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物质存量视角下中国农村家庭不平等研究

物质存量视角下中国农村家庭不平等研究

作者：杨女杰齐鲁工业大学

学位级别：硕士

家庭是消费的基本单位,是经济活动的重要组成部分,也是生态环境影响的重要贡献者。家庭中的住宅建筑和家庭耐用品以物质存量的形式支撑着现代社会的许多基本功能,如住房、通信、交通和娱乐。耐用产品的数量和质量可用于评估社会所需的... 详细信息

家庭是消费的基本单位,是经济活动的重要组成部分,也是生态环境影响的重要贡献者。家庭中的住宅建筑和家庭耐用品以物质存量的形式支撑着现代社会的许多基本功能,如住房、通信、交通和娱乐。耐用产品的数量和质量可用于评估社会所需的功能或服务,作为衡量社会福祉的替代变量。随着我国乡村振兴和新型城镇化的推进,农村家庭物质存量正处于高度动态及不平等发展状态。从物质存量的视角研究农村家庭发展的不平等,对推进农村物质资源的可持续发展以及推动共同富裕具有重要意义。本研究基于微观农户面板调查数据,采用自下而上的存量核算方法,量化分析了我国农村家庭物质存量强度以及时空分布格局。其次,在家庭物质存量的数据基础上,通过洛伦兹曲线和基尼系数表征及量化了我国农村家庭的不平等程度和变化趋势。此外,通过构建影响家庭物质存量的回归模型,运用Shapley值分解法量化分析了导致我国农村家庭物质存量不平等形成的原因。主要结论包括:(1)我国农村家庭总物质存量经历了2007-2015的快速增长到2015-2018的缓慢增长且趋于饱和的趋势,由2007年的130.6吨/户增加到2018年的230.8吨/户,年均增长率为5.3%。家庭住宅建筑、家电设备、交通工具物质存量分别从2007年的130.4吨/户、114.8千克/户、64.3千克/户增长到2018年的230.0吨/户、245.5千克/户、568.9千克/户。总体而言,住宅建筑及家电设备物质存量已趋于饱和,但交通工具仍在持续增长,且有较大增长潜力。对空间格局的分析表明,从2007年到2018年,我国农村家庭总物质存量的东西差距在缩小,而南北差距在扩大。(2)住宅建筑和家电设备物质存量不平等程度11年间持续平稳下降,基尼系数从2007年的0.468和0.419分别降至2018年的0.438,0.345。交通工具物质存量基尼系数在2007-2011略微上升,后持续下降。截至2018年,交通工具的基尼系数仍为0.710,显著高于其他两类物质,呈现出较大的不平等性。(3)家庭的属性特征,如人均收入、非农就业、家庭规模、平均年龄、抚养比、教育程度和村庄距乡镇政府的距离对家庭总物质存量和特定类型的物质存量有显著影响。其中,人均收入和家庭规模是造成家庭人均住宅建筑及家电设备物质存量不平等的重要影响因素。家庭平均教育年限是导致家庭人均交通工具物质存量不平等的最大因素。基于以上结论,本文从存量的回收再利用、资源协调、以及减少家庭间不平等角度提出了具有针对性的政策建议。本研究从物质存量的视角出发,通过核算我国农村家庭物质存量并刻画其时空格局,补充和丰富了微观层面的社会物质代谢研究数据。此外,将家庭物质存量引入不平等的衡量体系中,突破了以往从经济、能源、碳足迹数据等角度研究的限制,为家庭间不平等的衡量提供了一种补充方法。

关键词：物质存量不平等度量微观层面时空格局 Shapley值分解法

基于多孔介质流的聚合物驱油模型的非线性保正格式

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基于多孔介质流的聚合物驱油模型的非线性保正格式

作者：李海洋齐鲁工业大学

学位级别：硕士

聚合物驱油技术被我国各大油田用来解决早期开采区域的剩余油驱替问题,其数学模型建立在多孔介质流的数学物理知识与角点网格对于油藏复杂地下情况的精确模拟之上。由于传统的方法不满足离散的极值原理,在进行油藏模拟数值实验时,实验... 详细信息

