基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点失效修复研究

当前主流的传感节点失效修复主要通过纠删码完成,修复后节点具有更高的空间利用率,但无法有效提升网络寿命。为此,提出基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点数据重构方法,完成失效修复。感知无线传感网络节点,对失效节点展开裁决,确定失效节点位置,并重构节点内数据;将获取的失效节点用于条件生成对抗网络(CGAN)框架中生成器与节点替换网络的训练,通过训练好的生成器,以失效节点为条件,生成未失效节点;为提升修复性能,使用粒子群算法寻优节点替换网络参数,完成节点重构数据置换,实现失效节点的有效修复。结果表明:利用所提方法进行修复时,能耗最高仅为17 J,剩余寿命最低可达到300 h,连通度最高可达到99.2%,具有较好的修复效果。

IRS辅助的感知增强认知无线电网络资源分配方案

在过去的几十年里,大部分可用频谱已被用于高速通信服务。这导致了无线通信系统中的频谱资源稀缺问题。另一方面,大量可用频谱的利用率并不高。为提升通信系统的频谱利用率,学界提出了基于共享的认知无线电技术。认知无线电允许次用户与主用户共享频谱资源,对于提升无线通信网络的频谱效率十分重要,然而目前基于认知无线电的通信网络存在着低信噪比情况下感知性能低下、严苛干扰条件下性能提升受限等缺点。最近,智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)被广泛应用在无线通信的各个领域,可以智能调控无线传输环境以满足频谱和能效的高要求。为了进一步提升认知无线电感知性能与频谱效率,提出了一种新颖的IRS辅助的感知增强频谱共享认知无线电网络。针对此网络,建立了次用户和速率最大化优化问题,联合优化次基站波束赋形向量、智能反射面相移矩阵、感知时间。因存在变量耦合,所构建的优化问题是非凸的,提出一种基于块坐标下降(Block Coordinate Descent,BCD)的迭代算法以交替优化波束形成和智能反射面相位以及感知时间。以逐次凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)求解非凸目标和约束函数,并利用半正定松弛(Semidefinite Relaxation,SDR)解决秩一条件约束,采用一维搜索来寻找最佳感知时间。通过仿真结果证明提出的方法能够快速收敛且对认知无线电网络的感知性能以及频谱效率有较大提升作用。

禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

物联网环境下复杂光纤通信传输网络节点调度

为了解决物联网环境下,光纤通信传输网络节点能耗高、调度效率低的问题,提出一种物联网环境下复杂光纤通信传输网络节点调度方法。在物联网环境下,分析光纤通信传输网络节点的分布情况,根据动态联盟理论,以最快调度速度和最小投资为目标,构建复杂光纤通信传输网络节点调度模型。通过蚁群和粒子群算法相结合的融合算法展开全部搜索,获取最佳调度方案,实现光纤通信传输网络节点调度。实验结果表明,所提方法的节点平均能耗在6.0 mJ以下,LBF值始终高于0.20,且节点调度耗时始终低于200 ms,具有良好的调度效果。

非视距信号传播场强特性的分析与研究

为探索机场通信路径中障碍物造成非视距传播产生衍射损耗,对信号场强衰减特性进行了研究。首先,基于ITU-R P.1546中不同地形环境对信号传播的影响,结合Deygout模型构建信号场强组合模型。其次,按障碍物数量分析随障碍物高度变化的接收场强传播特性。仿真结果表明,单障碍物越高,占据0.6F1菲涅尔区越大,场强越小;双障碍物路径中,高度增加的障碍物经过由次要转为主要障碍物,直到只剩主要障碍物的过程,使场强逐渐衰减。再次,针对场强上升,分析了次要障碍物高度与0.6F1菲涅尔区的关系。最后,调整覆盖场强最小阈值,确定接收设备是否被障碍物遮挡,从而导致信号被屏蔽。上述研究结果可为未来模拟机场各场景下障碍物分布,预测接收机是否因障碍物受干扰或影响场强覆盖范围提供参考依据。

无线通信技术在二水厂沉淀池自动控制系统中的应用

本文主要阐述无线通信技术在净水厂排泥系统中的应用。在水厂生产过程中,应用无线AP技术,通过PLC自动控制,能够有效解决人工排泥效率差的问题。无线AP技术能够在雷雨、高温等恶劣的露天环境中为沉淀池自动控制系统提供稳定可靠的数据通信,保障水厂生产的正常连续运行。实际应用表明,该系统运行效果良好,既降低排泥用水消耗,减少人工工作量,又降低人身安全风险,为净水厂排泥系统提供了一种较好的选择方案。

短波通信接入网广域协作资源分配算法研究

无线通信手段之一就有短波通信技术,其独特的优势得以在广域通信中应用。但是短波信号的传输特性和频谱资源具有一定局限性,短波通信接入网的重要挑战就是如何有效分配和利用资源, 短波通信接入网的广域协作资源分配算法,能够提高通信系统的应用效率和可靠性。广域协作资源分配算法可提高短波通信接入网的性能和效率,所以探究广域协作资源分配算法有着重要意义。

