;基于“基站”通信原理的无线传感器网络认证技术[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期
3 余华;吕宁波;;基于无线传感器网络的农田信息管理系统的研究[J];安徽农业科学;2010年32期
4 冯立波;黄婷;罗桂兰;;基于WSN的森林火灾预警系统设计[J];安徽农业科学;2010年36期
5 赵养社;;基于无线传感器网络和GPRS网的灌溉系统研究[J];安徽农业科学;2011年07期
6 徐智勇;吴自友;蔡聪;胡鹏;夏幼明;袁凌云;全鹏;邓冉;;物联网在现代烟草农业中的应用[J];安徽农业科学;2012年01期
7 张增林;郁晓庆;;基于无线传感器网络的农田土壤水分监测系统[J];安徽农业科学;2012年06期
8 杨润标;左国超;李娟;丁运芳;简亚琼;;基于无线传感网络和LabVIEW的洱海水质监测系统设计[J];安徽农业科学;2012年08期
9 文黎明;龙亚兰;;物联网在农业上的应用[J];现代农业科技;2010年15期
10 罗立辉;张耀南;;无线传感器网络在冰川环境监测中的应用研究[J];冰川冻土;2008年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周大杰;朱玉霞;杜红;刘锐;;物联网技术在环境监管能力建设中的应用研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2011年
2 彭力;李超;赵龙;谈金东;;基于移动传感网络模型的多机器人编队控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 ;Energy-Efficient Optimal Scheme Based on Mixed Routing in Wireless Sensor Networks[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 何坚;方康玲;李晓卉;韩维;;基于无线传感器网络的涉密载体智能监管系统研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
5 魏振春;杨尚仁;;一种自适应实时无线传感器网络路由协议[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年
6 张帆;刘刚;刘春红;;基于WEB和GPRS的温室远程监测与管理系统设计[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
7 赵志宏;杨绍普;潘存治;陈恩利;;无线传感器网络在工业振动监测中的应用[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
8 刘昊;;面向电子智能服装的人体无线传感器网络构建[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
9 刘珩;安建平;邓轶敏;;移动型传感器网络协议及组播体系结构分析[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
10 李雄伟;杨义先;周希元;;无线传感器网络路由协议安全性研究[A];2005年信息与通信领域博士后学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴静;自组网稳定多层分级结构及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 罗汉江;海洋监测传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
4 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 周鹏;水下传感器网络海上试验平台的研究与设计[D];中国海洋大学;2010年
6 刘昕;基于无线传感器网络的目标跟踪系统中的算法研究[D];华中科技大学;2010年
7 窦亚玲;基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
9 佟吉钢;高性能嵌入式系统技术及应用的若干问题研究[D];南开大学;2010年
10 高艺;能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 李静;基于区域动态信任管理的可信路由协议[D];山东科技大学;2010年
3 高丽丽;大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D];山东科技大学;2010年
4 纪江涛;基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年
6 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年
7 刘兰涛;无线传感器网络中时间同步技术的研究[D];郑州大学;2010年
8 杨伟伟;基于LEACH的WSN分簇路由协议研究[D];郑州大学;2010年
9 朱玉芳;无线传感器网络中基于能量的发散簇树算法研究[D];郑州大学;2010年
10 邵光;基于GPRS和ZigBee自动抄表的无磁热量表的设计与实现[D];山东农业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 屈玉贵,翟羽佳,蔺智挺,赵保华,张英堂;一种新的无线传感器网络传感器放置模型[J];北京邮电大学学报;2004年06期
2 方治华;振动系统特征值灵敏度分析的研究及应用[J];包头钢铁学院学报;1997年01期
3 喻言;欧进萍;;结构应变的无线监测及融合技术[J];传感技术学报;2006年04期
4 刘国忠,王凤梅;自动调零应变测量电路的设计[J];传感器世界;2003年09期
5 姜丽丽,曹春圣;大亚湾核电站环境辐射连续监测网络系统[J];辐射防护通讯;1999年01期
6 欧进萍,关新春;土木工程智能结构体系的研究与发展[J];地震工程与工程振动;1999年02期
7 金怡初;;秦山核电站的无线通信设计特点[J];上海电力学院学报;2009年02期
8 陆阳;杨飞;彭震;官骏鸣;;双射频多信道802.15.4传感器网络节点性能研究[J];电子测量与仪器学报;2009年12期
9 金翠云;王建林;马江宁;王颖;;改进的PSO算法及其在PID控制器参数整定中的应用[J];电子测量与仪器学报;2010年02期
10 李石坚;徐从富;吴朝晖;潘云鹤;;面向目标跟踪的传感器网络布局优化及保护策略[J];电子学报;2006年01期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 何浩祥;空间结构健康监测的理论与试验研究[D];北京工业大学;2006年
2 沈雁彬;基于动力特性的空间网格结构状态评估方法及检测系统研究[D];浙江大学;2007年
