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。

基于LPWAN和AQI指数预测的空气质量监测系统

针对传统空气质量监测系统耗电量大、抗干扰能力差、稳定性不高以及空气质量指数(air quality index,AQI)预测精度不足等问题,设计了一种集低功耗广域物联网LPWAN、One-NET云平台和循环神经网络(gated recurrent unit,GRU)于一体的空气质量监测系统。系统采用光伏为主、市电为辅的混合模式供电;利用远距离无线电LoRa技术采集环境参数,集合云平台技术、麻雀搜索算法-变分模态分解-循环神经网络(sparrow search algorithm-variational mode decomposition-GRU,SSA-VMD-GRU)耦合模型实现远程监控和预测AQI指数。通过通信测试,结果表明通信距离1000 m内,通信率在96%以上,丢包率不超过4%。将采集到的特征参数用传统的GRU模型、VMD-GRU模型和本文提出的SSA-VMD-GRU模型进行训练、测试仿真和对比,结果表明SSA-VMD-GRU模型相较于传统的GRU模型和VMD-GRU模型对AQI指数有更好的预测效果,均方根误差分别减小了22.434、0.833,平均绝对误差分别减小了16.849、0.623,预测误差率在3%以内。该系统能够实现对空气质量的实时监控和AQI指数的精准预测,为准确发布空气质量预警提供借鉴。

LoRa信号干扰分析与性能研究

LoRa(Long Range radio)系统在当前不断发展的低功率广域网(LPWAN)中处于相对领先地位。它的MAC层采用的是基于ALOHA的接入协议。该接入机制虽然简单易实现,但同时也容易加剧冲突和碰撞的发生,降低整个系统的通信性能。因此,需要研究多个终端同时占用信道资源时的相互干扰情况,而LoRa信号的扩频因子(SF)将决定信号的通信覆盖范围。因此,分析了干扰信号的SF与发送信号的SF相同以及不同时,干扰信号对发送信号解调性能的影响。实验结果表明,相同SF信号间的干扰影响相对较大,而干扰信号使用的SF与发送信号不同时,干扰的影响相对较小。通过理论分析,获得了接收端正确解调时所要求的信干比(SIR)。可见,不同SF的LoRa信号可看作伪正交。

一种低功耗宽摆幅的绝对值电路设计

提出了一种低功耗宽摆幅的绝对值电路。该电路通过比较器输出结果判断输入电压的正负,正值利用负反馈进行保持,负值利用电压-电流转换电路和电流镜转换为正值。与传统利用二极管的设计相比,该电路避免了线性度差、功耗高的问题。基于55 nm CMOS工艺进行了电路设计,仿真结果表明,在电源电压为-1.2 V和1.2 V的条件下,电压输入摆幅高达-400~400 mV,绝对值电路误差在0.5%以内,功耗为450μW,版图面积为4 800μm^(2)。

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。

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。

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。

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。

基于智能云模型的广域阻尼控制器设计

互联电力系统极易发生区间低频振荡,且系统精确数学模型难以获得。为此,提出了一种基于智能云模型的广域阻尼控制器的设计方法。从多规则二维云发生器出发,详细介绍了智能云模型广域阻尼控制器的设计方法。通过调整量化、比例因子,提高控制精度并获得普适性。仿真结果表明:方法的控制效果优于模糊控制,所设计的控制器能够有效抑制区间低频振荡,提高系统的稳定性,在多区域互联大电网中具有可行性。

NB-IoT运营商面临的机遇与挑战

认为窄带物联网(NB-IoT)能够有效解决传统移动蜂窝网络承载物联网业务缺乏市场竞争优势的问题。可通过新建独立网络,或者升级LTE无线、核心网络实现NB-IoT网络部署。运营商可基于已有的长期演进(LTE)网络快速搭建一张连续深度覆盖、低成本、低功耗、可漫游、质量有保障的窄带专用物联网,拓展新兴业务。当前运营商发展NB-IoT面临商业模式、产业链、技术等多方面的挑战。

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。

采用广域测量信号的PSS参数优化设计

为了解决传统的电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)因局限于反馈本地信号而不能很好地抑制区域模式的问题,针对区域模式装设引入广域测量信号的PSS,针对地区模式装设引入本地信号的PSS。根据参与因子确定PSS装设地点,然后应用遗传算法对其参数进行协调。由于PSS反馈远方信号,设计时考虑了通信延迟的影响。算例表明,提出的方案能够较好地抑制低频振荡。

基于LoRa的物联网低功耗广域系统设计

在传统物联网的基础上,提出低功耗广域LoRa的解决方案。设计一套由采集层、终端层和应用层组成的物联网架构并设计系统原型,介绍架构的硬件设计和软件设计,实现了物联网低功耗广域接入技术。最后通过其实例应用,展示LoRa的应用前景。该系统充分发挥了LoRa技术在高性能、远距离、低功耗,支持大规模组网、测距和定位等方面突出的优点,对未来物联网系统的设计、开发、部署和运营具有一定意义。

采用广域测量信号的2级PSS控制策略

提出电力系统稳定器(PSS)的输入信号由本地测量信号和广域测量信号组成,从而构成2级PSS控制。本地测量信号采用本地发电机角频率,广域测量信号分别采用联络线功率和区间相对角频率。分析表明广域反馈具有相位稳定的特点,可以根据参与因子和传递函数留数选取广域测量信号,通过模式辨识进行2级PSS控制,抑制区间低频振荡。2区域电力系统上的仿真结果表明,2级PSS控制能有效抑制区间低频振荡,提高互联系统的传输容量,适用的频率范围广。

一种基于WAMS/PMU的PSS在线评估方法

提出一种基于WAMS/PMU技术的电力系统稳定器(PSS)在线评估方法,给出了判断PSS控制效果的评估指标,该指标综合了PSS增益和相移对控制效果的作用。PMU连续采集待评估机组的输出及其PSS/励磁的控制输出;低频振荡时,WAMS通过高速通信网络采集机组和电网的PMU录波信号,并采用Prony算法对其进行分析,得到各主导振荡模式及其对应PSS输出信号和开环系统的幅频、相频特性,计算各模式的评估指标。对两机等值系统进行了仿真实验,实验结果验证了所提方法的有效性。

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。

华中电网WAMS实测区域低频振荡仿真

2008年冰灾期间,华中电网广域测量系统(wide area measure system,WAMS)多次记录到低频振荡事件。文中以1月21日03:31:39WAMS实测的典型区域低频振荡事件为例,利用电力系统分析综合程序6.25对其进行了仿真分析,通过频域和时域稳定计算对其进行了重现。结合选定的能量管理系统、WAMS实测运行方式及其录波数据,对潮流电压及低频振荡的静态和动态特性进行了仿真,分析了低频振荡产生的原因、振荡特点及其抑制措施,为华中电网的生产运行和发展规划提供了参考,同时对有关静态及动态模型参数和计算工具的工程可信度进行了校核,为电力系统的仿真计算提供了借鉴。

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。