聚合物驱油技术被我国各大油田用来解决早期开采区域的剩余油驱替问题,其数学模型建立在多孔介质流的数学物理知识与角点网格对于油藏复杂地下情况的精确模拟之上。由于传统的方法不满足离散的极值原理,在进行油藏模拟数值实验时,实验结果会出现明显的振荡。本文利用极值原理来证明聚合物驱油模型中各方程的保正性,通过构造非线性保正格式来消除这种振荡,并用连续的极值原理证明构造格式的保正性。本文利用扩散方程非线性保正格式的改进方法来构造压力方程的保正格式,在一般星形多边形网格上构造格式,巧妙地利用几何关系,利用块中心上的未知量和辅助变量构造流量,通过插值消去辅助变量,得到压力方程的保正格式并证明其保正性。对饱和度方程构建隐式上游格式并证明其保正性,对组份浓度方程参考上述两种方程的构造思路来进行保正格式的构造并证明其保正性。将保正格式应用到程序当中,通过数值实验来验证保正格式相比原格式能够得出更好的模拟结果。

关键词：多孔介质流油藏数值模拟聚合物驱油模型非线性保正格式

纳米热处理黄铁矿催化电芬顿处理模拟废水和垃圾渗滤液性能研究

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纳米热处理黄铁矿催化电芬顿处理模拟废水和垃圾渗滤液性能研究

作者：谭宇齐鲁工业大学

学位级别：硕士

近年来我国的工业化和社会经济发展迅速,居民对生活物质的需求和消耗不断增加,导致城市生活垃圾的产量迅速增长。目前生活垃圾无害化处理主要有焚烧、卫生填埋和堆肥等方式,其中卫生填埋是最为普遍的处理方式,由此产生的垃圾渗滤液也成... 详细信息

