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无线传感器网络覆盖空洞检测与修复方法研究

无线传感器网络覆盖空洞检测与修复方法研究

作者：孙现超西北师范大学

学位级别：硕士

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）是由部署在监测区域内的传感器节点以无线自组织方式构成的新型多跳无线网络,通过多个节点协同完成感知任务,丰富了人类的感知能力和范围,在军事反恐、环境监测、工业控制和公共安全等... 详细信息

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）是由部署在监测区域内的传感器节点以无线自组织方式构成的新型多跳无线网络,通过多个节点协同完成感知任务,丰富了人类的感知能力和范围,在军事反恐、环境监测、工业控制和公共安全等领域有着广泛的应用。为了使传感器节点能够完成目标监测、获取信息等任务,必须确保传感器节点能够有效地覆盖被监测区域,实现监测任务。因此,感知覆盖是传感器网络设计和规划的基本问题之一,它反映了WSNs事件监测和目标跟踪服务质量。WSNs中初始节点随机部署或节点失效都会产生覆盖盲区,网络中出现覆盖空洞,目标无法被有效监测,导致感知信息不完整,造成网络通信不顺畅,影响整个网络性能。因此,如何对覆盖空洞进行及时有效地感知并修复,是WSNs亟待解决的核心问题。为此,本文在前人研究的基础上,提出优化改进方法,主要工作如下:（1）针对节点随机部署或节点能量耗尽而导致目标区域内出现覆盖空洞的问题,提出一种分布式随机区域覆盖空洞检测与修复优化方法。首先,求出节点与邻居节点的交点及边界交点,将交点区分为关键感知交点与被覆盖交点,判定覆盖空洞的关键感知交点集完成对空洞的检测;其次,确定覆盖空洞的类型和具体形状,构造向量确定节点的移动方向,利用距离公式计算得到节点可移动的最大距离;最后,综合考虑覆盖空洞的弧长、可移动最大距离和节点当前剩余能量等三个因素,提出一种基于等级排名的选择方法,利用该方法从待修复节点中选出最佳节点,进而修复覆盖空洞。仿真实验表明,该方法利用已部署的传感器节点以分布式方式对空洞进行检测,在不同的空洞数量和节点总数的环境下,都有较好的空洞检测效率和修复效率。在进行空洞修复的过程中,能够有效避免节点消耗过多能量的问题,延长网络生命周期。（2）针对修复覆盖空洞过程中,节点移动导致节点间数据传输和网络连通性受到影响的问题,提出一种基于改进k-means和蚁群算法的空洞修复优化方法。首先,对传统k-means算法随机选取聚类中心的原则进行改进,遵循初始聚类中心尽可能远的原则,将大型目标区域划分成小的区域,完成节点分簇;其次,对传统蚁群算法（Ant Colony Optimization,ACO）的启发式函数、信息素更新策略和信息素挥发因子进行改进,在每个小区域内,利用改进的蚁群算法找到一条最短路径;最后,提出一种簇类连接方法,利用该方法将每个簇内的最短路径进行连接,形成目标区域内的一条最短路径。仿真实验表明,与蚁群算法及改进遗传算法相比,该方法数据传输路径最短,整个传输过程减少了节点能量消耗,较好的保持网络连通。

关键词：无线传感器网络覆盖空洞检测与修复感知交点信息素更新策略簇类连接方法

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基于改进萤火虫算法的覆盖优化方法

传感技术学报 2021年第12期34卷 1676-1683页

作者：苟平章孙现超西北师范大学计算机科学与工程学院甘肃兰州730070

针对无线传感器网络中目标区域仅部署静态节点和移动节点时,分别存在覆盖率低和成本高的问题,提出一种基于改进萤火虫算法的覆盖优化方法。首先,将静态和移动传感器节点随机部署在目标区域内,改进位置公式和步长因子,提高全局搜索能力,... 详细信息

针对无线传感器网络中目标区域仅部署静态节点和移动节点时,分别存在覆盖率低和成本高的问题,提出一种基于改进萤火虫算法的覆盖优化方法。首先,将静态和移动传感器节点随机部署在目标区域内,改进位置公式和步长因子,提高全局搜索能力,加快搜索速度;其次,利用改进萤火虫算法初步确定移动传感器节点的候选目标位置;最后,通过目标位置优化方法得到节点的最佳目标位置,从而完成覆盖优化。仿真结果表明,与基于PSO算法和CS算法等启发式算法的覆盖优化相比,该优化方法能够缩短平均移动距离,提高网络覆盖率,节省节点能量,延长网络生命周期。

关键词：无线传感器网络覆盖空洞萤火虫算法步长因子目标位置优化

大麦条纹花叶病毒中国株基因组RNA1的全长序列分析

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中国农业科学 2008年第7期41卷 1969-1974页

