规模型泛在系统非基于领域知识的自演化与自导向诊断研究.doc
《规模型泛在系统非基于领域知识的自演化与自导向诊断研究.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《规模型泛在系统非基于领域知识的自演化与自导向诊断研究.doc(32页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、目录摘 要IABSTRACTII1绪论21.1研究背景和意义21.2应用领域32物联网技术及泛在网络42.1物联网相关介绍42.2物联网相关的构架与关键技术42.2.1物联网架构42.2.2在物联网应用中有三项关键技术52.3泛在网络未来物联网的发展方向62.3.1泛在网络几类重要技术63无线传感网73.1无线传感网络的介绍73.2无线传感网关键技术73.3节点定位技术83.4无线节点的覆盖和冗余的多重覆盖93.4.1网络覆盖和覆盖重数93.4.2覆盖控制算法103.5动态拓扑的无线传感网113.5.1无线传感网动态拓扑变化(节点的自导向)114网络智能再生机制134.1拓扑维护的定义134.
2、1.1设计需要面对的问题144.2拓扑维护模型144.2.1拓扑维护策略164.3故障管理174.3.1故障检测与诊断184.3.2故障恢复194.4具体机制实现过程19结论24致谢25参考文献26摘要随着电子技术的快速发展,物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用也得到了快速的发展。无线传感网络集成了微机电技术、片上系统、无线通信、低功耗嵌入式技术,并以其自组织、分布式、低成本的成本带来了一场革命。为了提高无线传感网络可靠性、可生存能力以及能耗均衡,实现大规模下无线网自组织,自演化的功能。本文完成了对物联网相关知识概念进行了解并针对无线传感网的大规模、自组织、动态性、可靠性
3、进行了学习和研究,根据其自组织、网络动态性以及对可靠性的要求提出了针对在复杂的野外环境下网络智能再生机制、以及系统自演化和节点自导向方法。关键字:物联网;无线传感网;自演化;网络智能再生ABSTRACTWith the rapid development of electronic technology, networking through intelligent perception, recognition technology and ubiquitous computing, ubiquitous network integration has also been a rapid a
4、pplication development. Wireless sensor networks integrate MEMS technology, on-chip systems, wireless communications, low-power embedded technology, and its self-organization, distributed, low-cost cost brought about a revolution. Wireless sensor networks in order to improve reliability, survivabili
5、ty and energy balance, to achieve large-scale wireless networks under self-organization and self-evolution function. This paper completed the things related to the concept of knowledge to understand and for large-scale wireless sensor networks, self-organizing, dynamic, reliability studies and resea
6、rch carried out in accordance with its self-organization, network dynamics and reliability requirements proposed against the wild environment in a complex network intelligence regeneration mechanisms, and system self-evolution and self-node-oriented approach.Keywords:Internet of Things; wireless sen
7、sor network; self-evolution; Network intelligence regeneration28规模型泛在系统非基于领域知识的自演化与自导向诊断研究引言2009年8月上旬温家宝总理在无锡视察时指出,要在激烈的国际竞争中,迅速建立中国的 传感信息中心或感知中国中心。为认真贯彻落实总理讲话精神,加快建设国家感知中国示范区(中心),推动我国传感网产业健康发展,引领信息产业第三次浪潮,培育新的经济增长点,增强可持续发展能力和可持续竞争力,新的物联网技术势必会推动社会的经济快速发展。科学有效的碳排放与碳汇监测将提升我国在应对全球气候变化的国际事务中的话语权,并为国家发展低
8、碳经济提供科学依据。由于城市和森林生态系统的时空异质性和尺度复杂性,大范围、长期、持续、同步监测城市和森林生态关键指标存在困难。作为沟通物理世界和数字世界的桥梁,无线传感网在碳排放和碳汇监测中具有得天独厚的技术优势。开展大规模传感网的基础理论与关键技术研究,构建相应的典型应用系统,可以为碳排放与碳汇监测向多站点联合、多系统组合、多尺度拟合、多目标融合的方向发展创造条件。当前典型无线传感网系统的总规模不超过数百个节点,通常仅覆盖一个或几个较小的试验性区域,仅支持几跳甚至单跳数据收集;受制于能量效率、系统管理和网络维护技术,传感网可持续运转时间也无法满足对城市和森林进行长期持续监测的需求。1绪论有