近年来我国的工业化和社会经济发展迅速,居民对生活物质的需求和消耗不断增加,导致城市生活垃圾的产量迅速增长。目前生活垃圾无害化处理主要有焚烧、卫生填埋和堆肥等方式,其中卫生填埋是最为普遍的处理方式,由此产生的垃圾渗滤液也成为亟待解决的问题。垃圾渗滤液通常含有高浓度的COD、氮磷及重金属等污染物,直接排放会对水环境和土壤等造成污染,严重影响生态环境和人类健康。垃圾渗滤液处理方式主要有微生物降解、物理吸附和膜技术、混凝絮凝、化学沉淀和高级氧化技术等,但普遍存在试剂用量和污泥产量大,膜污染严重等问题。使用纳米热处理天然黄铁矿催化的电化学高级氧化技术处理垃圾渗滤液,能够提高降解效率,并且减少催化剂和氧化剂使用量。本文主要研究了热处理改性的黄铁矿催化电芬顿(EF)处理模拟罗丹明B(Rhb)废水、腐殖酸(HA)废水和垃圾渗滤液。表征了热处理黄铁矿,并探究黄铁矿的热处理温度,阳极种类、电流密度、催化剂浓度和p H对Rhb和HA的降解影响,分析阳极种类和电流密度分别在Rhb降解中的电流矿化效率(MCE)和HA废水处理中的能耗比(EC),最后处理并分析该工艺对垃圾渗滤液处理的可行性。主要研究结果如下:(1)将热处理后的黄铁矿球磨至纳米颗粒,并进行了表征。结果表明:热处理增大了黄铁矿的比表面积,并在700℃时取得最大值为21.69 m/g。对黄铁矿(Py)热处理600℃时得到的样品(Py6)未发生相变,二者呈现颗粒状结构。700℃时样品(MPy)开始相变,表现为黄铁矿和磁黄铁矿的复合物,呈现块状且表面覆盖粉末颗粒。温度800℃时样品(Pyr)完全相变为磁黄铁矿,多为块状结构。样品Py、Py6、MPy和Pyr中均存在Fe-S键、Fe-SO键、Fe-O-OH键,其中Fe-S和Fe-SO键力常数在热处理过程中发生明显变化。样品Py和Py6中的亚铁主要分布在结合能710e V,硫元素主要以硫酸根的形式存在。MPy和Pyr中的亚铁离子主要分布在结合能为710和707e V,而硫元素主要以多硫化物的形式存在。表征结果说明热处理成功的使黄铁矿发生相变,导致黄铁矿的外貌形态发生变化,并增大了相对比表面积。化学键的力常数改变,提高了饱和磁化率和亚铁离子相对质量分数,使硫酸根向多硫化物发生转变。(2)纳米热处理黄铁矿催化电芬顿工艺降解Rhb废水实验中,黄铁矿催化EF体系降解性能高于电催化和传统EF,其中热处理黄铁矿催化剂降解性能顺序为MPy>Py6>Py>Pyr。在优化操作条件下(BDD阳极、1 g/L MPy、30 m A/cm、p H5),Rhb降解了97.85%。证明热处理改善了黄铁矿的化学活性,更多的亚铁和多硫化物含量能够提高芬顿反应速率,纳米颗粒克服了催化剂分散性不足的问题。增加催化剂浓度能够提供更多的亚铁离子提升芬顿氧化速率,并且在酸性条件下,催化剂得到了充分地循环和催化。由于BDD阳极能够产生并物理吸附更多的异质羟基自由基(HO),并间接促进硫酸盐自由基(SO)的生成,使得BDD表现出比DSA和Graphite更高的MCE和更低的衰减。Rhb的降解速率随电流密度的增加而增加,但过高的电流密度会导致体系中活性氧的自我消耗。低电流密度下MCE更高,但MCE衰减更大,而且Rhb去除率更低。在电流密度为30 m A/cm时得到相对较低的MCE的衰减,并且矿化了77.06%的TOC。在五次循环使用后,磁性黄铁矿的催化能力没有明显损失。反应后的磁性黄铁矿相变回黄铁矿,铁元素的相对含量没有明显下降,但硫的损失较大。由于体系中HO是主要的活性氧物质,其次为SO,因此硫的损失对催化剂的性能影响较小,最后提出了MPy-EF体系中可能的催化机理。(3)纳米热处理黄铁矿催化电芬顿工艺降解HA废水实验中,催化剂性能顺序为MPy>Pyr>Py6>Py,在最佳条件下(BDD阳极、30 m A/cm、1 g/L MPy、p H2.5),HA中的TOC去除了90.63%,并且得到了更低的能耗比。热处理黄铁矿中更多的亚铁离子和多硫化物含量能够显著提升黄铁矿的催化活性,更高的比表面积和磁化率还能增强催化剂的吸附和化学沉淀作用,进一步促进HA的去除。MPy浓度和p H对HA的降解影响显著,提高催化剂的浓度能够显著加快促进HA的分解和化学沉淀,低p H能够有效减少铁离子的沉降,和促进阴极过氧化氢的生成。由于BDD阳极能够产生更多的活性氧物种,使得BDD表现出比DSA和Graphite更好的阳极氧化能力。HA废水中TOC的去除率随电流密度的增加而增加,但过高的电流密度会导致更高的EC,最终在电流密度为30 m A/cm时获得了更快的降解速率和相对较低的EC。最后使用优化的EF-MPy工艺处理垃圾渗滤液,6 h内TOC和COD分别去除了70%和66%,并且提升了垃圾渗滤液可生化性。

关键词：纳米黄铁矿热处理电芬顿电催化罗丹明B 腐殖酸垃圾渗滤液

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新时代乡村文化振兴研究

新时代乡村文化振兴研究

作者：李静齐鲁工业大学

学位级别：硕士

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基于内容热度预测的边缘缓存策略研究

基于内容热度预测的边缘缓存策略研究

作者：赵禹涵齐鲁工业大学

学位级别：硕士

当前移动数据流量的爆炸式增长以及各行各业的新型应用对于网络传输性能愈发严苛的需求,已经促使移动互联网通过结合云计算、边缘计算等新的服务模式产生愈发旺盛的活力。边缘计算作为云计算的重要补充,其核心价值在于分担云端节点的压... 详细信息

