检索结果-南通市图书馆

作者：汪舜东南大学

学位级别：硕士

本文对高速水润滑螺旋槽推力轴承在空化流状态下润滑的动特性进行了系统研究。基于两相流理论,分别建立了层流状态和紊流状态的水润滑轴承的空化流润滑理论模型。理论模型考虑了气液的多种界面效应的影响,建立了空化流润滑的广义Reynold... 详细信息

本文对高速水润滑螺旋槽推力轴承在空化流状态下润滑的动特性进行了系统研究。基于两相流理论,分别建立了层流状态和紊流状态的水润滑轴承的空化流润滑理论模型。理论模型考虑了气液的多种界面效应的影响,建立了空化流润滑的广义Reynolds方程;考虑轴承热对流与热传导效应,建立了非绝热状态下的能量方程与运动环热传导方程。根据粒子数守恒原理,建立了空化流润滑中气泡尺寸演化的群体平衡方程,群体平衡方程中考虑了高速状态下,气核生长效应,以及气泡聚合和破裂机制。本文建立的空化流润滑模型与单相混合流空化润滑模型相比,不仅考虑了气液的界面效应,并且可以从理论上预测气泡尺寸的分布演化。应用小扰动法推导出了空化流扰动压力Reynolds方程,得出了空化流润滑状态的刚度和阻尼的计算公式。在数值求解方法上,利用SOR迭代法求解广义Reynolds方程,步进法求解能量方程,采用离散区间法和下山Newton-SOR法以及时间步进法求解非线性的气泡尺寸群体平衡方程。求解程序完成了对空化流广义Reynolds方程、能量方程、气泡群体平衡方程的耦合求解,以及刚度和阻尼系数的计算。文中将实验测得气泡体积概率密度分布和螺旋槽轴承的轴向刚度与理论预测结果进行对比,结果表明实验与理论预测的结果吻合,验证了本文中所建立的空化流润滑模型的可靠性。通过对本文理论模型的数值计算模拟,其结果表明,气泡的体积概率密度分布为偏态分布,小气泡数量远高于大气泡数量,且气泡主要分布在螺旋槽推力轴承的左槽台交界处。转速和轴承结构参数对空化流水润滑轴承的刚度和阻尼系数有很大的影响,空化效应导致空化流的直接刚度系数大于非空化流的直接刚度系数,空化效应对轴承的阻尼系数影响较小。

关键词：水润滑螺旋槽推力轴承空化效应气泡平衡分布刚度系数,阻尼系数

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卫星编队相对状态确定与控制算法研究

卫星编队相对状态确定与控制算法研究

作者：赵玉成哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

与传统的单颗大卫星相比,卫星编队的功能更强大、结构更灵活,是未来航天发展的必然趋势。而卫星编队任务的实现依赖于编队卫星之间的相对状态的确定和控制精度,星间相对状态包括相对位置、速度和相对姿态和姿态角速度。本文以“微小卫... 详细信息

与传统的单颗大卫星相比,卫星编队的功能更强大、结构更灵活,是未来航天发展的必然趋势。而卫星编队任务的实现依赖于编队卫星之间的相对状态的确定和控制精度,星间相对状态包括相对位置、速度和相对姿态和姿态角速度。本文以“微小卫星编队飞行演示验证方案论证”为研究背景,研究了基于无线电相对测量的星间相对状态确定和控制算法。具体工作如下:首先,着重研究了编队卫星相对轨道和姿态自主确定方法。针对Hill方程的不足,推导了一组包含J2项摄动的相对轨道运动方程。对相对轨道确定,星间测量采用无线电测量距离和方位角方式,并设计了Unscented卡尔曼滤波器,对相对位置、速度进行估计;对相对姿态确定,由卫星自身携带的姿态敏感器实现单星高精度姿态确定,利用星间通信链路进行信息交互,通过简单的数学计算获得星间相对姿态。最后通过仿真表明,这两种方法皆能提供较为精确的相对状态;其次,针对编队飞行卫星队形初始化控制设计了相对轨道模型预测控制器。模型预测控制算法是一种在线滚动优化的闭环控制算法,能够较好地控制存在状态约束、控制约束等各种约束控制问题,并且模型预测优化问题可以转换为在线求解线性规划问题,最后通过仿真验证其有效性;最后,考虑到多数编队任务对星间相对姿态控制精度有着较高的要求,本文以双星编队为例,在前面两章的研究基础上,设计了基于目标视线的卫星编队相对姿态完全分布式变结构协同控制律,并利用李雅普诺夫原理证明了控制律的稳定性。仿真结果表明,这该控制律能够在存在各种干扰力矩及卫星模型的不确定性的情况下,有效地提高编队卫星相对姿态控制精度。