作者：孙现超邱并生西南大学植物保护学院植物病害检测实验室中国科学院微生物研究所

【目的】获得大麦条纹花叶病毒中国株(BSMV-CH)基因组RNA1的全长cDNA,进行序列分析,明确与国外报道株系间的亲缘关系和分类地位【。方法】以自然侵染BSMV-CH的大麦叶片中提取的总RNA为模板,用RT-PCR方法获得BSMV-CH RNA1的全长cDNA,克... 详细信息

【目的】获得大麦条纹花叶病毒中国株(BSMV-CH)基因组RNA1的全长cDNA,进行序列分析,明确与国外报道株系间的亲缘关系和分类地位【。方法】以自然侵染BSMV-CH的大麦叶片中提取的总RNA为模板,用RT-PCR方法获得BSMV-CH RNA1的全长cDNA,克隆到载体pMD18并测序,用DNAstar软件将获得的序列与GenBank登录的BSMVRNA1序列进行对比,分析各株系序列RNA1之间的同源性,构建系统发育树分析BSMV-CH与国外株系间的亲缘关系。【结果】BSMV-CH的RNA1全长为3795bp(GenBank注册号:AY789693),基因组RNA15′端有一个甲基化的帽子结构,3′端有一个PolyA结构和一段239bp长的类似tRNA的保守序列,BSMV-CH基因组RNA1含有一个长度为3417bp的ORF,推测可编码一个1138个氨基酸的复制酶基因。BSMV-CH的基因组RNA1与国外报道其它株系核苷酸的同源性为95.4%～95.6%。复制酶基因同其它株系核苷酸和氨基酸的同源性分别为94.9%～95.2%和96.5%～96.8%,PolyA的长度比其它株系明显要长。【结论】BSMV-CH和CV42与CV17、ND18、TSE及TSG间的亲缘关系明显低于CV17、ND18、TSG和TSE间的亲缘关系;BSMV-CH与CV42表现相对较近的亲缘关系,但BSMB-CH是不同于CV42的一个BSMV新株系。

关键词：大麦条纹花叶病毒序列分析同源性亲缘关系

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重庆地区烟叶辣椒脉斑驳病毒的检测与鉴定

烟草科技 2023年第1期56卷 33-38页

作者：田绍锐温玉霞马婷陈海涛徐宸汪代斌孙现超西南大学植物保护学院重庆市北碚区400715 重庆烟草科学研究所重庆市北碚区400715

为确定重庆烟区烟草叶片上出现黄化斑点、枯斑等症状的病原,进而制定出科学的综合防治措施,对采自重庆市涪陵和巫溪烟区与北碚试验田的18份烟叶样品进行了病毒种类检测与鉴定。根据病毒外壳蛋白基因序列设计了特异性引物,采用RT-PCR扩增... 详细信息

为确定重庆烟区烟草叶片上出现黄化斑点、枯斑等症状的病原,进而制定出科学的综合防治措施,对采自重庆市涪陵和巫溪烟区与北碚试验田的18份烟叶样品进行了病毒种类检测与鉴定。根据病毒外壳蛋白基因序列设计了特异性引物,采用RT-PCR扩增及BLAST序列对比分析,结果表明:涪陵烟区烟叶上出现黄化斑点、枯斑等症状的样品中检测出烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)和辣椒脉斑驳病毒(Chilli veinal mottle virus,ChiVMV),检出率分别为54.55%和100%;巫溪烟区样品中检测出TMV和马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY),检出率分别为100%和66.67%;北碚烟草试验田病叶样品中检测出ChiVMV,检出率为100%。其中,ChiVMV为重庆地区烟草上首次发现。

关键词：重庆地区烟草辣椒脉斑驳病毒

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黔江烟田病毒与周边作物及杂草携毒关系分析

中国烟草科学 2022年第3期43卷 33-38页

作者：王晶何伟光陈海涛冉茂汪代斌孙现超中国烟草总公司重庆市公司重庆400023 西南大学植物保护学院重庆400716 重庆烟草科学研究所重庆400715

为明确烟田烟叶携带病毒与周边作物和杂草携带病毒的亲缘关系,利用RT-PCR克隆烟田烟叶与周边杂草和作物携带病毒外壳蛋白(CP),通过MEGA序列比对分析黔江烟田烟叶和周边杂草与作物所带病毒种类及其亲缘关系。结果显示,黔江地区烟草感染... 详细信息

