基于边缘计算的智慧物联网农业病虫识别系统设计与实现

【目的】传统云计算存在实时性不够、带宽不足、能耗较大、不利于数据安全与隐私等问题,应用边缘计算能有效解决上述问题。【方法】通过基于边缘计算的智慧物联网农业病虫识别系统的开发与应用,测试目标应用的数字化、集成化、信息化、可视化和智能化,减少云计算的计算压力。【结果】智慧物联网农业病虫识别系统能实现节点或网关离线后自动重新登录的功能、系统数据采集与上报功能、服务器数据显示功能,从而减轻云计算中心的计算负担。【结论】研究结果将为使用边缘计算的系统提供有力的支撑,能保证整个系统的智能性、可靠性、安全性和经济性,并提高了计算能力和社会生产效率,为大规模推广边缘计算奠定了基础。

无线通讯技术及其在物探生产作业中的适用性分析

随着地震勘探采集作业效率要求不断提高,对于现场信息化程度的需求也随之增加。在应用技术开发如何选择性能最适合的无线通讯模块,逐渐成为摆在业内技术人员面前的难题。功耗、体积、成本、带宽等因素要根据现场应用需求均衡考虑抉择。本文就随着物联网发展不断推出的一些无线通讯技术与传统无线网络技术进行简单对比,以期对专业应用技术人员在开发过程中提供参考。

LoRaWAN技术在远程监控系统中的研究与应用

本研究旨在探索LoRa广域网(LoRa Wide Area Network,LoRaWAN)技术在远程监控系统中的应用,设计并实现了一种基于该技术的远程监控系统。通过充分利用LoRa技术的长距离传输和低功耗特性,成功构建了一个稳定可靠的监控系统。系统架构包括网络/应用服务器、LoRaWAN网关以及LoRaWAN节点。节点负责环境数据的采集,并通过LoRaWAN协议传输到网关,网关再将数据转发至服务器进行处理和分析。通过在实际环境中的验证,证明了该系统的有效性和可行性,为远程监控领域的应用提供了新的解决方案。

非坚持型载波监听多路访问机制对LoRa网络扩展性的影响

LoRaWAN是低功耗广域网(LPWAN)中的一种无线通信标准,为物联网的发展提供了支撑。然而,受限于扩频因子(SF)间不完全正交性的特点和LoRaWAN不具备先听后发(LBT)机制的事实,基于ALOHA的传输调度方式会引发严重的信道冲突,极大降低了LoRa(Long Range Radio)网络的扩展性。为提高LoRa网络的扩展性,提出用非坚持型载波监听多路访问(NP-CSMA)机制替代LoRaWAN中ALOHA的介质访问控制机制,通过LBT协调LoRa网络中SF相同的各个节点接入信道的时间。不同SF之间的传输则采用多种SF信号并行传输,以减少共信道中同SF干扰和避免SF间干扰。为了分析NP-CSMA对LoRa网络扩展性的影响,通过理论分析和NS3仿真对LoRaWAN与NP-CSMA构建的LoRa网络进行比较。实验结果表明,在相同的条件下,与LoRaWAN相比,NP-CSMA在网络通信负载率为1的情况下,它的理论数据包交付率(PDR)性能比LoRaWAN高58.09%。在信道利用率方面,与LoRaWAN相比,NP-CSMA的饱和信道利用率提高了214.9%,容纳的节点数量也增加了60.0%。另外,NP-CSMA的平均时延在网络通信负载率小于1.7时也低于确认型LoRaWAN,而且在扩频因子为7和10时,它用于维持信道活动检测(CAD)模式所造成的额外能耗也比LoRaWAN用于接收来自网关确认消息所需的额外能耗低1.0~1.3 mJ和2.5~5.1 mJ;充分反映了NP-CSMA可以有效提高LoRa网络的可扩展性。

LoRa物理层同步及解调性能研究

针对现有基于FFT的同步算法误差较大的问题,提出了一种优化的LoRa物理层前导码同步方法。首先,根据Chirp信号的时频转换特性,分别采用差分算法和插值算法对前导信号的归一化的小数频偏和小数时延进行估计,在此基础上采用基于FFT同步的联合估计算法对整数频偏和整数时延进行估计;之后,从理论上分析残余的同步误差对LoRa信号解调性能的影响。仿真结果表明,所提出的同步方案可以在相应信噪比极限下满足解调性能要求。

物联网模组PCB技术演进与流程设计改善

物联网时代的到来促进了广域低功耗网络的快速繁荣。当前NB-IOT模块可支持多网络模式,可提供语音、短信、通讯簿、2.4G/5G WiFi、蓝牙和GPS等等功能。NB-IOT模块设计的核心出发点是将主板和模块分开,把CPU等器件集中在模组小板,最终降低系统整体成本。本文重点分享用于物联网的功能模块PCB技术衍化,制作流程、技术问题和解决方案。

