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华东理工大学学报（自然科学版） 2012年第4期38卷 500-505页

作者：刘路明凌志浩左芸华东理工大学信息科学与工程学院上海200237 华东理工大学信息科学与工程学院化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室上海200237

在传感网中如果2棵以Sink节点为根节点的生成树使得网络中任意源节点在这2棵树上到Sink节点的路径没有相交节点,称这2棵树为该网络的ND(Node Disjoint)树。针对工业无线传感网的应用需求与特点,研究了基于ND树的路由方案。仿真实验和分... 详细信息

在传感网中如果2棵以Sink节点为根节点的生成树使得网络中任意源节点在这2棵树上到Sink节点的路径没有相交节点,称这2棵树为该网络的ND(Node Disjoint)树。针对工业无线传感网的应用需求与特点,研究了基于ND树的路由方案。仿真实验和分析表明,该路由方案具有较高的路由可靠性。针对该路由方案的特点与需要,给出了1种节点二连通(Two-node-con-nected)网络的部署方案。

关键词：工业无线传感网可靠路由 ND树不相交路径节点部署

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WIA工业无线传感网收发机射频前端芯片的研究与设计

WIA工业无线传感网收发机射频前端芯片的研究与设计

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作者：程序中国科学院大学

学位级别：博士

工业无线传感网(Wireless networks for Industrial Automation，WIA)是由我国提出的具有自主知识产权的高可靠、低功耗、智能多跳工业无线传感网标准。本论文针对WIA专用CMOS射频前端集成电路进行探索，设计了射频前端低噪声放大器、... 详细信息

工业无线传感网(Wireless networks for Industrial Automation，WIA)是由我国提出的具有自主知识产权的高可靠、低功耗、智能多跳工业无线传感网标准。本论文针对WIA专用CMOS射频前端集成电路进行探索，设计了射频前端低噪声放大器、混频器、复数滤波器、低通滤波器、可编程增益放大器，并通过对收发机进行建模仿真，从行为级验证了收发机架构的可行性，为最终实现WIA节点集成单芯片打下了坚实的基础。论文的主要内容和贡献包括:\n 1、研究了工业无线传感网领域节点芯片的发展和实现难点，提出了WIA工业无线传感器收发机芯片的主体架构，并推导出射频前端模块的性能指标。\n 2、提出了一种针对频率综合器各模块的线性模型等效方法，并在此基础上对芯片整体进行数学建模仿真，快速而准确的在行为级上验证了非混频器上变频收发机架构的可行性，并得到关键模块的指导设计指标。\n 3、完成了WIA射频芯片的整体电路设计，包括低噪声放大器、混频器、复数滤波器、低通滤波器、可编程增益放大器、频率综合器。\n 4、提出了一种架构上提升滤波器线性度的方法，并将该方法用于Gm-C滤波器，使芯片的复数滤波器和低通滤波器线性度得到大幅提升。\n 5、在TSMC0.18um CMOS工艺条件下完成了收发机版图设计、后端验证及流片测试，测试结果表明，收发机芯片各模块工作正常，各项性能均达到设计要求，完全可以应用于WIA工业无线传感网中。\n 芯片测试结果表明，接收机射频前端功率增益S21为33.1/27.2/21.1/15.2dB四档增益可配置，在最大功率增益33.1dB时噪声系数为5.5dB，在最低功率增益15.2dB时ⅡP3为-9.5dBm;复数滤波器在中心频率为1.5MHz、带宽为2MHz时，带内波纹为0.3dB，1MHz处带外衰减为20.1 dB，1.5MHz附近带内ⅡP3为14.5dBm;低通滤波器在带宽为3.5MHz时，带内波纹为0.3dB，1MHz处带外衰减为20.3dB，1.5MHz附近带内ⅡP3为16.5dBm;可编程增益放大器的电压增益动态范围为60.1 dB，电压增益为0dB时，1.5MHz附近的带内ⅡP3为18.2dBm;接收机整体在最大增益条件下噪声系数为3.5dB，最低增益条件下1.5MHz附近带内ⅡP3为-13.1dBm。

关键词：工业无线传感网收发机射频前端建模仿真

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应用于工业无线传感网的CMOS宽带PA研究

应用于工业无线传感网的CMOS宽带PA研究

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作者：高众中国科学院大学

学位级别：硕士

工业无线传感网(WIA)是一种广泛应用于工业测控系统的新兴通信技术。它能够有效降低网络布线成本，拓展测控系统的应用环境。其收发机射频前端的功率放大器模块应当具有宽带、高效率、输出功率范围大、能够与CMOS工艺集成等特点。针对... 详细信息