为明确烟田烟叶携带病毒与周边作物和杂草携带病毒的亲缘关系,利用RT-PCR克隆烟田烟叶与周边杂草和作物携带病毒外壳蛋白(CP),通过MEGA序列比对分析黔江烟田烟叶和周边杂草与作物所带病毒种类及其亲缘关系。结果显示,黔江地区烟草感染病毒有烟草普通花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)和马铃薯Y病毒(PVY);在烟田周边杂草和作物番薯、四季豆、糯米团、三悬叶钩草、杂草中检测到了TMV;自番薯、四季豆、蓬蘽、千里光、糯米团、三悬叶钩草中扩增出CMV;自番薯、四季豆、假酸浆、杂草中扩增出了PVY。进化关系分析显示,三悬叶钩草、四季豆、糯米团以及番薯为黔江烟田烟叶TMV的主要来源,蓬蘽为烟叶病毒病CMV的侵染源,假酸浆为烟田PVY的主要来源。

关键词：烟草病毒病杂草亲缘关系

重庆烟区烟草靶斑病病原菌鉴定及菌丝融合群分析

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烟草科技 2023年第9期56卷 24-29页

作者：黄可珍靳瑞瑞陈姗张帅秦平伟孙现超陈国康陈海涛西南大学植物保护学院重庆市400715 中国烟草总公司重庆市公司酉阳分公司重庆市409800 中国烟草总公司重庆市公司彭水分公司重庆市409600 中国烟草总公司重庆市公司烟叶分公司重庆市400023

为明确重庆各烟区烟草靶斑病的病原菌种类与病害发生情况,对重庆市黔江区水市乡、涪陵区武陵山乡、武隆区接龙乡、万州区孙家镇、酉阳土家族苗族自治县和彭水苗族土家族自治县烟草靶斑病病害发生进行了调查,并通过组织分离法对典型发病... 详细信息

为明确重庆各烟区烟草靶斑病的病原菌种类与病害发生情况,对重庆市黔江区水市乡、涪陵区武陵山乡、武隆区接龙乡、万州区孙家镇、酉阳土家族苗族自治县和彭水苗族土家族自治县烟草靶斑病病害发生进行了调查,并通过组织分离法对典型发病叶片的病原菌进行分离、纯化,观察纯化菌株在PDA培养基上的形态特征,采用菌丝块接种法测定纯化菌株的致病性,通过玻片对峙法观察其与标准菌株的菌丝融合情况,并使用通用引物ITS1/ITS4对13个纯化菌株的rDNA-ITS序列进行扩增,使用MEGA 11软件对扩增序列进行分析比对,构建系统发育树。结果表明,纯化菌株的形态特征与立枯丝核菌(Rhizoctonia solani Kühn)一致,且对烟苗叶片具有致病力;菌丝融合群测定发现,纯化菌株与立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)AG-3融合群的菌丝完全融合;rDNA-ITS序列Blast比对及系统发育树分析显示,其与立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)AG-3融合群以97%的支持率聚于同一分支上。因此,确定重庆烟区烟草靶斑病的病原菌为立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)AG-3融合群。

关键词：烟草靶斑病立枯丝核菌融合群重庆烟区

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应用3.85%病毒必克防治番茄病毒病

植物保护 2001年第6期27卷 36-37页

作者：孙现超安德荣西北农林科技大学植保学院陕西杨凌712100

室内生物学测定表明 ,3 85 %病毒必克可湿性粉剂接种前施药 ,对黄瓜花叶病毒的抑制作用明显高于对照药剂 ,防效达 86 7% ,接种后施药抑制效果依然显著 ,达到 78 5 7%。小区药剂对比试验 ,3 85 %病毒必克可湿性粉剂 5 0 0倍液喷雾 ,对... 详细信息

室内生物学测定表明 ,3 85 %病毒必克可湿性粉剂接种前施药 ,对黄瓜花叶病毒的抑制作用明显高于对照药剂 ,防效达 86 7% ,接种后施药抑制效果依然显著 ,达到 78 5 7%。小区药剂对比试验 ,3 85 %病毒必克可湿性粉剂 5 0 0倍液喷雾 ,对番茄病毒病的防治效果达 76 5 %。

关键词： 3.85%病毒必克番茄病毒病黄瓜花叶病毒防治效果

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基于改进遗传算法的覆盖空洞修复优化

传感技术学报 2020年第12期33卷 1800-1807页

作者：苟平章孙现超毛刚西北师范大学计算机科学与工程学院甘肃兰州730070

针对无线传感器网络虚拟修复节点位置的不确定性使网络拓扑结构随之变化,导致网络失去连通性的问题,提出一种基于改进遗传算法的覆盖空洞修复优化方法。首先,根据空洞类型采取不同的覆盖策略,确定虚拟修复节点的位置;其次,通过改进遗传... 详细信息

