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基于机器学习的MTC网络接入策略和资源分配

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基于机器学习的MTC网络接入策略和资源分配

作者：钟思洁电子科技大学

学位级别：硕士

当今世界对于互联网的需求是全天候的高速的无处不在的网络连接,旨在实现一个完全移动和互联的互联网社会。这种对于互联网的需求催生了物联网(Internet of things,IoT)的概念。机器类型通信(Machine-Type Communication,MTC)作为物联... 详细信息

当今世界对于互联网的需求是全天候的高速的无处不在的网络连接,旨在实现一个完全移动和互联的互联网社会。这种对于互联网的需求催生了物联网(Internet of things,IoT)的概念。机器类型通信(Machine-Type Communication,MTC)作为物联网的推动者,允许智能对象在没有人为干预的情况下实现相互通信。随着第五代移动通信系统(5th-generation,5G)时代的到来,物联网的进一步发展,高速增长的设备对无线接入网络的接入能力造成了极大的考验。因此,针对当前新兴的机器类型通信网络,如何有效接入大规模机器类型通信设备(MachineType Communication Device,MTCD),是一直以来亟待研究解决的热点问题。近来,随着机器学习(Machine Learning,ML)技术的更新发展,机器学习开始应用于很多移动互联网的场景等。机器学习是计算机系统使用的统计模型,无需使用特殊的指令有效执行特定任务,而是依靠模式和推理来代替。机器学习通过观察环境和自我探索,来获取新的知识从而不断改善自身性能。本文结合机器学习的思想,对于MTC网络中接入能力不足以及资源分配问题进行了研究,提出了不同MTC场景下有效的接入策略和资源分配方案,主要成果概括如下:根据MTCD的上行链路占优,小数据为多的特点,提出了基于自组织映射神经网络聚类算法的MTC接入策略。通过利用聚类算法,MTCD自组织自发地训练得到合适的数据聚合点,从而减少和基站直接交互的设备数量,有效避免了大规模MTCD接入基站造成的拥塞问题。另外,聚类算法保存了映射关系,让MTC网络环境对于新加入的MTCD包容性很高。考虑到随机接入过程中前导码是相互正交的,将接入问题简化为竞争同一前导码的竞争接入问题。利用退避机制,设置MTCD的双队列模型,将访问请求的排队模型抽象为马尔可夫决策过程。从而利用马尔科夫决策过程的动态规划算法来求解该竞争接入问题。由仿真结果可以得到,算法有效提升MTC网络的接入能力,降低网络碰撞概率,减少了接入时延。针对MTC网络存在多种业务需求的MTCD的情况,利用深度强化学习算法得到高效资源分配方案。对于大规模MTCD资源分配问题,利用传统Q学习解决该问题会出现状态动作对过大,Q值表占用内存爆炸的问题,因此利用深度神经网络和Q学习相结合,获得相对最优的资源分配方案。相对于传统的资源分配方案,基于深度强化学习的资源分配方案在保障MTCD不同的服务质量需求的同时,最大化网络吞吐量,降低接入时延。本文通过分析MTC通信的特点,利用机器学习的方法,针对性的设计接入策略和资源分配方案,来提升网络的接入能力,为MTC网络接入问题的求解提供了新的思路。

关键词： MTC网络机器学习无线接入策略资源分配

反射层对NaI(Tl)闪烁体探测器探测效率的影响

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科技视界 2021年第10期 90-92页

作者：袁航单伟赵梦薇郑晓钟思洁核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213

文章对NaI(Tl)闪烁体探测器的探测效率使用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法进行了模拟计算,在此过程中采用NaI(Tl)闪烁体探测器在实际使用中的封装结构。通过改变反射层的材料以及反射层的厚度(从0.1 cm到0.3 cm),得到不同反射层厚度下的仿... 详细信息

文章对NaI(Tl)闪烁体探测器的探测效率使用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法进行了模拟计算,在此过程中采用NaI(Tl)闪烁体探测器在实际使用中的封装结构。通过改变反射层的材料以及反射层的厚度(从0.1 cm到0.3 cm),得到不同反射层厚度下的仿真结果,计算出了NaI(Tl)闪烁体探测器的绝对探测效率(Absolute Detection Efficiency,ADE)以及全能峰效率(Full Energy Peak Efficiency,FEPE);根据计算得出的结果,绝对探测效率会随着反射层厚度的增加而增加,同时全能峰效率的变化趋势与绝对探测效率的变化相反。为了平衡绝对探测效率以及全能峰效率,建议选择0.1 cm厚度的反射层。

关键词： Monte Carlo NaI(Tl) 反射层探测效率

一款32~38 GHz毫米波宽带低噪声放大器的仿真设计

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科技视界 2021年第12期 107-111页

作者：单伟袁航钟思洁郑晓赵梦薇中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213

毫米波电子系统在雷达与卫星通信、电子对抗、遥测遥感、航天测控等通信接收系统领域有着广泛的应用。其中,低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)作为毫米波通信系统前端接收机的第一级关键电路,在工作带宽内将前端接收到的微弱信号... 详细信息