基于广域网和多Agent的高压电网站间实时控制方法

受到自身电能数据调配二次运算产生时差的影响,在电站间数据交互过程中,站间设备控制出现精度降低和实时性差的问题。为此,研究基于广域网和多Agent的高压电站间实时控制方法。通过对高压电控制参量与电站间交互协议特征分析,采用广域网算法作为高压电站数据控制基础算法,结合多Agent分布特性,优化电站间交互信道,并量化修正补偿策略,提升高压电站间控制过程的自适应性与实时性。数据测试表明:提出方法应对30万千伏高压电控制时,电站间数据控制精度更好,控制方法的自适应效果与实时稳定性较优。

基于智能多代理技术的广域电网协调保护系统

结合智能多代理系统(multi-agent system,MAS)的技术特点,提出建立基于MAS的广域电网保护协调系统。该系统的保护代理模型采用慎思型的理性智能体(BDI)结构,各代理间通信采用知识提取及操控语言(KQML),实现了各保护代理间的信息交换和协调配合。文章以差动保护为例,重点阐述了主、后备保护区的动态划分,提出了保护动作规则和协调机制,提高了保护系统对电网结构变化的灵活适应能力。

基于电力调度数据网的广域消息总线设计与实现

互联大电网中各电网调度系统间通知、告警、运行信息等实时数据通信需求日益强烈,而目前电网调度系统中的消息总线提供的消息传输服务局限在单一系统的局域范围内,缺少通用、高效的多系统间广域实时信息交互手段。分析了现有消息总线的特点,在此基础上提出了适用于广域范围实时数据通信的广域消息总线,研究了基于电力调度数据网的广域消息总线架构,介绍了该架构下广域消息的订阅、同步、监控、推送、跟踪、可靠传输等关键技术。广域消息总线建立了贯通各级电网调度系统的实时消息传输机制,能够有效提高广域范围各应用之间消息传输的通用性、可靠性和高效性。

基于广域一体化理念的网络保护系统研究与实施

针对常规保护系统保护对象主要面向单个电力元件,保护设备之间缺乏有效的信息共享的问题,提出并实施了新的基于广域一体化理念的网络保护系统。在研究开发的网络保护系统中,利用电压、电流的同步采样信息以及开关量信息,完成对区域电网多个元件的保护,实现故障点快速定位,不依赖延时实现选择性,优化了保护性能。文中详细地介绍了网络保护系统的结构、功能及工程实施情况。

基于低功耗广域网的海岛水产养殖环境监测系统研制

针对海岛环境中水产养殖区域分散、工作环境恶劣、人工巡检不便等问题,设计了基于低功耗广域物联网的海岛养殖环境监测系统。系统包括集成Arduino和传感器的终端采集节点,通过LoRa技术实现数据汇总和远距离传输的汇聚网关,利用Python与PostgreSQL开发用于数据接收、存储、处理、访问和控制的后台监测系统。通过对网络拓扑复杂度、能耗等方面的评估,表明在海岛环境下部署水产养殖环境监测系统,相比传统Zigbee多跳无线传感网,采用LoRaWAN,其单跳节点覆盖范围更大,而网络复杂度、能耗等更优。测试表明该系统能以较低功耗实现整片区域内远距离数据采集,有效传输养殖区水体环境数据。网络生存期与传输可靠性测试表明,当传感器节点采用3.7 V/4 200 mAh锂电池,上传周期为30 min时,监测网络的有效生存期理论上可达2.4 a;在800 m通信范围内,发射功率为20 mW时,节点丢包率小于3.6%,具有较高的通信可靠性。该研究可为水产养殖生产和物联网应用研究提供有效参考。

基于光纤网的后备保护系统的研制

在继电保护体系中,后备保护不正确动作对系统的影响非常大,随着电网结构日趋复杂和运行方式日益灵活,后备保护的整定也日益复杂和难以协调,这也是造成电力系统级联跳闸的主要原因。文章研制了基于光纤网的后备保护系统,利用网络和通信技术,在传统后备保护系统中增设了集中智能控制处理环节,增强了电力系统安全防御第一道防线的安全可靠性。文章阐述了该系统的结构、功能设置和算法, 并进行了详细的仿真,仿真结果验证了该保护方案的可行性和优越性。

