机械振动无线传感器网络数据传输能耗优化方法研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhtui
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
机械振动无线传感器网络节点通常采用电池供电,且因高采样频率、高采样精度的性能需求存在着高能耗的弊端,在监测应用中需频繁更换电池,大大降低了监测效率,因此很有必要对节点进行低功耗设计。节点的状态主要可分为采集、传输以及空闲三种,其中传输状态在单位时间内的能耗最高,在传输大量振动数据时的能量消耗更为显著,使得现有机械振动无线传感器网络节点有效工作时间大大缩短,论文针对节点数据传输能耗开展研究,以延长节点有效监测时间。机械振动无线传感器网络节点数据传输包括节点内和节点间的数据传输,节点内数据传输能耗的影响因素主要包括节点硬件设计、数据流动路径、传输方法等,节点间数据无线传输能耗的影响因素主要包括节点发射功率、链路质量、网络拓扑与传输协议等。本文从以下两点对机械振动无线传感器网络数据传输能耗开展研究工作:针对双处理器核心架构的机械振动无线传感网络节点内数据传输路径冗长、重复操作导致的高能耗问题,提出了数据存取分离控制方法与数据读写块大小优化方法。首先,分析了现有双处理器核心架构的节点内数据传输流程,针对双核心节点内数据存储与读取时数据传输路径复杂导致高传输能耗的问题,将数据采集存储与数据读取上传过程分离控制,并从软件和硬件上优化节点的设计,避免数据在节点内传输时不必要的中转能耗。然后,分析了主机读写Micro SD卡的过程,并结合实验探究结果优化了主机读写数据时的块大小,减少主机对Micro SD卡扇区的操作次数,降低Micro SD卡的读写能耗,进而降低数据在节点内传输的能耗。针对机械振动无线传感器网络节点间传输大量数据时,每个数据包均采用确认方式传输导致高传输能耗的问题,提出了一种大量数据自适应传输控制方法。首先,通过数据分组检测机制减少传输确认帧带来的额外能耗,并通过实验确定最佳分组数量,避免浪费无线传感器网络节点有限的存储资源;其次,利用帧控制域特定标志位实现丢包状态通知,在不引入额外数据帧的情况下告知发送节点丢包状态,避免反馈信息包下发冲突,并优化反馈信息包的退避指数,降低丢包节点因反馈信息包下发延迟导致的侦听能耗;最后,通过最小二乘法拟合丢包率与链路质量指示的关系,节点根据当前传输链路质量自适应选择最佳传输模式,在保证数据传输可靠性的情况下,降低节点间数据传输能耗。基于.NET平台开发了数据监控中心软件,进行了数据文件指定回传、数据显示与存储、节点信号强度与剩余电量监测等功能设计,实现机械振动无线传感器网络系统集成,并通过实验验证了本文提出的机械振动无线传感器网络节点数据传输能耗优化方法的有效性。
其他文献
磁浮重力补偿器是一种利用电磁悬浮力来补偿负载重力,并具有低悬浮刚度特性,以实现负载精密定位与隔振的电磁装置。由于其无能量消耗、无接触摩擦、真空兼容等特性,在微电子制造、真空扫描隧道显微镜、微重力环境仿真等现代精密制造领域中具有广阔应用前景。本文针对磁浮重力补偿器研究关键问题,围绕其电磁理论模型推导、拓扑构型设计方法、构型尺度多目标优化以及实物样机研制测试等方面开展了研究。本文首先介绍所提出磁浮重力
学位
滚动轴承-转子系统是机械装备最通用的核心基础部件之一,也是最薄弱和容易发生故障的环节,其运行状态直接影响着装备的性能与安全。风电、轨道交通、航空透平等关键系统的可靠性与安全性更是高度依赖于其中的滚动轴承性能,滚动轴承对系统整体表现有着举足轻重的作用。滚动轴承中相关的非线性因素会造成丰富的动力学响应特性,这些动力学响应特性往往与系统稳定性存在内在关联。同时,滚动轴承非线性因素也使得轴承振动信号表现出