关键词：编队飞行相对轨道确定与控制 Unscented卡尔曼滤波模型预测变结构控制

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基于结构光的异构件三维重建与定位抓取

基于结构光的异构件三维重建与定位抓取

作者：陈勇忠厦门理工学院

学位级别：硕士

针对多种类、形状各异、散乱放置、抓取位置高度不一致的异构件,且在弱纹理,反光等复杂场景中如何实现精确抓取,满足下一步机器人焊接加工要求的问题,本文利用双目结构光系统对异构件三维信息的关键技术以及异构件的位姿识别进行研究。... 详细信息

针对多种类、形状各异、散乱放置、抓取位置高度不一致的异构件,且在弱纹理,反光等复杂场景中如何实现精确抓取,满足下一步机器人焊接加工要求的问题,本文利用双目结构光系统对异构件三维信息的关键技术以及异构件的位姿识别进行研究。主要研究内容包括以下三点:(1)结构光系统的搭建与三维重建研究针对传统的双目视觉易受环境光等影响的不足,搭建一套双目结构光系统,完成硬件、软件设计、相机标定等。选用多频外差法作为解相结构光投影图案的方法并对双目结构光三维重建展开研究,完成异构件的三维重建。针对相位校正存在的部分无法去除的异常相位跳跃点,提出改进的单调法,在原有的基础上增加对整行相位的斜率拟合作为限制条件,恢复无法正常校正的相位,最后依据双目视觉的匹配原理完成异构件的三维重建。(2)基于点云的位姿估计针对三维重建后大量的冗余点和异构件周围的噪声点,对点云进行预处理,针对多种类异构件存在同一场景中,利用欧式聚类实现分割。利用ISS算法完成对异构件抓取平面的关键点提取,为点云粗精配准提高效率,最后通过坐标系的旋转平移变换得到目标位姿,实现对异构件的位姿估计。(3)定位抓取研究研究手眼标定原理,使用eye-to-hand方法开展标定的相关实验,求解得到相机坐标系与机器人坐标系的转换矩阵,为抓取工作做好准备。点云配准和手眼标定都会计算得到各自的旋转平移矩阵,结合两个矩阵可求解异构件在工件坐标系下的位姿信息,并将其写入机器人控制柜中,使得机器人移动到计算的指定位置实现定位抓取。以多种类异构件作为研究对象,使用标定板验证相机标定精度和手眼标定精度,左右相机标定的像素误差为0.05和0.04,手眼标定的旋转均方根误差为0.15°。针对重建精度问题,三维重建上下叠放的标准块并计算标准块表面两片点云平均距离,进行实验验证,结果表明精度可达0.04mm。对不同位姿的异构件进行抓取,实验结果表明抓取成功率达到98%,验证对目标抓取的有效性。

关键词：双目视觉面结构光三维重建点云处理位姿估计

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航天发射场发电厂分散控制系统的设计与实现

航天发射场发电厂分散控制系统的设计与实现

作者：孔少锋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

分散控制系统（Distributed Control System,简称DCS）是以微处理器为核心,综合运用计算机技术、信号处理技术、通信技术和测量控制技术等,实现在生产管理和过程管控中的分散控制。航天发射场发电厂主要承担发射场试验、训练、生活用电... 详细信息