工业无线传感网(WIA)是一种广泛应用于工业测控系统的新兴通信技术。它能够有效降低网络布线成本，拓展测控系统的应用环境。其收发机射频前端的功率放大器模块应当具有宽带、高效率、输出功率范围大、能够与CMOS工艺集成等特点。针对这些要求，本文对基于CMOS工艺的宽带E类功放进行了研究，并取得以下成果。\n 1.广泛调研了E类功放的一般设计理论，以及拓展功放工作带宽、实现功率控制的技术路线。\n 2.基于非理想开关效应，设计了一种适用于E类功放的输出功率控制结构。\n 3.基于连续E类功放理论，提出了一种宽带E类功放设计方法。\n 4.应用以上研究内容，设计了一款基于TSMC0.18um CMOS工艺的射频功率放大器。\n 经测试，该功放峰值输出功率为13.29dBm，最大漏级效率达到80％。在340MHz～535MHz(45％分数带宽)的工作频率范围内，其输出功率波动仅0.5dB，并且漏级效率高于67％。此外，它还具有-8dBm～13dBm的输出功率范围和3dB的功率档位步进。测试结果充分验证了宽带连续E类功放设计方法的有效性，较好地满足了工业无线传感网应用的实际需要。

关键词：工业无线传感网宽带射频前端射频功放连续E类功率控制

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应用于工业无线传感网（WIA）的高性能小数频率综合器的研究与设计

应用于工业无线传感网（WIA）的高性能小数频率综合器的研究与设计

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作者：陈华中国科学院大学

学位级别：硕士

本文就应用于工业无线传感网(WIA)节点芯片中的频率综合器展开研究，实现了一款220MHz-1100MHz的低噪声低功耗∑△锁相型小数频率综合器。该频率综合器由鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、压控振荡器(VCO)、可配置正交分频器、双模预分频... 详细信息

本文就应用于工业无线传感网(WIA)节点芯片中的频率综合器展开研究，实现了一款220MHz-1100MHz的低噪声低功耗∑△锁相型小数频率综合器。该频率综合器由鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、压控振荡器(VCO)、可配置正交分频器、双模预分频器、程控分频器及∑△调制器组成，采用TSMC0.18um RF CMOS工艺实现，芯片面积为1.2mm2。本论文完成了该频率综合器的系统设计、电路仿真、版图设计及流片测试，其主要贡献有:\n 1)针对WIA节点芯片的低功耗要求，设计了一款低功耗、宽频带∑△小数频率综合器。\n 2)设计了一款调谐范围为1.3GHz-2.2GHz(51％)、低增益、小增益抖动的低噪声低功耗VCO。\n 3)设计了一款工作范围为1GHz-4GHz，输出占空比为严格50％的可配置正交分频器。\n 4)设计了一款低相位跳动步长，低量化噪声的无毛刺相位切换小数预分频器。\n 5)针对频率综合器的快速锁定要求，设计了一个带鉴相效率提升模块的PFD。当输入信号相位差大于2π时，该模块激活，加速PLL锁定过程。\n 6)针对频率综合器的低杂散要求，设计了一个带自校准技术的CP。通过合理设计降低PFD/CP的非理想因素，从而提高充放电流匹配，降低杂散。\n 芯片的测试结果表明，该频率综合器能在220MHz-1100MHz频率范围内锁定。环路带宽设为200kHz，10kHz处最低相位噪声为-106dBc/Hz，1MHz处最低相位噪声为-131 dBc/Hz。该频率综合器的功耗为23.7mW，电源电压为1.8V，锁定时间为13.2us，参考杂散为-62dBc。

关键词：工业无线传感网频率综合器压控振荡器正交分频器相位切换预分频器 ∑△调制器流片测试

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基于定时响应的工业无线传感网时间同步估计方法研究

基于定时响应的工业无线传感网时间同步估计方法研究

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作者：钟杨重庆邮电大学

学位级别：硕士

时间同步是无线传感器网络的关键技术之一。基于定时响应的时钟同步估计方法是近年来备受关注的新型时钟同步方法,该同步机制在实现同步的过程中,不需要专门的同步报文携带时间戳进行交互,在普通的数据包收发过程便可获得时钟同步参数... 详细信息