9、关本课题所提到的概念:规模性泛在系统:这里应用背景是森林碳排放的监测,不是几百个或是几千个节点就可以的,而是要覆盖到整个森林,是一个大规模的无线传感网,而且应用的环境也非常的复杂,这对整个网络的连通性或是数据的可靠实时性提出了新的要求。非基于领域知识:领域知识就是对某一方面或是方向学科现有的策略、知识或是方法进行总结,形成一个库,对解决一个问题来说,可以从整个库出发,来搜索出合适的解决方案;而非基于领域知识,不是基于现有的策略,而是提出一种新的解决方案,让整个网络以最快的响应速度解决问题,恢复网络的连通性。自演化与自导向:自演化是针对整个网络结构来说的,自演化是指网络在受到攻击、节点的过多死亡
10、或是随着时间的延长和各种原因使网络拓扑结构不是最优的情况,网络本身的一种网络重构或是网络优化的机制。自导向是针对节点来说,当单个节点失效时,周围冗余节点能快速的做出反应,代替失效节点,而不是通过网络自身的宏观调控的结果。1.1研究背景和意义无线传感器网络最初是美国军方研究的一种探测地方信息的系统,在越战期间发挥了重要的作用,接下来研制了分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。随着技术的深入研究,引起了国际上巨大的反响,并被认为是继互联网之后的第二大网络。其经历了几个阶段的发展形成了现有的规模,第一代只是简单的点对点的传感器网络;第二代采用串、并口与传感器相连的网络;第
11、三代是智能化多感知的传感网;第四代正是现在研究的自组织自演化的无线传感网。无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量低成本且具有传感和无线通信能力的传感器节点(有些节点具有数据处理的功能),它们通过自组织方式形成的网络。它不同于基站或是移动路由器等基础通信设施,通过特定的协议自组成起来形成网络。它们能够实时监测、感知和采集节点覆盖区域内的各种环境属性或监测对象的信息,并对这些信息进行传输,使用户在任何时间、任何地点和任何环境条件下(尤其是适合无线通信条件下)获取大量需要的而且可靠地信息。无线传感器网络通过不同传感器的集成化微型节点相互协作,从而对作用目标进
12、行监测,即感知或采集覆盖区域环境或监测对象的信息,最终将处理后的信息传送到目标用户终端或系统,完成这类应用。由于无线传感器网络所具有的众多类型的传感器,可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。在目标跟踪、生态观测、环境监测、医疗健康、结构化监测、火山观测等方面的广阔应用前景,使得无线传感网络成为学术界高度关注的热点研究领域。1.2应用领域由于无线传感网的特性,使它在各个学科都有建树:环境监测:随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利,并
13、且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。军事领域:由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。其他用途:WSN还被应用于一些危险的工业环境如井矿、核电厂等,工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域,英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试,该网络由40台机器上的210个传感器组成,这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本,同时由于可以
14、提前发现问题,因此将能够缩短停机时间,提高效率,并延长设备的使用时间。尽管无线传感器技术仍处于初步应用阶段,但已经展示出了非凡的应用价值,相信随着相关技术的发展和推进,一定会得到更大的应用。正是无线传感网络的潜力巨大,需要其强大的自组织、网络动态性以及对可靠性的要求提出了针对在复杂的野外环境下网络智能再生机制、以及系统自演化和节点自导向方法。2物联网技术及泛在网络2.1物联网相关介绍物联网是新一代信息技术的重要组成部分。所谓物联网就是指任何物体之间相连的互联网。这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍旧是互联网,是在现有互联网的基础上的延伸和扩展的网络;其二,其网络末端延伸到了任何物品与物品之
15、间,进行信息交换和通信。详细的说就是通过二维码识读设备、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。因为拥有了众多领域的知识的支撑,智能、先进、互联也变成物联网的显著特点。物联网是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是互联网发展的业务和应用。因此,应用创新是物联网发展的核心,其应用的范围也覆盖了大部分的领域。物联网主要解决
16、物品与物品(Thing to Thing,T2T),人与物品 (Human to Thing,H2T),人与人(Human to Human,H2H)之间的互连。但是与传统互联网不同的是,H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接,从而使得物品连接更加的简化,而H2H是指人之间不依赖于PC而进行的互连。因为互联网并没有考虑到对于任何物品连接的问题,故我们使用物联网来解决这个传统意义上的问题。许多学者讨论物联网中,经常会引入一个M2M的概念,可以解释成为人到人(Man to Man)、人到机器(Man to Machine)、机器到机器(Machine to Machine),这些概念后文将会提到
