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无线感知网络能量与信息传输系统资源优化研究

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无线感知网络能量与信息传输系统资源优化研究

作者：金驰吉林大学

学位级别：硕士

无线感知网络是指在空间内自由分布、通过无线通信技术实现节点信息交互的专用传感器网络,其中传感器节点具备环境信息感知、数据处理与无线传输功能。无线感知网络是物理世界至数字世界的映射接口,是推动第三次全球信息化浪潮的重要基... 详细信息

无线感知网络是指在空间内自由分布、通过无线通信技术实现节点信息交互的专用传感器网络,其中传感器节点具备环境信息感知、数据处理与无线传输功能。无线感知网络是物理世界至数字世界的映射接口,是推动第三次全球信息化浪潮的重要基础。随着超高速率、低延时、高可靠的第五代(5G,5th Generation)移动通信技术的推进与高实时性、保真性、交互性的数字孪生概念的提出,无线感知网络的基础设施条件日趋完善,应用场景与感知对象不断扩展,甚至涵盖了整个物理世界。无线传感器小型化与轻量化的实现在促进无线感知网络发展的同时,其能量受限的弊端也日益凸显。如何在无线传感器体积与重量受限情况下延长无线感知网络生命周期、实现持续供能、降低维护成本成为该领域亟待突破的关键问题。为突破这一瓶颈,基于太阳能、热能、机械能与化学能等环境能量的电能转化存储方案曾引发广泛关注,然而,环境能量收集受天气、气候、运动等因素影响严重,其稳定性较差、硬件成本高,难以满足无线感知网络多场景需求。相比之下,无线能量传输技术因其低成本、高稳定、超可控的特点被视为延长无线感知网络生命周期最有效的解决方案。一方面,由于无线能量传输技术以射频信号为载体进行能量传输,其技术原理、硬件设备与无线数据通信技术具有相似性与兼容性,这使得利用射频信号同时实现能量与信息传输成为可能。另一方面,射频信号具有稳定、持续、可控的特点。通过调节射频信号发送功率、波形、占空比等参数,可对能量传输过程进行高效可靠的控制。因此,如何设计合理的传输策略,实现无线感知网络性能最优化是该领域的研究重点。在无线感知网络中,感知信息的有效性通常随着时间的推移而急剧下降,现今针对感知网络场景的研究大多局限于网络的吞吐量性能而忽略了信息的时效性。另外,随着物联网设备的大规模密集部署,多个感知网络间必定出现重叠,多网络重叠为无线供能传感器带来额外能量源的同时也导致了严重的网间干扰。针对上述问题,本文首先引入信息年龄与信息新鲜度的概念以衡量信息时效性,提出了单网络场景下基于随机接入概率的长期信息年龄均值最小化方法。该方法在已知信道模型条件下,通过少量计算即可实现较长传输周期内的高新鲜度数据传输。其次,针对多网络场景特点,设计了基于能量回收的密集多网络系统架构与传输策略,实现了吞吐量的最大化。在该系统中,传感器利用混合接入节点(HAP,Hybrid Access Point)与远程主接入节点(MAP,Master Access Point)进行通信时逸散的射频能量进行能量收集,避免了专用能量传输信号的使用,远程主接入点基于HAP汇总的信息实现融合、计算与控制等功能。该协议综合了无线供能通信网络(WPCN,Wireless Powered Communication Network)与无线能量信息同传(SWIPT,Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)的优点,更适合低功耗设备多感知网络场景。本文的主要贡献可归纳如下:一、针对无线感知网络信息时效性问题,设计基于信息年龄的单网络多传感器随机接入模型,结合无线能量传输技术实现下行能量传输、控制指令传输与上行数据回传等基本任务的资源分配与平衡,提出了长期信息年龄均值最小化算法。二、针对多感知网络共存场景,着重考虑了当前鲜有研究的额外能量与网间干扰问题。设计了基于时分接入的传输协议,使HAP在与远程MAP通信的同时对传感器进行无线供能,提升了能效与时效。提出系统额定能耗、时间切换因子、发射功率、能量分配权重、接收波束成形多变量联合优化方法,提升网络吞吐量性能。三、针对上述传输策略,通过理论推导,结合瑞利商、Frobenius范数、凸优化与交替迭代方法给出了最优解表达式,基于MATLAB进行仿真与对比试验,通过仿真结果验证了所提出系统与协议的稳定性与有效性。上述研究内容为提高无线感知网络生命周期,提升感知信息的时效性提供了新的思路与方法,同时对未来多无线供能感知网络共存场景的性能优化策略进行了探索。创新的内容是基于现有研究基础进行扩展,对未来场景进行探索,为后续的研究奠定了基础。