时间同步是无线传感器网络的关键技术之一。基于定时响应的时钟同步估计方法是近年来备受关注的新型时钟同步方法,该同步机制在实现同步的过程中,不需要专门的同步报文携带时间戳进行交互,在普通的数据包收发过程便可获得时钟同步参数的估计量。因此,基于定时响应的时间同步方法具有同步开销低、安全性高、易于把时间同步参数估计嵌入到现有网络流量中等优势。但是,目前所提出的免时间戳时间同步协议需要跟随数据包,相应的同步参数估计器主要采用最小二乘法围绕跟随数据包模型展开。针对上述问题,本文提出了一种基于序列号映射的定时响应时间同步方法,具有免时间戳交互、无需跟随数据包、易于与现有工业无线传感网集成的特点,并采用最大似然估计法推导获得了其在高斯随机时延模型下的时钟同步参数估计器。主要工作如下:1.对时间同步的时钟模型、影响时间同步的时延、工业无线传感网三大主流标准、各类时间同步方法、基于定时响应的时间同步需要跟随数据包的本质原因进行分析。2.针对现有的免时间戳时间同步方法,需要响应附加的同步跟随数据包,不易集成到现有的工业无线传感网的问题,提出一种基于序列号映射的定时响应时间同步方法。考虑到基于时隙的工业无线传感网普遍采用确认帧机制,将免时间戳同步过程嵌入到普通数据包收发及确认过程中,提出一种基于数据包序列号映射确认帧定时响应时间间隔的机制,消除了现有的免时间戳时间同步方法对跟随数据包的依赖,进一步降低了同步开销且易于集成到ISA100.11a等工业无线传感网中。在随机时延满足高斯分布的场景下,建立基于定时响应的同步过程数学模型,求得时钟相对频率偏移、固定时延的最大似然估计器,并推导相应的克拉美罗下限CRLB作为评价估计器性能的参考指标。3.对所提出的时间同步估计算法的性能采用蒙特卡洛仿真方法进行验证,并与相关的时间同步方法进行了通信开销等对比分析。仿真结果表明,所提估计器的最小均方差MSE曲线接近其CRLB,验证了估计器的有效性。本文所提出的基于定时响应的时钟同步估计方法,能够以极低同步开销,达到需要跟随数据包的免时间戳同步方法的性能,对实际工业无线传感网时钟同步技术的发展具有一定参考价值。

关键词：时间同步工业无线传感网定时响应频率偏移估计

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工业无线传感网开关控制系统及方法

工业无线传感网开关控制系统及方法

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作者：刘英平林志贵张国涛孟德军杨子原王鹏 300387 天津市西青区宾水西道399号

本发明涉及一种工业无线传感网开关控制系统及方法，其特征在于，开关控制系统包括监控处理中心、监控终端和控制终端；控制终端由输入开关量和输出开关量构成，用于开关量信号的采集、处理、传输及控制，通过无线方式与监控终端进行通... 详细信息

标准号: CN106658384A

本发明涉及一种工业无线传感网开关控制系统及方法，其特征在于，开关控制系统包括监控处理中心、监控终端和控制终端；控制终端由输入开关量和输出开关量构成，用于开关量信号的采集、处理、传输及控制，通过无线方式与监控终端进行通信，实现采集信息的传输；监控终端与监控处理中心通过有线方式进行通信，处理和转发监控处理中心信息到控制终端，同时也处理和转发控制终端信息到信息处理中心或其它控制终端；通过工业无线传感网开关控制方法，实现控制终端的输入开关量与控制终端输出开关量间一对一、一对多、多对一、多对多配对。系统中的输入开关量与输出开关量之间可配置，扩展了其应用领域，减少有线布线、维修成本及耗时，提高工作效率。

关键词：控制终端监控处理中心输出开关量输入开关量监控终端工业无线传感网开关控制系统信息处理中心开关量信号采集信息工作效率开关控制维修成本无线方式终端信息转发控制传输多对多多对一可配置一对多布线一对一配对通信耗时转发采集

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一种基于DQN的工业无线传感网共存调度方法

一种基于DQN的工业无线传感网共存调度方法

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作者：王平杨晗蒲宬亘 400065 重庆市南岸区南山街道崇文路2号

本发明涉及工业无线传感网，特别涉及一种基于DQN的工业无线传感网共存调度方法，该方法针对工业无线传感网与多种无线网络共存的场景，将工业无线传感网共存问题建模为马尔科夫决策过程，同时设定调度的优化目标为最小化网络中数据信... 详细信息

标准号: CN116113079A

本发明涉及工业无线传感网，特别涉及一种基于DQN的工业无线传感网共存调度方法，该方法针对工业无线传感网与多种无线网络共存的场景，将工业无线传感网共存问题建模为马尔科夫决策过程，同时设定调度的优化目标为最小化网络中数据信息新鲜度加权和。利用深度强化学习自主学习的特点以及循环神经网络的记忆性，发明了一种基于循环神经网络的DQN动态实时调度方法，该方法在每个时隙开始时利用循环神经网络做出最优决策从而达到共存的目的。本发明提出的调度方法可实现在时域资源有限情况下工业无线传感网与多种无线网络共存，提高了网络利用率，同时以信息新鲜度为优化目标，提高了数据传输的实时性。