分散控制系统（Distributed Control System,简称DCS）是以微处理器为核心,综合运用计算机技术、信号处理技术、通信技术和测量控制技术等,实现在生产管理和过程管控中的分散控制。航天发射场发电厂主要承担发射场试验、训练、生活用电和供暖保障任务。为了提高航天发射场发电厂的技术水平,实现设备控制自动化,提高机组的运行效率和安全可靠性,降低事故发生率和人员的劳动强度,有针对性地开展控制系统改造与优化。汽轮发电机组原有的液压调速方式存在自整性不够、调节精度低、超调量大等问题。本文针对这种落后的调速方式,设计与实现分散控制系统,增加各种试验及保护功能,提高机组自动化水平及保护措施,延长机组使用寿命。通过危急遮断系统、汽轮机安全监视系统、油系统及同步电机的设计,实现汽轮发电机组转速、功率以及排汽压力的自动控制,满足监视和控制机组启动、停机、正常运行以及自动处理异常和事故工况的要求。针对锅炉分散控制系统的设计与实现主要包括五大部分,分别为燃烧控制系统、Advan Trol-Pro系统、数据采集系统、炉膛安全监控系统、顺序控制系统。设计采用Advan Trol-Pro系统,主要实现实时监控、系统组态、数据服务功能。通过设计锅炉及其辅助系统的模拟量控制系统,设置相应的调节回路,采取先进、有效的控制策略,实现主要过程参数的调节和控制。按锅炉运行的顺序、条件和时间要求设计顺序控制系统,实现工艺系统各有关对象自动地进行一系列操作控制。通过自控保护来保证锅炉运行的安全,对功能组和设备级进行顺序控制以实现设备的顺序启/停控制的功能。通过对地方电力行业的考察调研,细化需求分析,专注技术难点,本文针对现有设备系统问题研究应用DCS控制系统,改进现场设备、完善控制系统、建立全厂统一的实时数据库,为下步监控信息系统的建设打好了硬件基础。

关键词：航天发射场汽轮发电机组锅炉控制系统分散控制系统

气动力矩在超低轨道卫星姿态控制方面的应用研究

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气动力矩在超低轨道卫星姿态控制方面的应用研究

作者：曾其鋆哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

目前,超低轨道卫星受到了各航天大国和著名研究机构的重视,由于轨道高度低,在进行高分辨率对地观测侦察时,可显著降低有效载荷的重量和功耗,甚至采用普通观测设备就能实现高分辨率观测,并且卫星研制成本能够降低到传统卫星的三分之一到... 详细信息

目前,超低轨道卫星受到了各航天大国和著名研究机构的重视,由于轨道高度低,在进行高分辨率对地观测侦察时,可显著降低有效载荷的重量和功耗,甚至采用普通观测设备就能实现高分辨率观测,并且卫星研制成本能够降低到传统卫星的三分之一到五分之一,因此,超低轨道卫星的研制,具有较大的经济效益和工程应用价值。但是由于其轨道高度较低,相比传统低轨卫星受到的气动力与气动力矩高出几个数量级,导致超低轨道卫星的姿态控制系统与传统卫星相比具有显著的不同之处,如何充分利用气动力矩,为姿态控制系统服务,是一个值得研究的课题。本文将主要对高精度气动力矩计算方法以及利用气动力矩进行辅助姿态控制等关键问题进行分析研究。首先,本文在提出超低轨道侦察卫星的构型设计约束条件基础上,设计了卫星构型,为解决质心压心不重合,产生气动力矩大的问题,在卫星构型中加入了气动舵,作为控制系统执行机构之一,利用气动舵的对卫星姿态进行主动控制;其次,以稀薄气体动力学中的自由分子流理论为基础,研究了计算任意外形卫星在轨气动力与气动力矩的高精度算法,采用有限元软件建模,划分网格,然后计算单元基本属性,判断并排除遮挡面,计算气动系数,最后计算气动力矩并累加,并将计算得到的气动力矩保存留以仿真使用;接着,对前面设计的超低轨道侦察卫星计算气动力矩,来确定气动舵的设计尺寸,研究了气动力矩辅助姿态控制的算法,设计了气动干扰力矩状态估计器来估计卫星受到的气动力矩,从而达到减小卫星气动力矩、避免反作用飞轮饱和的目的,利用Matlab/Simulink软件对上述控制系统模型在不同环境参数的条件下进行仿真验证。