毫米波电子系统在雷达与卫星通信、电子对抗、遥测遥感、航天测控等通信接收系统领域有着广泛的应用。其中,低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)作为毫米波通信系统前端接收机的第一级关键电路,在工作带宽内将前端接收到的微弱信号进行放大,并在抑制信号噪声干扰、降低噪声系数,提高接收灵敏度起着至关重要的作用。文章研究设计了一款工作频率范围为32~38 GHz的低噪声放大器,该放大器采用赝同晶型高电子迁移率晶体管(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT)三级级联的电路结构,并采用自偏压供电。在级联的输入端通过匹配网络实现最佳噪声反射系数,在级联的输出端通过匹配电路保证高增益和最大功率传输。末级利用高通滤波器实现增益平坦性,利用电阻网络调节输出驻波比。通过仿真分析表明,该低噪声放大器在32~38 GHz工作频率范围内的噪声系数NF≤2 dB,带内增益G≥20.5 dB,输入与输出回波损耗RL≤9.5 dB。

关键词：毫米波低噪声放大器带宽收发机

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模块式小型堆多样性保护系统研究与设计

核动力工程 2022年第S2期43卷 228-233页

作者：朱攀习蒙蒙许东芳邱志方刘宏春钟思洁党高建中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

对模块式小型堆多样性保护系统(RDA)的关键技术进行了研究和分析论证,首次采用基于概率论与确定论相结合的多样性保护信号设计方法,对保护信号整定值及延迟时间的确定进行了深入研究,实现了保护信号设置最小化和保护功能最大化;同时在RD... 详细信息

对模块式小型堆多样性保护系统(RDA)的关键技术进行了研究和分析论证,首次采用基于概率论与确定论相结合的多样性保护信号设计方法,对保护信号整定值及延迟时间的确定进行了深入研究,实现了保护信号设置最小化和保护功能最大化;同时在RDA设计中全面应用多样性和独立性设计技术,构建了高可靠、低误动率的系统架构,显著提升了模块式小型堆的安全性和经济性,满足核电厂纵深防御和多样性要求,相关技术指标已达到了国际先进水平。

关键词：模块式小型堆多样性保护系统(RDA) 软件共因故障(SWCCF) 纵深防御系统设计

基于BP神经网络的反应堆控制对象智能辨识研究

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科技视界 2021年第12期 112-114页

作者：赵梦薇蒲笑非郑晓袁航钟思洁核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213

反应堆控制对象具有非线性和多变量耦合的特点,为了优化控制效果,首要任务是建立较为精确的对象模型。神经网络作为近几年较为前沿的智能算法,对非线性系统的辨识展现了明显的优越性。BP神经网络是一种多层前馈神经网络,文章基于高功率... 详细信息

反应堆控制对象具有非线性和多变量耦合的特点,为了优化控制效果,首要任务是建立较为精确的对象模型。神经网络作为近几年较为前沿的智能算法,对非线性系统的辨识展现了明显的优越性。BP神经网络是一种多层前馈神经网络,文章基于高功率区小范围变负荷的反应堆运行数据,采用BP神经网络进行数据的训练,对训练好的网络进行测试,仿真结果验证了辨识的有效性。

关键词：反应堆辨识 BP神经网络

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无线通信应用于核安全级网络的初步分析

科技视界 2021年第12期 7-9页

作者：钟思洁单伟蒲笑非赵梦薇王嘉瑞核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610000

基于现有核安全法规标准的要求,分析核安全级仪控通信网络的设计要求,结合无线通信技术的发展和应用现状,开展无线通信技术应用在核安全级仪控通信网络的初步分析研究,得到三个关键问题以及初步解决途径,以便后续进一步研究。

关键词：无线通信核安全级通信网络分析

动植物生物炭对污泥堆肥中重金属和磷协同转化的影响机制

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动植物生物炭对污泥堆肥中重金属和磷协同转化的影响机制

作者：钟思铭广州大学

学位级别：硕士

我国市政污泥产生量大,其兼具污染和资源两大属性,含有难降解有机物、重金属、微塑料、抗生素耐药基因等各种污染物和氮磷等植物营养物质。高温好氧堆肥技术可实现市政污泥的稳定化、无害化、减量化和资源利用化。生物炭在改善堆肥环境... 详细信息