关键词：工业无线传感网循环神经网络调度无线网络优化目标网络利用率动态实时决策过程强化学习时隙开始数据传输数据信息问题建模记忆性加权和实时性最小化场景决策网络学习

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基于强化学习的工业无线传感网中传感器采样调度方法

基于强化学习的工业无线传感网中传感器采样调度方法

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作者：易畅言营晨石优吴强 210016 江苏省南京市御道街29号

本发明公开了一种基于强化学习的工业无线传感网中传感器采样调度方法，该方法针对时序工业无线传感网络及边缘计算中传感器采样任务进行调度，包括定义指标Ageof Date Processing(AoDP)作为新鲜度来度量系统状态。本发明通过决策传感... 详细信息

标准号: CN114900813A

本发明公开了一种基于强化学习的工业无线传感网中传感器采样调度方法，该方法针对时序工业无线传感网络及边缘计算中传感器采样任务进行调度，包括定义指标Ageof Date Processing(AoDP)作为新鲜度来度量系统状态。本发明通过决策传感器和大小基站之间的接入模式选择和每个传感器的采样频率大小，在满足大小基站的带宽、计算资源最优化分配的前提下，以系统在寻求最小化接收终端系统状态新鲜度(AoDP)的目标，构建基于强化学习和动态规划的联合优化来对无线传感网中的采样任务下的各种不同类型传感器进行上行传输和等待时间的联合决策优化。本发明可以为无线传感网络和工业物联网中时间敏感应用最小化系统新鲜度和采样设备的合理决策提供参考。

关键词：传感器采样无线传感网络强化学习基站工业无线传感网接收终端系统无线传感网最小化系统调度采样频率采样设备定义指标动态规划度量系统合理决策计算资源接入模式决策优化联合优化上行传输时间敏感时序物联网最小化最优化构建带宽参考分配决策应用联合

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基于GA-TS搜索算法的工业无线传感网节点定位研究

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现代工业经济和信息化 2024年第4期14卷 273-275页

作者：刘美竹安晶黑龙江工商学院信息与机电工程学院黑龙江哈尔滨150025

为了解决工业无线传感网覆盖过程中通信半径跳距离产生偏差过大的问题,设计了一种基于GA-TS搜索算法的节点定位方法,并开展仿真分析。研究结果表明,当通信半径不断增大后,算法误差产生不同程度的减少。与传统最大似然估计定位算法相比,G... 详细信息

为了解决工业无线传感网覆盖过程中通信半径跳距离产生偏差过大的问题,设计了一种基于GA-TS搜索算法的节点定位方法,并开展仿真分析。研究结果表明,当通信半径不断增大后,算法误差产生不同程度的减少。与传统最大似然估计定位算法相比,GA-TS搜索算法的优化效果更佳,误差大概缩减30%;与移动锚节点算法相比,误差大概降低至15%。相比较之下GA-TS搜索算法定位精度误差最小,具有很大的应用准确性和适应范围。该研究有助于工业无线传感网定位精度,对保证网络信号的传输效率具有一定的意义。

关键词：工业无线传感网节点定位 GA-TS搜索通信半径

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基于定时响应的工业无线传感网时钟频率偏移估计方法

基于定时响应的工业无线传感网时钟频率偏移估计方法

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作者：王恒钟杨余斐 400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号

本发明涉及一种基于定时响应的工业无线传感网时钟频率偏移估计方法，属于无线传感网技术领域。在该方法中，待同步节点向参考节点发出数据包，参考节点接收到数据包后，根据数据包序列号映射出相应的定时响应时间，经过该时间间隔后回... 详细信息

标准号: CN109936519B

本发明涉及一种基于定时响应的工业无线传感网时钟频率偏移估计方法，属于无线传感网技术领域。在该方法中，待同步节点向参考节点发出数据包，参考节点接收到数据包后，根据数据包序列号映射出相应的定时响应时间，经过该时间间隔后回复确认消息，待同步节点和参考节点之间无需交换时间戳信息，经过多次通信交互之后，待同步节点便可估计出节点时钟之间的相对频率偏移和固定时延。本发明易于集成到具有时隙机制的工业无线传感网中，无需单独收发专门用于时间同步参数估计的报文，只需较小的计算成本便可实现对时钟频率偏移的长期跟踪，减小通信开销，降低能量消耗；同时，本发明无需在节点间交互时间戳，提高了时间同步参数估计的安全性。

关键词：参考节点同步节点工业无线传感网时间同步参数时钟频率数据包数据包序列号时间戳信息无线传感网固定时延能量消耗偏移估计频率偏移确认消息通信交互通信开销出节点时间戳偏移响应映射报文减小收发回复跟踪交换

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