工业互联网数据服务建模及确定性算法研究

5G开放的服务能力改变了工业互联网数据服务过程,工业业务向5G网络迁移时既应考虑云化下多数据过程的协同,也应考虑网络化服务的冲突避免。为此以电力行业为例,提出Petri Net数据服务模型对业务时序逻辑和网络功能统一建模分析,保证数据可达可用;并基于可达图设计了VIKOR网络编排算法,从时空维度保障多业务流的确定性数据过程和执行时间。仿真分析表明所提方法能规避工业业务迁移后的数据冲突,提升部署效率;电力5G试验网现场测试验证了本方案能保障承载层12.03~18.35 ms传输时延和2.75~5.62 ms时延抖动,电力遥控业务全过程时间为5.96~6.68 s,业务数据质量得到提升,满足电力通信网运行要求。

碱液电解槽建模与宽范围运行控制

在碱液电解制氢中,碱液电解槽(AWE)的低载性能差,难以宽范围跟踪波动性可再生能源出力。基于工业AWE的内部结构和工作原理,建立了一种新的工业AWE等效电路模型,揭示了AWE低载低效率的内在机理,并提出了一种多模态自寻优(MMSO)控制策略及其原理样机。在低载时施加低频脉冲电流以提高制氢效率,从而实现工业AWE的宽范围运行。基于10 kW的AWE实验平台,验证了所提模型的正确性以及所提MMSO控制策略对AWE在低载范围内效率的提升具有显著的效果。

开局起步谋新篇 砥砺奋进续华章——上海海事测绘中心2024年伊始工作纪实

长江口上起徐六泾,下迄入海口,作为长江入海的咽喉,是船舶进出长江和上海港及南北航行的必经之道。2011年5月,长江口12.5米深水航道通过国家竣工验收,大大释放了长江航道的船舶通航能力,有力带动了沿线地方经济社会发展,为上海国际航运中心建设、长江经济带、长三角一体化等国家战略和“一带一路”倡议实施提供了重要支撑。在这片水域上,上海海事测绘中心充分发挥航保服务职能,助力打造长江流域与国际间安全、畅通的“水上高速路”。

可再生能源电解制氢宽范围运行控制策略

首先分析碱液电解制氢低载低效率的机理,发现通过重塑激励电场可有效提升系统低载效率。基于此,提出多模态自寻优(MMSO)电解制氢变流技术及其对应的变流器原理样机,并将所提控制策略应用于光伏直驱的2 Nm^(3)/h碱液电解槽(约10 kW)。发现相比于传统直流供电策略,所提策略具有以下优势:1)低载工况下,MMSO电解制氢变流控制策略最大效率提升超过两倍;2)效率≥50%约束下,系统运行范围从30%~100%扩大至10%~100%;3)碱液电解槽可全范围跟踪可再生能源出力。

具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究

目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明:该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25 mV/(cm·s^(-1))。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2 mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。

微功率无线通信技术在电力线路中的适应性分析

在输配电线路现场通信网络中,微功率无线通信技术需要解决远距离传输带来的适应性问题,也需要支持电力信息处理的时间同步。文中讨论了以IEEE 802.11g(2.4GHz)为代表的微功率无线传输技术构建现场通信网络的技术方案,重点针对点对点组网拓扑下的通信吞吐量、时延进行了理论分析、计算机仿真,测试了设备远距离通信与时延和吞吐量的关系,并基于分析数据获得了微功率无线通信技术对IEEE 2030标准定义通信技术指标的适应性。针对电力信息的业务同步需求,提出了微功率无线在现场网络中的同步技术,对所提出的同步算法进行了性能分析和仿真。

输变电设备物联网在线监测系统通信网络设计

为了适应输变电设备物联网广泛感知及海量信息处理,提出一种适用于输变电设备物联网在线监测和设备资产管理系统的通信网络结构和实现方案,所提出的扁平式网状网结构支持了现场信息的采集点分散和分布式处理。在网络结构中增加汇聚层功能实体以实现物联网通信设备及通信流的有效管控,并且在现场组网实现方案中采用有线和无线双通道异构组网技术,提升了系统容错能力。依照IEC61850标准测试了通信系统的性能和功能,结果表明:在广播风暴场景中,传统网络近于瘫痪;而在该网络结构和组网实现方案中,广播风暴场景下的网络时延最大87.93 ms,因此在满足IEC61850标准所规定的时延和带宽要求前提下,比传统方法更有效地保障了重负载网络性能和网络容错能力,满足输变电设备物联网信息采集和处理的通信质量保障需求。