针对无线传感器网络虚拟修复节点位置的不确定性使网络拓扑结构随之变化,导致网络失去连通性的问题,提出一种基于改进遗传算法的覆盖空洞修复优化方法。首先,根据空洞类型采取不同的覆盖策略,确定虚拟修复节点的位置;其次,通过改进遗传算法对待修补节点序列进行编码与适应度函数的构造,对遗传算子进行改进,避免陷入局部最优,求出传输路径的最优解,提升全局寻优能力;最后,根据改进遗传算法找到某空洞内待修补节点之间的一条最短连通路径,该空洞区域内的感测数据在某一时间周期内沿该路径进行传输通信。仿真结果表明,将改进遗传算法应用到覆盖空洞修复中是可行的,网络覆盖率明显提高,具有更好的收敛性。通过算法多次迭代能够找到空洞内各修补节点间的一条最短路径,实现网络连通,节约节点能量,延长了网络生命周期。

关键词：无线传感器网络覆盖空洞修复遗传算法遗传算子最短路径

本氏烟NbMBF1c的克隆、表达及在TMV侵染过程中的功能

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中国农业科学 2022年第18期55卷 3543-3555页

作者：温玉霞张坚王琴王靖裴悦宏田绍锐樊光进马小舟孙现超西南大学植物保护学院植物病害生物学重庆市重点实验室

【目的】烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）是危害茄科、十字花科、葫芦科等农作物的重要病毒，给农业生产造成了巨大损失。通过分子克隆获得本氏烟（Nicotiana benthamiana）多蛋白桥梁因子1c(multiprotein bridging factor 1c... 详细信息

【目的】烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）是危害茄科、十字花科、葫芦科等农作物的重要病毒，给农业生产造成了巨大损失。通过分子克隆获得本氏烟（Nicotiana benthamiana）多蛋白桥梁因子1c(multiprotein bridging factor 1c,MBF1c)，综合应用生物信息学、细胞生物学以及分子生物学手段，明确NbMBF1c的抗病毒功能和机制，为作物的抗病毒育种提供理论依据。【方法】根据Sol Genomics Network中报道的NbMBF1c序列全长，设计引物克隆NbMBF1c全长序列；使用GeneDoc及MEGA X对NbMBF1c蛋白和其他物种中的同源蛋白序列进行比对并构建系统进化树；利用生物信息学分析NbMBF1c的基因特征和蛋白结构；使用实时荧光定量PCR检测其组织表达及其在TMV侵染中的表达；利用烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus,TRV）诱导的基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）技术沉默NbMBF1c后通过摩擦接种TMV-GFP，明确NbMBF1c对病毒侵染的影响；构建pART27-GFP-NbMBF1c和pART27-Myc-NbMBF1c瞬时过表达载体，在本氏烟叶片中表达融合蛋白GFP-NbMBF1c后在共聚焦显微镜下观察亚细胞定位，表达融合蛋白Myc-NbMBF1c后接种病毒观察TMV-GFP侵染情况；采用实时荧光定量PCR检测沉默NbMBF1c后相关激素基因的表达，分析NbMBF1c影响病毒侵染的机制。【结果】NbMBF1c全长441 bp，编码146个氨基酸，包含一个保守结构域HTH(helix-turn-helix)；系统发育分析表明，NbMBF1c与绒毛状烟草（Nicotiana tomentosiformis）MBF1c(XP＿009614458.1)亲缘关系最近；NbMBF1c的表达具有特异性，在根中的表达量最高，其次是茎、叶和花；NbMBF1c定位于细胞质和细胞核中；沉默NbMBF1c会显著影响本氏烟株高，出现矮化等症状，接种TMV-GFP第5天时，沉默处理相较于对照组植株新叶病毒含量更高；瞬时过表达Myc-NbMBF1c融合蛋白，在注射叶接种TMV-GFP后，病毒侵染减少，但NbMBF1c并不与TMV组分互作；沉默NbMBF1c后，脱落酸（abscisic acid,ABA）合成关键酶基因NCED3、脱落酸受体PYL1、ABA信号转导因子ABAI1和蛋白激酶SnRK2E的表达量显著上调；茉莉酸（jasmonic acid,JA）合成途径AOS1上调表达，茉莉酸信号通路上的受体COI1下调表达。【结论】本氏烟MBF1家族NbMBF1c的表达受TMV侵染诱导，且主要定位于细胞质和细胞核。NbMBF1c作为植物抗TMV的正调控因子抑制病毒在本氏烟上的侵染。NbMBF1c不通过与TMV组分互作来抑制病毒侵染，而是通过调控植物激素的产生和信号传导来抑制病毒侵染。

关键词：本氏烟 NbMBF1c 烟草花叶病毒基因表达脱落酸茉莉酸