17、。从本质上而言,在人与机器、机器与机器的交互,大部分是为了实现人与人之间的信息交互。2.2物联网相关的构架与关键技术2.2.1物联网架构物联网架构可分为三层:感知层、网络层和应用层。 感知层由各式各样的传感器构成,包括温湿湿度传感器、二维码、RFID标签和摄像头、GPS等感知设备。感知层是物联网感知识别物体、采集信息的来源。网络层由各种现有的网络组成,包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成,是整个物联网的中枢,负责传递和处理感知层获取的信息。某些特殊的网络业会单独的组建自己的网络,与现有的公网不同。应用层是物联网和用户的接口,它根据行业的需求的不同,实现物联网的智能应用。和传统的互
18、联网相比,物联网有其自己独有的特征:首先,它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了大量的多种类型传感器,每个传感器都可以充当一个信息采集源,不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断向网络的上层传输数据。其次,它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络将感知层与互联网融合,将物体的实时信息准确地传递给网络层。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输,由于其数量极其庞大,形成了海量信息,在传输过程中,为了保障数据的正确性和及时性,必须适应各种异构网络。还有,物联
19、网不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算等各种智能技术,扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有信息量的数据,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式。此外,物联网的实质是提供不拘泥于任何场合,任何时间的应用场景与用户的自由互动,它依托云服务平台和互通互联的终端处理软件,强调与用户之间的良性互动,更佳的用户体验,更及时的数据采集和分析建议,更自如的工作和生活,是智能生活的物理与技术支撑。2.2.2在物联网应用中有三项关键技术1.传感器技术,将物体的各种属性信息采集的关键技术。需要传
20、感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。同时,数字信号也发挥了自己的诸多优点,较容易的实现了数据采集的功能。2.RFID标签也是一种传感器技术,RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。现有的NFC技术就是其一种演化,从安全性、使用体验上得到了提高。3.嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为载体的智能终端产品随处可见,小到人们必备的手机,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物
21、联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。2.3泛在网络未来物联网的发展方向泛在网络,其是通信网、互联网、物联网的高度融合的目标。它是一个大通信的概念,是一个无所不在的网络。当人置身于无所不在的网络之中,实现人在任何时间、地点,使用任何网络与任何人与物的信息交换,基于个人和社会的需求,利用现有网络技术和新的网络技术,为个人和社会提供泛在的,无所不含的信息服务和应用。2.3.1泛在网络几类重要技术1.M2M(Machine to Machine)M2M是机器到机器之间的无线数据传输,有时也
22、包括人对机器(H2M)和机器对人(M2H)的数据传输。支持M2M网络中的终端之间的传输协议有多种。目前主要有IEEE802.11a/b/g协议的WLAN和Zigbee。二者都工作在2。4G的自主频段,在M2M的通信方面各有优势。采用WLAN方式的传输,容易得到较高的数据速率,也容易得到现有计算机网络的支持,但采用Zigbee协议的终端更适应在恶劣的环境下更好的完成任务。2.传感器网络(Sensor Network)传感器网络是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自组织网络,它常用来感知周围环境或者是某些东西的动态参数,如温度、震动等等。和互联网一样,传感器网络最早是从军队的应用环境演
23、化而来,目前也应用在很多民用领域。无线传感器网络更是物联网中核心的技术,网络的智能再生技术也是现在主要的研究课题,针对规模型的网络拓扑恢复有着重大的指导意义。3无线传感网3.1无线传感网络的介绍由于无线传感器网络本身的特点以及外部工作环境的原因,使得无线传感器网络与传统网络相比更加容易发生故障,主要体现为:1.传感器节点本身易于故障,由于能量耗尽或者外部原因而失效,并且恶劣的外部环境影响也会导致采集和传输数据的失真。2.在任何的自组织网络中,由于网络分区和网络拓扑动态变化,网络连接容易发生故障。外部的原因或环境因素引起暂时或永久的阻塞可能导致连接失效,造成通信故障,而通信的故障会引起数据包出错
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 规模 系统 基于 领域 知识 演化 自导 诊断 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。