电力5G通信网络可靠性组网及部署技术

5G网络部署在电力物联网厂站侧及广域传输时,均需要符合电力通信规范对网络可靠性的要求。为此设计电力厂站侧的5G新空口部署方案,采用了无线连接的双通道主备冗余模式,并由此提出了跨层混合监测、网络地址管理和双端协同通道切换技术;同时在广域传输的5G核心网侧,实现了用户面功能下沉与电力传输网之间的多关口融合部署模式,由此提出其服务功能链冗余路径算法。通过现场测试部署和路径规划仿真获得了关键参数指标,验证了所提方法在毫秒级时延下的可靠性能。最后,给出了电力通信需求与5G网络能力匹配的冗余组网策略,以及对应的5QI(5G QoS Index)参数配置建议。

面向业务可达性的广域工业互联网调度算法研究

工业互联网业务呈现出小规模、确定性的特征,通常运行在大规模、异构的网络环境中,业务的调度与功能链的编排难以与异构承载网资源匹配。基于此该文提出非工作保持型的多节点联合调度模型,首先采用全路径时间协调算法,将功能链从空间维度的拓扑编排扩展至时空维度;其次,针对网络节点中的同步调度问题,提出了基于紧急度的流调度算法来平滑时延抖动,进一步,将时间触发调度延拓到大规模、异构且非同步的承载网中,提出了虚拟到达队列编排算法,利用业务同步机制替代时间同步,保障了业务确定的可达性需求。仿真实验表明该文所提算法可提升业务的可达性,保障其满足及时性、准时性、协同性需求。

无线异构网络的资源分配策略

无线异构网络要求实现不同工作模式通信系统间的资源合理分配。为了获得不同通信系统对无线资源的有效利用,参考XG架构定义了可承载不同通信系统业务需求的多维度资源容器,提出二级资源分配策略及相应的资源分配算法来实现多维度资源容器与各个通信系统之间各种业务承载需求的匹配。仿真与性能分析验证了该资源分配策略在实现不同通信系统共存的条件下,提高了无线网络频谱资源利用率。

无线Mesh网络规则拓扑结构与容量研究

拓扑控制技术可以有效地提高无线Mesh网络的网络容量并增强网络可靠性,采用拓扑控制所构成的规则网络拓扑结构还具有良好网络路由和链路分集能力。通过对随机拓扑和规则拓扑的网络容量与拓扑特征的分析,表明规则拓扑在无线Mesh网络中具有优良网络品质。为了使规则拓扑适应密集组网的应用环境,设计一种虚拟层次化的规则拓扑结构;进一步通过拓扑分割构成微虚拟小区解决网络的可扩展性问题。仿真证明规则拓扑及其拓扑分割技术提高了无线Mesh网络容量等网络性能。

多接口无线mesh网络的信道时空分配

针对多接口无线mesh网络信道分配中存在的共享接口信道依赖问题和网络拓扑改变所导致的链路失效问题,提出了基于图分解的联合空间与时间域的信道分配方法。该方法将信道分配从空间域拓展到时间域,将网络拓扑分解为多个时隙上的子图,然后对每个子图运用图着色算法实现信道分配。该方法中,每个时隙上的子图根据网络约束条件动态获得信道资源,从而提高了无线mesh网络信道分配的效率。通过仿真分析对比了静态信道分配方法,这种信道的时空分配方法能够有效抑制信道分配中产生的波及效应以及信道切换导致的链路失效等消极因素的影响,从而在满足接口数目约束、信道数目约束等约束条件下将无线mesh网络吞吐量提高30%以上。

基于节点增益不同的无线网络拓扑控制技术

无线网络拓扑控制通过调节网络节点的传输功率等措施,从而提升网络性能。无线异构网络因为其网络节点的不同特性,使得适用于无线同构网络的拓扑控制技术无法获得理想的网络性能。以无线网络的图论模型为基础,将信号的能量域指标引入图论模型,从而有效地解决了无线异构网络节点接收增益不同所带来的网络干扰等问题。采用异构无线网络层次类聚等算法,获得接收增益不同条件下的拓扑控制策略。仿真表明,该拓扑控制算法对无线异构网络性能有较大改善。