关键词：超低轨道卫星自由分子流气动力矩计算方法气动舵辅助姿态控制系统

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锯齿解码在分布式存储及无线通信中的研究

锯齿解码在分布式存储及无线通信中的研究

作者：毛白露深圳大学

学位级别：硕士

锯齿解码（Zigzag Decoding,ZD）是通过重复的回代过程来进行解码的一种解码方式。由于其解码过程在二元域中操作,解码复杂度低而广泛用于分布式存储（Distributed Storage,DS）及无线通信领域。在存储方面,组合性质（Combination Prope... 详细信息

锯齿解码（Zigzag Decoding,ZD）是通过重复的回代过程来进行解码的一种解码方式。由于其解码过程在二元域中操作,解码复杂度低而广泛用于分布式存储（Distributed Storage,DS）及无线通信领域。在存储方面,组合性质（Combination Property,CP）是将k个原始数据包编码成n个数据包,其中n?k,在这个n个数据包中,利用任意k个数据包都可以完全恢复所有n个数据包信息。最大距离可分（Maximum Distance Separable,MDS）码满足这种性质,被广泛用于DS中以有效的方式来提供数据可靠性,但是它的解码复杂度十分高。因此,一系列同时具有CP和ZD（CP-ZD）性质的存储编码被设计出,称为CP-ZD码。CP-ZD码具有以下几种特性:在二元域操作,解码复杂度低且有一定的存储开销。构造具有该特性的编码,首先需要将编码包中每个数据包移一定的位数,再将它们逐位二进制相加。在该编码中,用一个移位矩阵来表示每个编码包中数据包移位的位数。设计这样的编码,需要精心构造这个矩阵。本文构造编码的移位矩阵是从一个特殊的三角阵中取出。相关分析表明,在大多情况下,本文设计的编码的存储空间开销小于现有编码。在无线通信方面,传统随机接入（Random Access,RA）协议防碰撞能力较弱,随机线性网络编码（Random linear Network Coding,RLNC）技术可以解决碰撞问题,但计算复杂度较高。由此,本文提出了一种新的RA方案,称为锯齿分散多址接入（Zigzag Division Multiple Access,ZDMA）方案。该方案可使碰撞问题得到很好的改善且可以显著提高系统吞吐量。其核心技术为:允许发送端的多路数据同时传输并且可以在接收端使用ZD解码。基于ZD技术,本文提出了三种RA发送方案。前两种是将ZDMA分别用于时隙ALOHA（Slotted ALOHA,SA）和二叉树分割（Tree Splitting,TS）中,相比传统SA和TS方案的吞吐量有了很大的提升。此外,第三种称为贪心调度锯齿分散多址接入（Greedy Scheduling Zigzag Division Multiple Access,GS-ZDMA）方案,GS-ZDMA方案是这三种方案中系统吞吐量最高的。

关键词：锯齿解码分布式存储无线通信组合性质锯齿分散多址接入

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小行星跳跃探测器着陆跳跃运动仿真研究

小行星跳跃探测器着陆跳跃运动仿真研究

作者：王飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

小行星探测对探索宇宙的历史和演化、生命的起源、探寻太空资源、探测深空环境以及防范近地小行星的威胁等都具有重要的意义。对小行星进行详细探测研究的理想方式是利用着陆探测器对其进行表面现场探测。针对小行星特殊的微重力的环境... 详细信息