我国市政污泥产生量大,其兼具污染和资源两大属性,含有难降解有机物、重金属、微塑料、抗生素耐药基因等各种污染物和氮磷等植物营养物质。高温好氧堆肥技术可实现市政污泥的稳定化、无害化、减量化和资源利用化。生物炭在改善堆肥环境、促进腐殖化进程和丰富微生物群落结构等方面有积极作用,是一种环境友好型的土壤改良剂。重金属和磷会影响市政污泥堆肥产品质量以及其后续资源化利用的可行性,两者之间的结合机制与腐殖质形成密切相关。然而目前生物炭在市政污泥好氧堆肥过程中对重金属和磷组分协同转化的影响机制尚不明确。本文以市政污泥为堆肥原料,以稻草和麸皮为调理剂,比较添加10%的植物源生物炭（PB）和10%的动物源生物炭（AB）的堆肥效果。通过测定温度、p H值、电导率和有机质含量、结合傅里叶红外光谱（FT-IR）技术综合分析评价污泥高温堆肥的腐殖化进程,采用BCR法和Bowman-Cole法分别分步提取重金属和磷组分以分析其动态变化规律,利用16S r RNA高通量测序技术分析细菌群落结构变化规律,初步揭示动植物生物炭对市政污泥好氧堆肥过程中重金属和磷组分协同转化的影响机制。主要研究内容如下:（1）AB能有效延长堆体嗜温期。生物炭可以加快OM降解,从而促进污泥堆肥腐熟进程,PB能提高腐殖质的芳构化程度和稳定性;而AB能促进腐殖质前体物羧酸的生成和木质纤维素的氧化,在堆肥后期还能刺激醌、酰胺或酮物质的形成。（2）CK有使Zn和Cu从残渣态转化成可氧化态的趋势,不利于重金属的固定,且CK组中的Pb和Cd总含量都为PB和AB组中的1.2倍。Zn和Cu被PB钝化效果明显,其有效态分别减少了39%和55%。AB能加快Pb的可还原态向残渣态的固定进程。AB将Pb的有效态降低了30%,且对Cd总量具有明显的抑制作用,能降低59%。（3）相比CK组中有效磷（AP）保持稳定,PB和AB组分别促进了38%和43%的AP生成。PB和AB组分别在嗜温期和堆肥后期能促进活性有机磷（LOP）和中等活性无机磷（HCl-Pi）向活性无机磷（Na HCO3-Pi）转化,直接导致AP增加。PB也能在堆肥后期通过磷酸酶加快中等活性有机磷（MLOP）矿化成AP。（4）生物炭对促进腐殖化进程的微生物活动有积极作用,PB组的优势菌属Parapedobacter（相对丰度为7.4%）可能是推动了PB在堆肥后期中有机磷的合成的主导细菌。Moheibacter（相对丰度为1.4%）在PB组中作为优势菌属的存在意味着加快腐殖化进程。另外,Luteimonas和Saccharibacteria都在AB组中相对丰度大约为6.5%,Luteimonas可以激活磷酸酶活性,Saccharibacteria与芳香族化合物、酯类、醇类和酮类息息相关。Castellaniella（相对丰度为5.6%）不仅能降解脂肪族碳和芳香族碳,甚至能降解更稳定的聚氨酯和醚类物质。（5）LOP是参与堆肥中Zn、Cu和Pb反应的主要成分,在CK和AB组中更容易与重金属结合成为磷酸盐,而在PB组中重金属的减少会加快LOP的累积。生物炭中的芳香环能促进PB中MROP与Zn水溶态、Zn可氧化态、Cu弱酸提取态和Cu可氧化态结合沉淀。由于堆肥后期AB中的醌类物质增强了电子穿梭介质内的电子传递,AB组中MROP不仅与Pb弱酸提取态结合沉淀,更稳定的重金属Cd水溶态还与HROP结合。

关键词：生物炭市政污泥好氧堆肥重金属磷

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多样化保护系统技术要求研究

科技视界 2021年第4期 42-44页

作者：孙诗炎伍巧凤张隽祺钟思洁王明星核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213

多样化保护系统(Diverse Actuation System,简称DAS)是反应堆一回路仪表与控制系统中重要的组成部分,它在设计始发事故发生后且反应堆保护系统因公因故障而失去保护功能时,代替反应堆保护系统执行相关保护动作,保证反应堆安全。论文通... 详细信息

多样化保护系统(Diverse Actuation System,简称DAS)是反应堆一回路仪表与控制系统中重要的组成部分,它在设计始发事故发生后且反应堆保护系统因公因故障而失去保护功能时,代替反应堆保护系统执行相关保护动作,保证反应堆安全。论文通过对相关标准的分析,并结合已有的工程项目实践,对多样化保护系统设计中系统定位、系统功能安全等级和设备质量鉴定、设计准则等方面的技术要求进行了研究。

关键词：多样化保护系统(DAS) 系统定位安全等级质量鉴定设计准则

黄化茶树种质资源性状调查及相关CABs基因挖掘

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黄化茶树种质资源性状调查及相关CABs基因挖掘

作者：钟思彤福建农林大学

学位级别：硕士