基于蓝牙Mesh技术的酒店客房控制系统设计

针对传统的酒店客房控制系统存在功能单一、布线复杂、扩展性差等问题,提出一种采用蓝牙Mesh组网技术的酒店客房控制系统。该系统采用ESP32系列芯片作为主控制器,通过蓝牙Mesh组网实现客房内部设备之间通信消息的接收和转发,实现了酒店灯光、空调的无线控制和室内环境监测功能。各设备的工作状态数据通过MQTT传输技术上传到云平台,并通过微信小程序实现客房内设备的远程控制。测试结果表明,该酒店客控系统通信正常,并实现了预设功能,具有免布线、功能易扩展等优点。

北极航道短波组网通信效应及极区粒子沉降对其影响的研究

北极航道是指穿过北冰洋,连接大西洋和太平洋的海上航道,北极航道的快速发展对世界政治经济格局将产生深远影响。现有极区单台站短波通信易受极区恶劣空间环境因素的影响,可通率不高,无法对北极航道船舶的安全航行提供可靠保障。本文针对北极航道短波通信保障需求,搭建基于确定性模型的短波通信覆盖区评估理论框架,探究复折射指数射线追踪功率计算方法,进而评估北极航道短波组网通信效应,同时开展了高能粒子沉降等极区电离层扰动对北极航道短波传播效应影响的研究,旨在为短波组网北极航道通信效能评估与站网规划设计提供理论基础。

一种移动感知的太赫兹无线局域网定向MAC协议

现有太赫兹无线局域网定向MAC(Medium Access Control)协议中,节点移动情况下PNC(PicoNet)发送beacon帧时存在部分控制字段浪费、CTAP(Channel Time Allocation Period)中PNC与DEV(Device)进行波束赋形开销偏大等问题。为此,提出了一种移动感知的太赫兹无线局域网定向MAC(Mobility-aware Directional MAC,MA-MAC)协议。该协议采用基于卡尔曼算法的节点扇区预测机制对移动节点的扇区范围进行迭代预测,采用基于DEV扇区预测的beacon帧内容填充机制对beacon帧中时隙分配字段进行填充,采用基于节点扇区预测的快速波束赋形机制使得PNC与DEV之间波束赋形操作简化。通过仿真验证,与基于IEEE 802.15.3c的太赫兹无线局域网定向MAC协议和现有协议进行对比,MA-MAC协议下网络吞吐量得到了提升,网络平均时延、网络整体控制开销得到了改善。

基于模糊控制的农产品冷冻库网络控制系统研究

介绍了农产品冷冻库网络控制系统的结构及其特点,设计了基于模糊自适应整定的PID控制器,实现了对农产品冷冻库网络控制系统的控制。基于TrueTime仿真工具箱的仿真实验表明:设计的农产品冷冻库网络控制系统具有响应速度快、稳定性强和抗干扰能力强等特点。

无人机群辅助边缘计算系统的任务卸载和资源分配联合优化

为提升无人机群辅助边缘计算系统在负载不均衡场景下的性能,构建了一种新的无人机群边缘计算系统,利用无人机之间卸载数据来提高计算资源的利用率,通过联合优化多架无人机的卸载方案、部署和资源分配,使得系统的时延和能耗加权和最小。该问题高度非凸,为此提出一种高效的双层优化算法——启发最优评价算法,上层使用粒子群算法优化无人机位置,下层在确定位置的情况下使用块坐标下降算法优化无人机的数据卸载和资源分配。仿真结果表明,所提方案可有效降低系统成本,与基准策略相比优势明显。

基于无线网络的农产品冷链物流温度监测系统研究

介绍了农产品冷链物流温度监控的必要性,根据系统总体需求分析、总体架构、整体功能和硬件方案设计了监控系统,并基于GPRS网络和ZigBee无线网络设计了系统的硬件部分,从而实现了整个监测系统的目标。试验结果表明:系统可以实时显示冷链温箱内部温度,且能对异常温度进行报警,具有可行性和准确性。

基于CP重构的高时间传输效率CP-UFMC接收方法

针对循环前缀(cyclic prefix,CP)不足的情况对循环前缀通用滤波多载波(cyclic prefix-universal filtered multi-carrier,CP-UFMC)系统的影响进行了数学推导,提出了一种基于CP重构的高时间传输效率CP-UFMC接收方法来改善系统性能,并进一步研究了选择性重构方法的性能。之后仿真研究了不同CP长度,不同载波频率偏移和不同正交振幅调制阶数时的系统误符号率(symbol error rate,SER)表现。仿真结果表明,基于CP重构的CP-UFMC接收方法可以改善CP不足导致的系统SER恶化问题,使其接近CP充足时的SER,并优于对比的其他通用滤波多载波系统接收方法。