小行星探测对探索宇宙的历史和演化、生命的起源、探寻太空资源、探测深空环境以及防范近地小行星的威胁等都具有重要的意义。对小行星进行详细探测研究的理想方式是利用着陆探测器对其进行表面现场探测。针对小行星特殊的微重力的环境，跳跃探测器是解决在小行星微重力场下移动行走问题从而进行小行星表面探测的理想方案。本文针对跳跃探测器在小行星表面跳跃过程的动力学建模和着陆与跳跃过程中运动的影响因素进行了研究：引入基于瞬间碰撞假设的瞬间碰撞模型，建立了基于瞬间碰撞模型的探测器跳跃过程的2D动力学模型，推导了其动力学方程。建立了基于连续接触力模型的探测器跳跃过程的2D和3D动力学模型。通过相同的仿真算例对基于瞬间碰撞模型的跳跃探测器2D动力学模型和基于连续接触力模型的跳跃探测器2D动力学模型的计算结果的对比，互相验证了两种动力学模型的合理性，并分析了两种模型在一些情况下的计算结果差别很大的主要原因。分析了跳跃探测器在小行星表面着陆和跳跃过程运动的主要影响因素，包括：恢复系数、摩擦系数、地面刚度系数，重力加速度，跳跃探测器初始速度、跳跃探测器初始角速度。通过仿真分析各个因素的影响，得出如下结论：恢复系数对仿真结果的影响较大，在动力学建模研究之中，应当尽量选取最接近真实情况的恢复系数。刚度系数对模型的第一次跳跃的仿真结果的影响很小，但从长期来看，刚度系数对于长时间的跳跃过程会有一定影响。在动力学建模研究中，若不是对精度要求十分高或仿真时间相对较短，可适当放宽对刚度系数的准确性的要求。小行星的重力加速度是影响跳跃探测器着陆和跳跃过程的一个非常重要的因素，需要对小行星的引力场有尽可能精确的了解，动力学建模中需要选择较为精确的引力场建模方法。摩擦系数也是影响探测器着陆跳跃过程的一个重要的因素，在动力学建模中需要尽量选取接近真实情况的摩擦系数。同时，表面较为粗糙的小行星更不利于探测器的着陆。跳跃探测器的质心初始速度对其在小行星表面的着陆和跳跃过程的运动影响很大，其中质心初始速度竖直方向的分量影响最为显著比XOY平面的分量影响更大;质心初始速度在XOY平面的分量对跳跃探测器在XOY平面的跳跃方向和跳跃终点相对着陆点的方位有决定性的影响。从跳跃探测器在小行星着陆的要求来看，明显地需要尽量减小跳跃探测器在小行星着陆的初始速度，从而使得跳跃探测器着陆到停在小行星表面的时间尽量短，并且最终停下来的地点不会离预定的着陆点太远。跳跃探测器的初始角速度同样是对跳跃探测器在小行星着陆和跳跃过程中影响较为重要的一个因素，但与质心速度相比，影响没有那么显著，并且竖直方向的分量的影响相对其他两个方向更弱。因此在着陆与跳跃过程中，对初始角速度的要求相对宽松，并不需要将其严格地控制在非常小的范围内，但在系统能力允许的情况下还是使其尽量小，以使跳跃探测器在着陆后能够尽快地停在小行星的表面。总的来说，跳跃探测器的初始角速度与初始速度相比对跳跃过程的影响更小，因此对于着陆与跳跃过程的控制来说首先应当关注的是初始质心速度，其次是初始角速度。

关键词：小行星跳跃探测器着陆跳跃动力学建模运动仿真

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考虑监视卫星视场约束的轨道博弈策略研究

考虑监视卫星视场约束的轨道博弈策略研究

作者：贾振哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着航天器星载计算能力的提升，空间监视任务中面对的对手具有更高的自主决策能力与更高的智能水平。传统的基于单边优化方法不再能够应对动态交互的场景，而博弈论是处理、分析理性玩家之间交互行为与理性决策的方法，为处理动态交互... 详细信息