3 毕坤;无线网络中的信道分配和路由算法研究[D];中国科学技术大学;2008年
4 魏秀业;基于粒子群优化的齿轮箱智能故障诊断研究[D];中北大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 梁鑫;适用于空间网格结构缺陷诊断问题的传感器优化布置研究[D];北京工业大学;2004年
2 代凤娟;支持故障预测的传感器优化布置研究[D];西北工业大学;2007年
3 蒋治琼;无线移动Ad Hoc网络中的时隙资源管理算法研究[D];电子科技大学;2007年
4 许强;模态测试中传感器优化布设的初步研究[D];重庆交通大学;2007年
5 袁珺;工业无线传感网络分布式协同频率管理技术[D];华中科技大学;2008年
6 王华;工业无线网络节能路由算法研究[D];西南大学;2010年
7 何楠;基于贝叶斯估计的工业无线网络时间同步研究[D];西南大学;2010年
8 张丹;基于自适应心跳协议的工业无线网络簇首冗余机制研究[D];西南大学;2010年
9 岳飞艳;工业无线网络簇信道分配算法研究[D];西南大学;2010年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 阎瑞;核电站工具及其管理[J];核动力工程;2000年06期
2 林诚格;我国今后新建核电站若干安全问题的考虑[J];核科学与工程;2000年03期
3 孙凌,王莉,王俊,杨德生;核电站用冷热交换器抗震性能研究[J];世界地震工程;2002年02期
4 应春豹;;核电站安全与选址[J];环境;2002年09期
5 周全之;核电:安全、清洁的能源[J];大众用电;2005年10期
6 ;核电站选址揭秘[J];环境;2005年07期
7 杨小清;高维成;郭苏粤;;核电站应急柴电机组技术方案及市场前景[J];柴油机;2006年04期
8 王宏伟;;核电站应急管理原则与国际教训[J];国防科技工业;2007年02期
9 李实;;核电站文档与文档工作[J];数字与缩微影像;2007年03期
10 潘华;李金臣;吴迪忠;;2007年7月16日日本新潟地震对柏崎刈羽核电站的影响[J];国际地震动态;2007年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张力;;核电站安全性的人的因素研究——安全文化在核能界的应用[A];第二届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];1995年
2 李晓明;;在役核电站的运行业绩分析及运营技术发展[A];中国核学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
3 赵晓岚;;集中化核电站营运战略下质保管理体系整合与复制思考[A];中国核学会核能动力学会核电质量保证专业委员会第十届年会暨学术报告会论文专集[C];2010年
4 王金平;李磊;张新立;;浅议核电站的防火及其技术手段[A];2010中国消防协会科学技术年会论文集[C];2010年
5 王莉萍;黄桂玲;雷玺;许新;;滨海核电站设计基准洪水分析研究[A];第十六届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2013年
6 钟国庆;曾逢春;黄文君;苏国权;俞亦军;;核电站控制系统质量保证体系的探讨[A];核电建设与浙江先进制造业发展研讨会论文集[C];2005年
7 倪昕玮;叶驰川;;无线通信技术在核电站工程建设阶段的应用[A];2013电力行业信息化年会论文集[C];2013年
8 倪卫冲;;内陆核电站核与辐射安全的航空监测[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第5册)[C];2009年
9 陆秀生;李利;;在运核电站技术改进管理研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
10 王天运;任辉启;张力军;刘国强;;爆炸地冲击作用下某核电站安全壳的破坏形式[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李瞧;难过地震大关 核电站安全警钟长鸣[N];中国工业报;2007年
2 中国CDC辐射防护与核安全医学所研究员 朱昌寿;我国核电站很安全[N];健康报;2007年
3 于宏建;俄罗斯 核电站建在巨轮上[N];人民日报;2007年
4 记者  郭智生 通讯员  李学兵 秦庆峰;核电站≠核武器[N];威海日报;2006年
5 张生余 申岳国;应高度重视核电站安全防护[N];解放军报;2005年
6 本报驻德国记者 刘华新;利益驱动下的核电站存废之争[N];人民日报;2010年
7 张田勘;从日本核电站爆炸汲取经验教训[N];大众科技报;2011年
8 本报记者 刘霞;核电站会越来越安全[N];科技日报;2011年
9 本报驻贝尔格莱德记者 韩显阳;保加利亚:核电站命运举国关注 [N];光明日报;2002年
10 ;核电站爆炸惊惮日本[N];光明日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 雷翠萍;核与辐射认知和风险沟通研究[D];中国疾病预防控制中心;2011年
2 张衡;核电站应激环境下鲁棒感知网络的多冗余结构优化方法研究[D];电子科技大学;2013年
3 肖东生;基于核电站安全的组织因素研究[D];中南大学;2010年
4 何元峰;核电站松动部件的质量估计方法研究[D];浙江大学;2012年
5 郑华文;核电站松动件定位方法的研究[D];浙江大学;2010年
6 王芳;基于云架构的风险监测系统设计与关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
7 高慧敏;核电站与抽水蓄能电站的数学建模及联合运行研究[D];浙江大学;2006年
8 李晓明;基于RCM的核电站维修优化研究与应用[D];华中科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛静;对核电站的安全、选址问题的研究[D];华南理工大学;2012年
2 逯凤森;L核电站履行环境责任研究[D];华南理工大学;2011年
3 李晋;核电站电气监控系统组网研究[D];南京理工大学;2010年
4 刘勇;核电站穹顶内安装施工风险综合评价研究[D];湖南科技大学;2011年
5 杨永木;虚拟现实在核电站主控室仿真设计中的应用[D];上海交通大学;2008年
6 陈锐强;核电站管道流固耦合应力分析[D];大连理工大学;2013年
7 都继超;核电站业主的EPCs管理模式的研究[D];上海交通大学;2007年
8 周泽伦;基于事故预防的核电站场地安全规划研究[D];华中科技大学;2013年
9 黄鸿志;A核电站日常维修项目风险管理研究[D];华中科技大学;2013年
10 冯彦科;核电站智能故障诊断专家系统的研究[D];华北电力大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026