当前移动数据流量的爆炸式增长以及各行各业的新型应用对于网络传输性能愈发严苛的需求,已经促使移动互联网通过结合云计算、边缘计算等新的服务模式产生愈发旺盛的活力。边缘计算作为云计算的重要补充,其核心价值在于分担云端节点的压力,将请求应答、内容存储、需求计算等功能下沉到网络边缘(如区域基站、移动终端设备等),就近为各类终端用户提供更加快速的服务,同时减轻回程链路压力,从而达到提升整体服务性能的目的。传统的主动缓存模型在面对指数级增长的用户请求时,往往无法兼顾用户服务体验与整体资源开销。而在当前边缘计算网络架构下,缓存策略部署在边缘端这一分布式特性与对边缘节点处用户个体数据差异进行本地训练二者完美契合。因此提前通过用户本地历史数据对用户端内容热度(Content Popularity)进行分析与预测,不但将加深社交用户行为的认识、理解社交现象、指导应用设计,强化社会稳定与舆情分析引导,同时将在一定程度上缓解包括边缘端服务器与基站在内的网络配套资源分配窘境,优化用户服务体验质量,进一步促进移动互联网内容生态发展。目前内容热度演进规律与预测相关领域的研究,大都未能精确揭示信息传播过程中其热度随时间不断发生变化的客观规律,内容热度预测(Popularity Prediction)问题缺乏更深层次的研究,从而导致预测精度与准确性较低。该问题是一项具有挑战性的工作,具有演进模式复杂、预测过程中多重因素交互影响、等重要挑战。本文将围绕上述两方面的挑战,针对典型移动边缘网络场景开展基于内容热度预测的边缘缓存算法优化研究,主要工作和创新点如下:第一,针对当前移动边缘计算环境下缓存以及内容热度预测关键技术进行系统归纳回顾与研究热点总结,通过概述边缘缓存与热度预测应用的优缺点与当前挑战,优化当前边缘计算环境下的内容热度预测策略。第二,针对典型移动边缘网络区域内基站的通信资源有限以及用户请求内容动态变化的问题,提出了区域内基于内容热度聚合的边缘缓存部署策略,通过部署联邦学习实现用户个人偏好信息的高效聚合,用于解决移动边缘网络中内容热度分布变化的问题。以最小化系统传输开销为目标,将动态网络环境下的区域内边缘缓存部署和内容热度探知问题构建为场景优化模型。第三,针对典型移动场景下内容热度演化模式分析以及传统工作对演化模式缺乏基本认识的问题,提出了基于用户偏好学习、自适应情境空间划分的新型联邦学习内容热度预测策略。该策略可在视频内容事前统计数据缺失的情况下进行高精度的内容热度预测。同时通过量化内容热度和用户偏好关系,有效降低系统整体计算复杂度和传输资源开销。相较于传统内容热度预测方法,本文提出的内容热度预测方案能实现更高的预测精度与更优的缓存性能。

关键词：边缘缓存联邦学习内容热度预测

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双曲型方程基于POD方法的降阶外推模型

双曲型方程基于POD方法的降阶外推模型

作者：余昌彪齐鲁工业大学

学位级别：硕士

特征正交分解(Proper orthogonal decomposition,简记为POD)作为一种高效降维方法,它与一些数值方法结合能起到快速求解偏微分方程数值解的效果,被广泛应用于实际工程问题。本文主要研究线性四阶双曲方程和一类非线性阻尼Boussinesq方... 详细信息