基于低功耗广域物联网的装配式建筑施工过程信息化解决方案

针对目前装配式建筑施工过程中信息交流不及时、信息化程度低等问题,提出了一种采用LoRa无线通信的低功耗广域物联网技术作为装配式建筑施工过程信息化解决方案。对施工过程的现状和存在的问题进行了分析,介绍了LoRa的技术特性,阐述了方案过程、关键设备以及方案效益。通过使用物联网使装配式建筑施工达到实时定位与无线通信。使用大数据平台对工地进行数字化管理,为装配式建筑的进一步信息化以及未来与物联网技术的应用结合奠定了基础。

电力系统广域后备保护中的贝叶斯网故障诊断方法

提出一种广域后备保护中的基于贝叶斯网的故障诊断方法,将传统保护测量元件的动作信号作为证据,权衡证据信息量、诊断模型规模与诊断实时性要求来划分诊断区,分析了保护误动、拒动的随机特性,根据各保护的保护范围的特点,建立诊断区故障诊断模型。算例结果表明该方法正确、有效,具有较强的容错能力。

卫星时钟与网络时钟互备的广域时间同步方法

为满足智能电网快速发展对广域时间同步的需求,提出了一种卫星时钟与网络时钟互为备用的新型广域时间同步方法。该方法基于对卫星时钟、晶振时钟和网络时钟误差特性的分析,研究了卫星时钟与晶振时钟相结合的高精度同步时钟授时方法,提出了基于IEEE 1588协议网络时钟的报文路径时延改进算法;并在此基础上提出了一种基于高精度同步时钟与网络时钟的分布自治式广域时间同步方案。仿真结果表明,该广域时间同步方案可实现广域网内各时间节点的精确、可靠时间同步,能较好地满足智能电网的时间同步需求。

提升LoRa网络性能的终端参数动态选择方法研究

针对当前大部分LoRa网络因终端采用静态参数配置而导致的网络灵活性和通信效率不高等问题,提出了一种基于正交遗传算法改善LoRa网络性能的动态参数选择方法。分析了不同参数配置对网络通信性能的影响,针对LoRa网络建立信道冲突和链路预算模型,通过引入基于多目标遗传算法的动态参数选择方法求解该模型,最终获得具有最小冲突概率的参数集。通过对超过10000台设备的单网关LoRa网络的运行结果表明,所提出的动态参数选择算法可将网络的分组交付率(Packet Delivery Rate,PDR)提高30%,显著提高了网络在不同应用场景下的适应性和扩展能力。

考虑通信延迟的网络化预测广域阻尼控制

针对电力系统广域稳定控制存在运行方式多变和通信延迟等问题,提出了一种基于网络化预测控制的广域阻尼控制器设计方法。该网络化预测控制在改进的广义预测控制的基础上,增加了网络延迟补偿器以补偿固定和随机通信延迟。此外,还通过带变遗忘因子的递归最小二乘法在线辨识预测模型以消除系统运行状态改变和模型不精确的影响。对四机两区域系统进行仿真,结果表明:网络化预测广域阻尼控制器既能显著改善区间振荡模式的阻尼,同时也能够有效地补偿固定和随机通信延迟的影响。

浅析中国联通物联网发展策略

随着人网通信逐渐饱和,国内外传统通信运营商纷纷在寻求新的业务增长点,物联网具有海量的市场空间,这为运营商战略转型提供了一个良好的发展机遇。目前大部分运营商均将物联网列为重点业务领域,并制定了IoT发展战略;中国联通也发布了聚焦战略,物联网成为最重要的聚焦业务之一。文章介绍物联网的技术演进及产业发展情况,指出中国联通物联网的总体目标,并从业务平台、网络和终端方面给出联通物联网发展策略。

用电营业管理广域网络的设计与实现

提出了采用专线 (DDN)、微波和公用电话网 (PSTN)等多种通信方式 ,构建县 (市 )级用电营业管理广域网络的方案 ,通过“网上发布”、“网络共享”、“文件传输协议 FTP”和“电子邮件 E- mail”等多种传输方式实现数据及时、准确的传输 ,完成乡镇与县 (市 )之间的远程数据通信和对数据的汇总处理 ,实现全县 (市 )集中开票和用电营业信息的统一管理等功能。以随州供电局为例 ,详细阐述了县 (市 )级用电营业管理广域网络的设计思想。

流量自适应LoRa网络防碰撞路由算法

LoRa无线技术的数据传输速率低,适合星型组网,现有的星型网络防碰撞轮询机制在大容量网络中性能不佳。基于信道竞争退避算法和分簇混合路由两方面,提出了适合LoRa网络的数据传输防碰撞算法,能自适应网络流量的变化。通过NS2软件仿真验证,在大容量LoRa网络中,算法改善了能耗、吞吐量和传输延时等方面的性能,提高了数据传输效率。