文摘
在东京,夏季奥运会技术广泛用于大型体育事件。脚的水平运动能力极大地影响体育科技的性能。现代体育发展的方向高速、高技能、灵活性、迅速,越来越多的反映合理和准确的重要地位的脚在体育运动能力。本文使用无线传感器技术和无线通信技术设计的整体架构的无线地下步法移动培训和监控网络重大体育赛事的场馆。根据确定的监测参数和数据传输方案,无线远程监控数据采集系统设计,硬件设计,软件设计和网络无线监测节点的完成,从而实现底层数据的实时监控和远程传输。本文提出一种无线传感器网络管理架构和方法基于多重代理合作,结合主动和被动无线地下步法移动训练对实验验证和监控。多任务分配策略对网络优化的工作生活。遗传算法用于模型和优化簇头节点的路由任务数据报告。仿真实验结果表明,基于无线传感器网络管理方法的可替换主体合作可以有效地协调不同监控传感器节点完成分配的任务;基于遗传算法的多任务分配策略可以优化网络应用程序的工作生活。
1。介绍
步法的载体技术和战术。当跑腿工作有效实施,避免了对手的进攻做出相应的防御,步法成为连接每一个技术动作的基础(1]。运动员可以调整自己的封闭的位置通过步法或开放的风格,以确保它们在一定的优势,并且他们还可以使用策略巧妙地做出相应的调整,以应对突然袭击。当运动员们在场上对抗,相当于腿技术,战术是等价的,运动员可以有效地连接各种游戏的链接和快速的技术和战术和敏感,以实现他们自己的技术水平(2- - - - - -4]。因此,是否有一个高水平的步法移动将直接决定运动员的竞争结果。之间有不可分割的联系的移动步法和游戏的性能5]。强大的移动步法的性能有一定的影响运动员的技能和战术和比赛的表现。步法是承运人的技能和战术,在比赛中胜利的重要保障。灵活的步法移动的关键因素是实现“集成的技术和战术”和“集成的进攻,防守和反击。“突破高级运动员的表现,步法和收集工作必须有效地改善,必须使用和战术在整个游戏通过步法6]。
与国家权力的增加,大规模事件的数量增加了,和许多大型活动举办的世界也增加了(7]。的要求迅速、效率和信息传输的稳定性也增加。大型体育场馆往往事件的中心区域的一部分,以及移动通信建设的一部分。中央区域是由几个场馆和支持辅助建筑(8]。解决连续报道的中心区域和场所是最基本的要求。最重要的是深大场地的中央区域的报道。5 g通信技术的普及,传统的测量无线网络质量标准也经历了重大变化从以前的3 g和4 g网络(9]。它已经成为非常重要的发现和解决用户的感知的影响4 g使用通过无线网络优化方法。所谓的用户感知优化提高了无线网络覆盖质量,如覆盖率、信号强度、上传和下载速度,以及其他指标满足用户的个性化需求,如即时通信服务、视频服务、游戏服务。通过感知优化,它在使用过程中可以提高用户满意度,另一方面,挖掘现有资源的潜力最大化网络资源的效率,提高资源利用率和效率,增强运营商之间的竞争优势(10]。
本文研究健康监测数据的采集和传输和无线远程访问健康监测系统设计。利用传感器技术和无线通信技术,我们完成了健康监测系统的总体架构设计,然后确定主要监测参数根据结构健康监测的内容和设计和开发的硬件系统和软件系统的卫生系统。具体来说,本文的技术贡献可以概括如下:(1)无线监测节点的调试已经完成,和监控数据的实时采集传感器底部的监控系统已经实现(2)本文提出了一种无线传感器网络管理架构和方法基于多重代理合作,使用主动和被动结构健康监测为例进行实验验证(3)分布式地下步法训练和研究了无线传感器网络的监测方法,和一个多任务优化分配策略对网络提出了工作生活(4)我们使用遗传算法模型和优化簇头节点的任务数据报告路线。实验测试结果表明,与恒星的直接传输网络相比,本文方法的多任务优化可以大大提高网络的使用寿命
2。相关工作
相关学者指出,步法,进攻和防守在实战之间的联系,是一个不变的法律古往今来[11]。步法技能集中步行运动。在特定的比赛,灵活的脚运动可以有效地调整。对手之间的距离进一步实现了进攻和防御技能通过步法,这直接影响到游戏的成功或失败。在实际比赛中,当遇到对手很难处理,当技能和战术是等价的,运动员分析对手的特点,观察对方的肢体动作,并通过步法反应(12]。在这个时候,步法移动的能力是非常重要的。运动员的流动的定义主要是定义在实际情况下运动员的流动从运动员的运动速度和反应能力。相关学者指出,流动性是运动员的能力,并在最短的时间内完成特定操作在实际比赛(13]。这个项目的构成因素的能力主要是由两部分组成:反应能力和移动速度能力。研究人员认为,流动性指的是面糊的能力获得的最佳击球点通过运动步法(14]。它还要求运动员选择和应用灵活、准确地根据现场情况在不断变化的竞争环境中。