特征正交分解(Proper orthogonal decomposition,简记为POD)作为一种高效降维方法,它与一些数值方法结合能起到快速求解偏微分方程数值解的效果,被广泛应用于实际工程问题。本文主要研究线性四阶双曲方程和一类非线性阻尼Boussinesq方程的混合有限元(mixed finite element,简记为MFE)方法中未知解系数向量的降阶外推(Reduced-order extrapolation,简记为ROE)方法。为此,首先推导了这两个方程的MFE方法的矩阵模型以及MFE矩阵模型解的存在性和稳定性。其次,借助MFE解的前几个系数向量产生两个POD基向量,并利用POD基向量建立了矩阵形式的ROEMFE模型,并利用矩阵理论证明了ROEMFE解的存在性、稳定性和误差估计,使理论分析变得非常简洁。特别地,在非线性阻尼Boussinesq方程的研究中,原始变量和中间变量的性质被同时导出,使理论得到了良好的发展。最后,数值实验表明ROEMFE方法与MFE方法的误差阶基本相同,但ROEMFE方法能大大地减少自由度,以至于CPU运行时间上ROEMFE方法确有极大的优势,从而证明ROEMFE方法用于求解类似于四阶双曲型方程的时间相关方程是非常有效的。

关键词：系数向量降阶外推法特征正交分解混合有限元方法四阶双曲型偏微分方程

差分隐私约束下信息物理系统隐蔽性攻击检测算法研究

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差分隐私约束下信息物理系统隐蔽性攻击检测算法研究

作者：吴法宗齐鲁工业大学

学位级别：硕士

信息物理系统(Cyber-Physical System,CPS)是一种同时具备计算、控制与通信能力的高维度复杂系统,其通过计算能力与物理世界的紧密结合实现两者的协同演化。CPS具备精细感知、实时响应、全面集成与自主控制等优良特性,并已广泛部署于智... 详细信息

信息物理系统(Cyber-Physical System,CPS)是一种同时具备计算、控制与通信能力的高维度复杂系统,其通过计算能力与物理世界的紧密结合实现两者的协同演化。CPS具备精细感知、实时响应、全面集成与自主控制等优良特性,并已广泛部署于智能电网、智慧交通、智慧医疗和工业互联网等影响国计民生的重要领域。然而,CPS的强开放性使得其存在敏感信息泄露风险,同时恶意攻击者也可利用此漏洞入侵CPS并实施隐蔽性攻击,影响系统稳定运行。差分隐私是一种非密码学的数据隐私衡量标注,近年来在CPS领域获得了较多应用,但该方法引入的信息不确定性会降低CPS的状态估计和控制性能,且为错误数据注入攻击等安全威胁预留了更大的隐蔽空间。差分隐私机制的核心在于在发布信息中加入随机噪声,以很小的统计信息损失为代价保护个体隐私。然而,额外噪声的可使状态观测随机性变大,进而导致状态估计失准的风险增高;与此同时,为避免系统未受错误数据注入攻击下的误报率过高,系统需要开放更大的检测阈值以减弱差分隐私引入噪声的影响。在此情形下,攻击者可以更容易以绕过检测注入错误数据并将系统状态演进到攻击者期望的状态,从而使得系统资源优化失效或控制失调。因此,研究差分隐私约束下的CPS的安全防御问题具有重要意义。现在CPS研究主要侧重在安全防御与弹性估计方面,而考虑隐私保护机制影响的成果较少,且已有的方法仍存在以下不足:1)对隐私保护程度与控制性能损失之间的量化关系不明确;2)对隐蔽性攻击的建模泛化能力不足,使得设计的攻击模型只能针对特定的攻击目标进行破坏;3)设计的攻击检测机制与CPS的解耦能力不足,使得其严重影响控制性能;为克服以上不足,在现有研究的基础上,本文将上述问题转化为隐私与控制性能权衡、隐私与攻击检测权衡、隐私与估计性能权衡问题,并分别设计了相应的算法。具体包括以下几个方面:1.针对隐私与控制性能的权衡问题,分析了CPS中实现差分隐私的具体形式;设计了差分隐私约束下的最优线性二次高斯控制器并得到了隐私保护性能和系统控制性能的显示表达;设计了融合差分隐私和伪随机数发生器的隐蔽性攻击检测方案,实现可变隐私预算下的错误数据注入攻击检测。2.针对差分隐私与检测性能的权衡问题,建立了差分隐私约束下隐蔽性攻击的模型,对隐私约束下最大化攻击期望问题进行求解得出了隐蔽性攻击的最优攻击策略;设计了一种基于辅助矩阵的隐蔽性攻击检测机制以在不降低系统估计性能的前提下实现对错误数据注入攻击进行有效检测。在此检测机制的基础上,为优化估计性能,设计了最小化差分隐私噪声方案,通过卷积测量噪声与隐私噪声,在保证隐私保护效果的前提下减少了每个时刻加入的隐私噪声规模;设计了差分隐私噪声周期性调度策略,建立了隐私噪声和二次成本函数之间的对应关系,并降低了一个周期内的隐私噪声总量,从而系统性地降低差分隐私机制给系统估计性能带来的负面影响。最后,对本论文的研究内容和结论进行了总结,并对未来可能进行的进一步研究进行了展望。