关键词：无线感知网络无线能量信息同传信息年龄吞吐量最大化

芦山M_(S)7.0地震同震形变的地形效应

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大地测量与地球动力学 2024年第3期44卷 228-233页

作者：王金驰段虎荣张成浩梁文康刘鹏西安科技大学测绘科学与技术学院西安市710054 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉市430077

基于平面断层几何模型,以2013年芦山M_(S)7.0地震为例,采用谱元法探究地形对同震形变的影响。结果表明,地形效应对不同方向同震形变的影响不同,对水平同震形变分量而言,沿断层走向的影响最大约为10.3%,垂直断层走向的影响最大约为12.4%... 详细信息

基于平面断层几何模型,以2013年芦山M_(S)7.0地震为例,采用谱元法探究地形对同震形变的影响。结果表明,地形效应对不同方向同震形变的影响不同,对水平同震形变分量而言,沿断层走向的影响最大约为10.3%,垂直断层走向的影响最大约为12.4%;对垂直同震形变分量的影响最大约为11.9%。因此,在计算地表同震形变或有限断层反演时应充分考虑地形效应的影响。

关键词：地形效应同震形变谱元法位错理论

基于多源数据研究三峡地区环境负荷引起的地壳垂直形变

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大地测量与地球动力学 2024年第6期44卷 624-629页

作者：段虎荣张成浩梁文康王金驰刘鹏西安科技大学测绘科学与技术学院西安市710054 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉市430077

构建三峡地区大气和陆地水质量变化模型,利用GNSS、GRACE-FO和环境质量变化模型计算三峡地区2019~2022年环境负荷引起的地壳垂直形变,探讨基于GRACE-FO数据的球谐函数法和结合质量变化模型的格林函数法在计算环境负荷垂直形变上的差异... 详细信息

构建三峡地区大气和陆地水质量变化模型,利用GNSS、GRACE-FO和环境质量变化模型计算三峡地区2019~2022年环境负荷引起的地壳垂直形变,探讨基于GRACE-FO数据的球谐函数法和结合质量变化模型的格林函数法在计算环境负荷垂直形变上的差异。研究发现,2种方法计算的陆地水负荷垂直形变在时空分布上具有一定的一致性,但是后者的精度和空间分辨率更高;基于质量变化模型计算的CQWZ站和HBZG站的环境总负荷垂直形变与GNSS实测结果相关系数达到0.88和0.83;2019~2022年三峡库区和洞庭湖流域的地壳垂直形变速率分别为0.5~0.7 mm/a和0.6~1.5 mm/a,原因是2022年该区域水位降低导致地壳回弹上升;三峡库区附近地壳夏季上升、冬季下沉,垂直形变幅度约为-5~18 mm,主要受水库蓄水和大气负荷驱动的影响。

关键词：三峡地区负荷垂直形变 GNSS GRACE-FO 质量变化模型

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标准化助力数据中心领域高质量发展

信息技术与标准化 2023年第7期 114-116页

作者：孙冕金驰中国电子技术标准化研究院

数据中心作为支撑数字经济发展的关键信息基础设施之一,是数字经济的信息集散地和处理中枢。以我国数据中心发展路径为脉络,介绍了中国电子技术标准化研究院在数据中心领域所开展的工作,重点分析了标准化对我国数据中心发展的引领作用,... 详细信息

数据中心作为支撑数字经济发展的关键信息基础设施之一,是数字经济的信息集散地和处理中枢。以我国数据中心发展路径为脉络,介绍了中国电子技术标准化研究院在数据中心领域所开展的工作,重点分析了标准化对我国数据中心发展的引领作用,为数据中心行业绿色低碳高质量发展提供有力支撑。

关键词：数据中心节能标准化

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陈奕正:将志愿服务融进生活

杭州 2022年第14期 64-65页

作者：金驰不详

他志在公益,组建4000余人的队伍,开展各类公益活动1800余次;他坚持免费授课,推广中国武术进社区、进学校、进企业等,让更多人感悟到了传统武术的精髓。从最美志愿者到公益组织的发起人,他就是杭州新希望公益服务中心负责人陈奕正。“尽... 详细信息

他志在公益,组建4000余人的队伍,开展各类公益活动1800余次;他坚持免费授课,推广中国武术进社区、进学校、进企业等,让更多人感悟到了传统武术的精髓。从最美志愿者到公益组织的发起人,他就是杭州新希望公益服务中心负责人陈奕正。“尽可能让阳光照到每一个角落。”他以公益为纽带,用小我汇聚大我的力量,让微小的善举汇聚成汪洋大海。

关键词：传统武术公益组织中国武术志愿服务公益服务公益活动陈奕志愿者