学位
铂(Pt)因其高杨氏模量、高硬度和高导电性而被广泛用作微/纳机电设备的电接触材料。然而,由于其较高的化学活性,环境分子极易吸附在接触表面,这将显著地影响纳米机电开关的接触可靠性和使用寿命,限制其商业化应用。因此,关于纳米机电开关失效行为与机理的研究显得尤为重要。本文应用Reax FF反应力场分子动力学模拟方法,从原子尺度上研究了界面苯分子、氧分子吸附及外加电压对Pt/Pt接触表面损伤行为的影响机制
学位
蜗杆砂轮磨齿机是中小模数齿轮批量精加工的主要设备,随着航空航天、国防等领域向着高精尖方向发展,对于高精度和高稳定性蜗杆砂轮磨齿机的需求也在不断增加。对于精密加工机床,热误差占其加工误差的70%以上,严重影响了机床加工精度的稳定性。蜗杆砂轮磨齿机作为典型的齿轮精密磨削机床,因其整体布局紧凑、内部热源分布众多,机床热变形情况复杂难以预测,增加了热误差预测及补偿的难度。为此,本文基于YS7232蜗杆砂轮
学位
目前我国高端装备关键传动装置仍然不得不从国外进口,存在着关键技术受制于人的巨大风险,使用国产产品又使装备性能大打折扣,因此高可靠精密减速器的研究已成为社会发展迫切需要解决的关键瓶颈技术问题,对打破技术封锁和垄断,为促进技术进步具有重要科学意义和工程实用价值。本文以NN型少齿差行星减速器为研究对象,经过齿廓设计与优化,结合变形协调设计方法,建立了刚性和刚—柔复合传动模型,利用多体动力学分析软件对比分
学位
点阵结构以其轻质高强、能量吸收等的特性,在工程领域获得了广泛应用。但不同点阵结构之间也有着较大性能差异,为匹配各种不同的工况,有必要进一步对现有点阵结构进行改造与性能优化。相对密度和拓扑结构是影响点阵结构性能的主要因素。研发新的点阵构型、构建点阵结构相对密度模型对当前工程领域有着重要意义。为此,本文以轻质金属点阵结构为研究对象,以获得不同工况下最适配的点阵结构设计为目的,提出了一种通过控制点阵单胞
学位
汽车尤其是商用车及工程车辆经常在复杂路况以及工地等恶劣路况中行驶,这会导致乘坐人员尤其是驾驶员长期处于低频大振幅的恶劣振动环境。座椅悬架作为路面激励到驾驶员的振动路径的最后环节,其减振性能至关重要,直接影响了驾驶人员的舒适性与安全性。磁流变减振器作为半主动智能器件可以有效改善座椅振动情况,但成本高、质量大的弊端限制了其应用。针对现在汽车座椅悬架减振器的性能设计需求和以上磁流变减振器的设计弊端,以密
学位
均匀金属微滴喷射增材制造技术是一种以金属微滴作为基本制造单元的三维实体离散堆积快速成形技术,具有材料利用率高、适应性强、结构可设计性强等优点,在直接快速制造微小金属构件、功能器件和异质部件方面具有独特优势,被认为是一种极具前景的微小金属结构增材制造技术。然而金属微滴沉积制造是一个典型的三维非线性瞬态传热过程,涉及到高焓金属液滴的凝固过程和复杂的热行为,如界面重熔、传热传质和固液界面生长。该过程通常
学位
我国的中小学教育长期处于分科学习模式,使学生的知识结构零散孤立,学科之间缺乏有机的联系、整合,跨学科学习方式亟须关注。本研究针对“跨学科学习”概念的内涵展开讨论,通过跨学科核心课程观的架构以及对综合性与探究性一体化的深度学习的架构,进而研发出基于综合主题的特殊课程形态。此外,还分析了跨学科学习的三个特征,即综合性、开放性、实践性,并提出实施跨学科学习的三个路径。
期刊
齿轮是动力传动系统的核心基础件,其性能优劣很大程度上影响整机装备的性能与可靠性。齿轮接触疲劳是典型的齿轮失效方式之一,其失效形式与机理相比其他失效方式显著复杂,严重制约着齿轮装备的寿命与可靠性,成为限制高端重载装备技术发展的瓶颈之一。表面完整性是影响齿轮接触疲劳性能的重要参数集合,但诸如表面形貌、残余应力、硬度梯度等参数与齿轮接触疲劳性能的关联规律依旧不明,抗疲劳设计与制造严重依赖于经验,显著制约
学位