随着航天器星载计算能力的提升，空间监视任务中面对的对手具有更高的自主决策能力与更高的智能水平。传统的基于单边优化方法不再能够应对动态交互的场景，而博弈论是处理、分析理性玩家之间交互行为与理性决策的方法，为处理动态交互问题提供了一个统一的框架。本文基于博弈论方法对空间监视任务中涉及到的航天器轨道博弈问题进行了相关博弈策略研究。　　为获得最大化生存时间，将监视航天器接近观测过程描述为一个生存型追逃博弈。研究了完全信息且考虑终端视线约束情况下的微分博弈问题的求解方法，针对不同参考轨道上相对运动动力学的不同给出相应的最优策略的求解方法。在线性相对动力学下将终端非线性方程组约束转换为误差函数作为优化目标，使用粒子群全局优化算法求解鞍点策略，具有较高的求解效率。进一步在考虑J2摄动影响下，使用一种两层规划器方法求解该高维两点边值问题，获得了更加精确的解。　　当博弈航天器采用脉冲机动方式进行博弈时，将该问题建模为对抗性序列博弈问题。为刻画博弈航天器争夺优势观测位置的博弈意图，设计了考虑相对距离与相对视线角度的终端奖励曲面。然后将离散博弈过程描述为马尔可夫过程，在考虑单步决策的情况下建立一个多目标优化的决策问题，使用多目标遗传算法得到速度脉冲、机动时间、终端视线角之间的帕累托前沿。进一步考虑多步决策情形，使用蒙特卡洛树搜索算法在离散脉冲动作空间中选择最优动作。最后通过仿真试验验证了对抗博弈树搜索的可行性，并进一步分析了预测深度、机动能力等因素对博弈结果的影响。　　当航天器进行快速在轨博弈时传统的博弈策略计算方式，无论是计算效率与实时性还是约束的考虑都不能满足实际任务需求。为此提出了一种基于博弈论的非线性模型预测控制的自主规划方法，以预测窗口内的相对距离差异和相对视线夹角差异作为目标函数，通过迭代最佳响应计算近似纳什均衡策略，并在规划过程中同时考虑与第三方障碍航天器之间的规避约束。最后通过数值仿真试验，验证了实时博弈规划方法的有效性，并且博弈航天器在博弈过程中展现出了一定的智能行为。

关键词：监视卫星动态非合作博弈纳什均衡蒙特卡洛树搜索迭代最佳响应

植入永磁支架的可渗透微血管内磁性药物靶向输运的理论模型及捕获率研究

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植入永磁支架的可渗透微血管内磁性药物靶向输运的理论模型及捕获...

作者：王长宝东南大学

学位级别：硕士

磁性药物靶向是将磁性药物粒子通过口服或注射的方式送至血管内,并使其在磁场装置的作用下在病灶区集聚的一种癌症治疗方法。磁性药物靶向技术的关键问题是如何提高药物粒子在靶部位癌细胞处的聚集程度,从而减轻抗癌药物对正常细胞、组... 详细信息