关键词：信息物理系统差分隐私隐蔽性攻击攻击检测弹性状态估计

山东典型地区大气挥发性有机物的污染特征及其环境效应评估

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山东典型地区大气挥发性有机物的污染特征及其环境效应评估

作者：李子昂齐鲁工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着经济发展速度加快,大气污染类型逐渐向区域型、复合型转变,雾霾污染和臭氧污染加剧。挥发性有机化合物(VOCs)作为二次有机气溶胶(SOA)和O形成的前体物,越来越受到人们的重视。为了研究山东地区挥发性有机物的污染特征和环境... 详细信息

近年来,随着经济发展速度加快,大气污染类型逐渐向区域型、复合型转变,雾霾污染和臭氧污染加剧。挥发性有机化合物(VOCs)作为二次有机气溶胶(SOA)和O形成的前体物,越来越受到人们的重视。为了研究山东地区挥发性有机物的污染特征和环境效应,选择省会济南与工业发达城市淄博,针对大气VOCs进行连续在线监测,分析VOCs浓度特征、来源、健康风险评估、SOA生成潜势,臭氧生成潜和L贡献,并利用熵值法对两地进行环境效应评估。可以了解到山东地区的主要污染物排放来源和分布情况,从而针对性地制定控制政策和减排措施,实现减少污染物排放、改善空气质量的目标。(1)本研究中济南站点烷烃贡献最高,其次是卤代烃、OVOCs、烯烃。济南大气中的优势物种主要为C2～C5烷烯烃类、一氯甲烷以及乙炔等。OVOCs为淄博站点主要贡献组分,受工业园区影响,淄博VOCs浓度水平明显高于济南。时间变化上,济南TVOCs日变化在夜间(18:00-06:00)呈上升趋势,在早高峰(8:00-9:00)达到峰值,随后在白天由于光化学反应增强,浓度逐渐下降到谷底(16:00)。烷烃、卤代烃和乙炔以及气态污染物NO表现出的日变化趋势与TVOCs相似。淄博站点受工业生产规律及早晚交通排放影响,VOCs日变化呈现夜高昼低的规律,淄博站点VOCs大多在黎明时段(3:00-6:00)出现峰值,这可能是工业园区内个别企业晚间偷排导致了污染物的积累。(2)通过特征物种比值分析和PMF模型对济南VOCs来源进行综合判定,发现交通排放是济南站点大气VOCs的主要来源,工业源和燃烧排放对济南大气VOCs的浓度也存在重要的影响。淄博特征物种比值大部分处于工业排放区间内,说明工业排放对该地区VOCs贡献较大。(3)健康风险评价表明济南非致癌风险可忽略不计,淄博站点会对周边暴露人群产生非致癌风险,主要的非致癌风险物种是丙烯醛,其次为丙醛;两城市致癌风险均超过EPA所推荐的安全阈值,济南站点主要致癌物种为1,2-二氯乙烷和1,2-二氯丙烷,1,2二氯丙烷为淄博站点的主要致癌物种,其次为1,3-丁二烯和萘。(4)淄博站点臭氧生成潜势、OH消耗速率以及二次有机气溶胶生成潜势均高于济南站点。济南站点L和OFP的最大贡献物种为烯烃,其次为烷烃与芳香烃。OVOCs是淄博站点OFP和L的主要贡献组分,其次是芳香烃和烯烃。两城市芳香烃对SOA的贡献最为显著,是优先控制组分。(5)本研究通过熵值法对两市VOCs物种进行控制等级分级,进而进行综合环境评估。济南市优先控制污染物为甲苯、间/对-二甲苯、苯,淄博站点优先控制污染物为苯甲醛、丙醛。结合综合环境评估结果,芳香烃是两城市中综合环境效应影响均排名前列的组分,是两城市需要重点管控组分。

