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

代理获取

页面导航

目录
摘要
著录项
相似文献
相关主题

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 PowellWelsh?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。

著录项

作者
张衡;
展开▼
作者单位

电子科技大学;

展开▼
授予单位电子科技大学;
学科计算机应用技术
授予学位博士
导师姓名陈东义;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类通信网设备;核电厂（核电站）;
关键词
核电站; 应激环境; 节点部署; 路径路由; 最优搜索; 无线感知网络; 网络性能; 鲁棒性;

相似文献

中文文献
外文文献
专利

1. WSN在核电站实物保护系统中的应用--一种复杂环境下的动目标鲁棒检测方法 [J] . 董超群 ,周舟 . 自动化博览 . 2015,第009期
2. 复杂环境下视频目标鲁棒跟踪方法研究 [J] . 莫茜 . 装备制造技术 . 2020,第006期
3. 不确定环境下的鲁棒多产品、多周期供应链网络设计模型 [J] . 邱若臻 ,肖欣 ,孙艺萌 . 计算机集成制造系统 . 2019,第010期
4. 网络环境下航天器交会对接系统的鲁棒H∞滤波 [J] . 李艳辉 ,刘畅 . 中国惯性技术学报 . 2015,第004期
5. 不确定环境下基于鲁棒粒子群优化的物流射频识别网络优化 [J] . 李军军 ,黄有方 ,吴华锋 . 控制理论与应用 . 2014,第003期
6. WSN在核电站实物保护系统中的应用——一种复杂环境下的动目标鲁棒检测方法 [C] . 周舟 ,熊国华 . 第一届中国(国际)核电仪控技术大会 . 2011
7. 基于解析冗余的网络控制系统鲁棒故障检测技术研究 [A] . 高晓春 . 2009

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

目录

摘要

著录项

相似文献

相关主题

期刊订阅