磁性药物靶向是将磁性药物粒子通过口服或注射的方式送至血管内,并使其在磁场装置的作用下在病灶区集聚的一种癌症治疗方法。磁性药物靶向技术的关键问题是如何提高药物粒子在靶部位癌细胞处的聚集程度,从而减轻抗癌药物对正常细胞、组织的毒副作用,达到增强疗效的目的。本文针对微血管中的磁性药物靶向输运问题建立了两个理论模型。其中,模型一将微血管视为可渗透的刚性圆柱直管,微血管内的血液视为由血浆、刚性红细胞颗粒组成的两相流体,基于两相混合流体、渗流力学和输运理论,研究了磁性药物粒子在永磁材料支架作用下的靶向输运。在此模型中,考虑了两相界面之间的动量交换效应、红细胞分布效应、血管壁渗透效应以及药物粒子与红细胞之间的弹性碰撞效应,利用Navier-Stokes方程建立了微血管内两相流体运动控制方程,并考虑了微血管壁渗透及组织液流动对血管内血液流动的影响;同时,采用Boltzmann方程描述药物粒子在微血管内的随机运动状态。通过对模型方程的无量纲化、离散化、迭代求解,得到了血浆压力及流速分布、磁场力分布、药物粒子分布、不同参数下的捕获率等。结果表明：药物粒子捕获率随着磁感应强度的增大呈非线性增加;血浆速度增加则会使得捕获率迅速减小;捕获率随药物粒子半径增加呈近似线性递增;而血管壁渗透性越强则越有利于载药粒子的聚集。模型二考虑了红细胞的变形,将其视为生物膜泡,利用生物膜泡的曲面弹性理论给出了红细胞形状方程;血浆在红细胞与渗透微血管内壁间流动,采用润滑理论建立了血浆压力控制方程;再结合上一模型中的组织液压力控制方程、Boltzmann方程,从而研究了在红细胞可变形情况下的磁性药物靶向输运。通过数值方法求解模型方程,得到的数值结果表明：血管半径越大,红细胞形变程度越小,药物粒子捕获率越小;而渗透参数越大,红细胞越不容易变形,捕获率则越高;红细胞速度增大会使得红细胞发生更大变形,捕获率降低;红细胞膜的弯曲刚度越大,显然其变形能力就越小,捕获率越高;红细胞膜的表面张力越大,其变形程度越大,药物粒子的捕获率越低。

关键词：磁性药物靶向渗透微血管刚性颗粒生物膜泡捕获率

基于非合作博弈论的无线传感器网络能耗均衡的研究

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基于非合作博弈论的无线传感器网络能耗均衡的研究

作者：蔡勇深圳大学

学位级别：硕士

近年来,传感器技术、现代网络技术、无线通信等技术的进步共同推动了具有低能耗、多功能无线传感器网络的发展。无线传感器网络(以下简称WSN)是利用大量微型传感器组成的一个具有数据感知、数据处理、无线通信等功能的无基础设施网络。... 详细信息

近年来,传感器技术、现代网络技术、无线通信等技术的进步共同推动了具有低能耗、多功能无线传感器网络的发展。无线传感器网络(以下简称WSN)是利用大量微型传感器组成的一个具有数据感知、数据处理、无线通信等功能的无基础设施网络。无线传感器网络的发展与逐渐成熟,使它在军事应用、环境科学、医疗健康、空间探索等方面具有广阔的应用前景。WSN是能量受限的网络,因为低成本的节点的电池能量非常有限,且不可重复充电。正因为如此,如何高效节能,最大化网络的生存周期是设计WSN的一项严峻挑战。我们清楚,在WSN中,节点之间不同的传输距离、变化复杂的无线通信环境将导致节点的剩余能量不同。如果某些重要节点过早的耗尽电池,将会引起WSN的覆盖范围减少、传输功能减弱。能耗均衡是有效提高WSN生命周期的非常具有前景的技术,其理念在于根据节点的状态公平分配传输任务,避免某些节点过早耗尽电池,保证网络的覆盖范围。本文首先介绍WSN以及能耗的相关研究背景,然后简洁地介绍博弈论。为了达到能耗平衡,必须根据节点的具体能量情况公平分配负载,实现剩余能量高的节点发送次数多,剩余能量少的节点发送次数少,从而达到能耗均衡的目的。在本文中,我们把节点的数据转发模拟成一个博弈,设计效用函数,推导出纳什均衡,最大化节点的收益。此外,引入惩罚机制可以防止节点为了保存能量而全部选择不转发数据,从而使得网络瘫痪,确保WSN的服务质量。最后的结果表明该方法有助于延长WSN的寿命。众所周知,簇头的能耗远大于普通节点,为了不让某些节点因为过多次数充当簇头而过早的耗尽电池,本文把簇头的选举模拟成一个博弈,根据节点的生存情况,计算节点充当簇头的概率,同时对于充当过簇头的节点,我们将会减少该节点充当簇头的概率,减少能量的消耗。最后的结果表明此方法可以均衡充节点充当簇头所引起的能耗,提高网络的使用寿命。

关键词：无线传感器网络博弈论能量效率负载分配