智能反射面增强的多无人机辅助语义通信资源优化

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)为无线通信系统提供了具有高成本效益的解决方案。进一步地,提出了一种新颖的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)增强多UAV语义通信系统。该系统包括配备IRS的UAV、移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务器和具有数据收集与局部语义特征提取功能的UAV。通过IRS优化信号反射显著改善了UAV与MEC服务器的通信质量。所构建的问题涉及多UAV轨迹、IRS反射系数和语义符号数量联合优化,以最大限度地减少传输延迟。为解决该非凸优化问题,本文引入了深度强化学习(Deep Reinforce Learning,DRL)算法,包括对偶双深度Q网络(Dueling Double Deep Q Network,D3QN)用于解决离散动作空间问题,如UAV轨迹优化和语义符号数量优化;深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)用于解决连续动作空间问题,如IRS反射系数优化,以实现高效决策。仿真结果表明,与各个基准方案相比,提出的智能优化方案性能均有所提升,特别是在发射功率较小的情况下,且对于功率的变化,所提出的智能优化方案展示了良好的稳定性。

LoRa扩频信道干扰与扩展性分析

为了提高LoRa通信系统节点的接入量,对LoRa通信系统的干扰及扩展性进行了详细分析。首先分析了LoRa相同扩频信道间和不同扩频信道间的干扰,得出相同扩频信道干扰严重的原因,以及不同扩频信道存在一定的干扰的情况,进而发现扩频信道间的码片间距越近干扰越严重;其次提出了一种LoRa不同扩频信道间的干扰消除算法,通过仿真验证了该算法能有效消除低扩频信道干扰的可行性;最后从理论上对LoRa原有调制解调算法进行了扩展性分析,结合LoRa技术的特点及干扰仿真结果得到LoRa技术新增扩频信道与相邻扩频信道的码片数之差大于等于128,并仿真验证了4条典型新增扩频信道的抗噪声性能、可行性,系统节点的可接入量能增加36.94%。

复杂多径下IR-UWB自适应频偏估计算法研究

在脉冲超宽带定位系统中,时钟频率偏移是影响测距和测角精度的重要因素;针对复杂多径下频偏估计精度低的问题,设计了一种适应复杂多径环境的脉冲超宽带自适应频偏估计算法;首先,借助脉冲超宽带信号的抗多径优势,将实时估计的信道脉冲响应作为自适应匹配滤波模板,以保证复杂多径下相关峰的准确提取;利用相关峰辐角信息得到前导符号的相位序列;再使用贝叶斯估计算法提高频偏估计精度;在IEEE 802.15.4a标准CM1、CM2多径信道下进行仿真,仿真结果表明,低信噪比情况下,频偏估计精度保证在0.2 ppm以内;在巷道环境实验结果表明,50 m范围内频偏估计标准差在0.06 ppm以内;实现了复杂多径环境下高精度频偏估计,具有较强的实用性。

高阶调制下物理层网络编码与OFDM联合设计

物理层网络编码(Physical-layer Network Coding,PNC)因其可以在中继通信中大幅提高吞吐量而备受关注。为了进一步提高传输效率,减少多径的影响,在三节点双向无线PNC系统中引入16QAM-OFDM高阶调制技术,设计了16QAMOFDM-PNC通信系统。由于采用16QAM-OFDM高阶调制的PNC系统存在中继映射模糊的问题,对16QAM信号的星座点重新布局,设计出相应的中继解调映射规则。为了进一步提高系统性能,在该设计中引入低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC),设计了相应的译码映射算法。最后实验表明,上述设计相较于16QAM-PNC系统具有更好的系统性能,同时联合LDPC编码的设计能提高系统增益约2dB。

解码转发全双工能量收集最大的多认知中继网络能效谱效权衡

在无线携能(SWIPT)支持下的全双工多认知中继网络中,为使能效谱效最大,选择能量收集最大的中继进行解码转发,以此形成一个能效谱效权衡最优化问题,采用变量变换和凹凸过程优化方法将该问题转换为凸优化问题。当权衡因子为0时,该优化问题等价于使谱效(SE)最大的优化问题;当权衡因子为1时,该优化问题等价于使系统消耗的能量最小问题。为求解该优化问题,提出一种可以直接得到使能效(EE)最大的权衡因子的改进算法,通过联合源节点发射功率和功率分割因子进行优化。所提算法分为两步:首先固定功率分割因子,得到使EE最优的源节点发射功率和权衡因子;其次,固定最优的源节点发射功率,利用能效谱效与功率分割因子之间的关系,求得最优的功率分割因子。仿真实验结果表明,相较于剩余其他中继组成的网络,能量收集最大的中继网络在EE和SE上都更优。在能效谱效方面,与只优化发射功率的方法相比,所提算法的EE提高了63%以上,SE提高了30%以上;所提算法EE和SE与穷举法相差不大,同时算法收敛较快。

非完美CSI下的全双工中继网络的能效谱效均衡

为优化非完美信道状态信息下的解码转发全双工中继网络的能效和谱效,提出了一种基于该网络模型的能效谱效均衡策略。通过构建能量效率和频谱效率的折中优化函数,将一个非凸的多目标优化问题转换为一个凸的单目标优化问题,利用求导法和拉格朗日乘子法求解在不同折中因子下的最优中继发射功率。仿真结果表明,可以通过改变折中因子来优化系统的能效和谱效值,获得最优能效和谱效的性能折中。