关键词：挥发性有机物污染特征来源解析健康风险评价综合环境效应评估

基于合作机会路由的水下无线传感器网络优化研究

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基于合作机会路由的水下无线传感器网络优化研究

作者：李朋飞齐鲁工业大学

学位级别：硕士

海洋对人类来说影响重大,中国又有着十分广阔的海洋国土,发展海洋技术具有重大意义。近年来,随着无线组网技术的发展,基于水声通信的水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)也成为了一个研究热点。UWSNs是物联... 详细信息

海洋对人类来说影响重大,中国又有着十分广阔的海洋国土,发展海洋技术具有重大意义。近年来,随着无线组网技术的发展,基于水声通信的水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)也成为了一个研究热点。UWSNs是物联网在水下场景中的应用,是深层次认识海洋的重要技术手段,是由大量具有声通信和数据处理能力的水下传感器节点组成的多跳数据传输网络。然而,水下通信环境恶劣,水声信道具有传输延时高、可用带宽窄、多径影响严重、环境噪音大等特点,对UWSNs的网络传输性能造成了极大影响。针对水声信道存在的传输可靠性差、传播速度慢的问题,本文以UWSNs的路由层作为研究对象,旨在改进传统的机会路由协议,减少节点间数据传输的时延,提高数据传输的可靠性。论文主要研究内容如下:第一,从拓扑结构、候选节点集的构建方式、候选节点协调发送机制以及度量策略四个方面对水下机会路由协议展开了比较分析,并总结了水下数据传输中常见的节点空洞、绕远路和负载不均衡问题。第二,提出了一种基于链路质量估计器的可靠性水下机会路由协议(Link Quality Estimator based Opportunistic Routing protocal,LQEOR)。本协议中选取软件和硬件度量相结合的方式为每一跳传输链路构建了基于模糊计算规则的链路质量估计器,以链路质量数值作为候选节点的度量信息,并采用数据包应答模式来进行候选节点间的协调发送。在Aqua-Sim仿真平台上分析了不同平滑指数下链路质量估计器对网络性能的影响,然后对比分析了AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)、Ex OR(Extremely Opportunistic Routing)和LQEOR。结果显示LQEOR协议的可靠交付率高于AODV和Ex OR,但是在密集型网络中,LQEOR协议具有较高时延。第三,分析了LQEOR协议的不足之处,建立性能优化算法。结合蚁群算法进行路由发现,采用与距离呈负相关的信息素浓度,以链路质量数值作为启发性信息,本文提出合作机会路由协议(Link Quality estimator based Cooperative Opportunistic Routing protocol,LQCOR)。该协议选取合作节点为链路质量较差的单跳间提供协同传输。由仿真结果可知,LQCOR协议解决了路由协议中经常出现的负载不均衡、数据传输绕远路和节点空洞问题,可以平衡可靠交付率和平均端到端时延等多种性能指标,使密集型网络传输性能得到提升。

关键词：水下无线传感器网络机会路由协议链路质量估计器合作节点