四表集抄通信网络虚拟化方案及组网算法研究

为了实现四表(水,电,气,热)集抄行业之间的业务数据隔离,提升本地网络的稳定性和覆盖能力,该文提出四表集抄通信网络虚拟化方案。该方案采用虚拟接入点名称(APN)技术以及软件定义网络(SDN)切片技术构成端到端隔离的业务数据采集通道;采用微功率无线和低压电力线载波构成实时可靠的本地双模虚拟网络,进一步提出基于全局链路状态和分层迭代的组网算法。仿真及现场验证结果表明,该方案降低了采集数据的丢包率和传输时延,提高业务支撑能力,保障行业之间的业务数据隔离,提升通信网络基础设施复用能力。

无线传感器网络与路由算法

规则的无线传感器网络结构具有提高网络容量和增强网络可配置能力的特点,路由寻址上也具有独特的优势。对于如何组建规则拓扑的无线传感器网络提出一种虚拟层次化的组网方式,详细描述了规则拓扑的组网过程。同时为了利用规则拓扑在路由上的优势,提出了一种新的基于凹凸区域策略的维序路由协议。路由算法能够解决路由空洞,同时可以使得路由跳数最少,减少了能量消耗。模拟仿真表明:协议建立路由过程快速,开销小,数据传输路径短,适合于大规模的无线传感器网络。

改进PPO算法的AUV路径规划研究

面对复杂的三维环境,传统的路径规划算法计算复杂度极度增加,失去了原有的效果。深度强化学习可以不依赖于精确的环境模型,其总体效率远高于传统算法。针对三维环境下的AUV路径规划问题,在建立避碰探测模型和gym仿真环境的基础上,改进网络结构的PPO算法设计及模型训练。通过仿真实验,验证了算法的准确率与有效性。

基于传输路径质量的无线mesh网络可靠多播

提出了一种可靠多播网(RM)模型,探讨了无线链路和节点可靠性对多播路径选择的影响。首先,建立了无线链路的相关性和多播路径的可靠性模型,并提出了多播传输的可靠性判据;同时,结合首树算法和多路径树算法提出了构造可靠多播网的算法。可靠多播网具有并行的多播路径,通过在多播源节点和目的节点之间选择多播链路和节点构成了可靠的多播路径,提供了多播路径的"负荷分担"和"热备份"功能,从而支持了多播业务可靠性。

一种基于IEEE 802.16j网络的带宽调度方案

针对IEEE 802.16j网络,提出了一种上行业务的动态联合带宽资源调度方案。根据该网络系统树状拓扑结构,在基站BS和中继站RS间采用分级分布式资源调度体制,从而既保障了业务的带宽需求,又提升了上行带宽利用率,同时还提出了针对不同类型业务采用不同的调度算法,改善了调度的公平合理性。仿真结果表明,提出的动态联合调度方案相比严格优先级调度更具灵活性,能够在兼顾用户速率公平的条件下有效地保证各种服务的QoS要求,同时也可获得较高的带宽资源利用率。

一种基于WiMAX mesh网络的区分服务调度方案

IEEE 802.16支持多种不同类型的调度服务,并将服务质量支持机制引入媒体接入控制层,却没有规定相应的调度算法。在IEEE 802.16定义的mesh模式下,针对不同类型服务,提出了一种区分服务的调度方案,该方案采用集中式和分布式混合调度。仿真结果表明:该方案下系统平均时延和用户满意度均有所改善。

无线Mesh网络的在线测量优化

对网络特征进行准确和实时的测量是优化无线Mesh网络性能的基础.该文提出一种无线Mesh网络在线测量架构以解决测量节点的位置选择问题.联合考虑无线信号检测能力与信息传输能力,提出基于椭圆割线的测量节点选择方法.分别以被测量节点和数据处理中心作为椭圆焦点构成测量区域,以测量系统的性能度量为目标函数,在椭圆环中选择最佳测量节点位置.数值仿真表明,在保障无线Mesh网络在线测量品质条件下,该测量架构实现了检测能力和信息传输能力的综合优化,椭圆割线算法的计算复杂度低于随机选择算法.