由于基站分布的不平衡,太多的基站在当地引起overcoverage甚至覆盖混乱(15]。然而,有更少的基站在一些地区,这将导致弱覆盖的地区。所谓overcoverage是指在某一区域内多个网络保险的现象,也称跨地区覆盖。混乱的报道是由网络引起的干扰,由于太多的网络。弱覆盖是指弱的现象一定区域的网络覆盖。针对上述问题,利用覆盖优化技术,该系统可以执行无线电频率优化和优化相关参数据的位置环境区和基站的特点,从而控制基站天线的覆盖范围,减少上述事件的发生。在LTE网络,努力回归是用来完成交接基站之间的移动用户(16,17]。interfrequency交接,交接涉及包括intrafrequency交接和不同系统重新选择。当用户移动到另一个位置时,网络将移交根据邻近细胞的选择,以确保良好的信号质量和网络速度。因此,通过回归优化技术,网络可以实现交接,从而确保网络质量。然而,在交接过程中,应适当选择网络的数量,并移交阈值应该设置为确保移交后的无线网络优化的质量能满足优化目标(18]。
在LTE建设的初期,基站的布局是根据面积的物理位置(19]。然而,建成后,可能会有太多的用户造成产能不足的问题。此外,移动终端用户的流动的原因是,用户处于移动状态和位置不固定,导致周围基站的能力不平衡的问题。因此,使用负载平衡优化技术可以达到一个平衡的调整流量。原则是根据细胞资源解决问题的能力和交通容量,通过回归和重新选择参数的设置和FDD-LTE 2100设备的增加和TDD-LTE设备,从而达到负载平衡技术,不同的航空公司。交通容量平衡最终实现无线网络的优化目标和提高网络质量和用户感知20.- - - - - -22]。目前,测试仪器和相关软件可以用来发现网络干扰的范围,然后使用干扰优化技术使网络布局在该地区的统计数据和分析干扰产生的原因,制定措施,优化LTE无线网络优化,以确保网络质量。目前,干扰优化技术的原理是最大化的减少基站之间的相互干扰,同时确保所有区域都被网络覆盖,从而达到提高质量的目标基站网络(23- - - - - -25]。
3所示。健康监测系统的设计主要体育赛事的场馆
3.1。总体设计
多数大型空间结构规模大,复杂的结构设计,和远程。不适合使用现场布线方法获得传感器采集的数据。主要原因是有许多监视点安排,和现场电缆布线不仅是困难,但也有一个相对较高的成本。第二,布线混乱和复杂,不利于以后的管理和维护,还有隐藏的安全隐患。因此,本文结合无线传感器网络(WSN)技术和无线通信技术,需要场地的主要体育活动为研究对象,使用先进的健康监测方法来设计整个健康监测系统,并建立一套适合长期的空间结构。一个有效的健康监测系统确保整个施工过程的监测,操作,维护和修理的体育场。的管理系统采用分布式监控、集中,分级管理”整个健康监测系统主要由三部分组成:感知层、通信层和管理层。系统的总体健康监测系统设计架构图所示1。
在健康监测系统的设计,监测系统的底层是感知层,组成的基础。主要任务是收集实时健康监测数据的监控区域。这是基本的整个健康监测系统的核心部分。用自己的优势,无线传感器网络广泛应用于各种工程结构健康监测领域。他们有低功耗的特点,自组织和多次反射,和强大的网络传输的可靠性,有效地解决了传统电缆布局造成的问题。问题解决了大跨度空间结构数据传输的问题,传感器能源供应,以及后来的维修和管理,奠定了基础为未来的大型空间结构健康监测和提供一套新的健康监测技术手段。当设计感知层,无线个域网技术是用于构建整个无线传感器网络,灵活的网络和低功耗功能,然后部署相应的传感器的关键部分钢结构雨棚的大型体育场馆,如压力传感器、温度传感器、位移传感器、风速、方向传感器;这些传感器与无线通信设备可以正常交流,从而实现分析,存储和监控数据的预处理,最后完成无线个域网网络配置。可以看出,感知层是核心和基本整个健康监测系统的一部分。因此,本文采用无线个域网结构来完成无线监测节点的数据采集等功能。
层的通信监控系统的中间层。主要负责监控系统的数据传输协议的转换。它是实现无线远程健康监测系统的关键。它主要包括无线个域网通信网络,嵌入式网关,和GPRS通信网络。为了满足监控数据的远距离传输,本文利用嵌入式网关将GPRS通信协议的无线个域网的通信协议,实现无线监控数据通信协议的转换。可以说,GPRS通信网络之间数据传输的桥梁是感知层和管理层。在整个健康监测数据传输过程中,传感器采集的数据通过嵌入式网关的通信层和无线个域网节点采集的数据通过GPRS模块连接到GPRS网络的IP,然后上传到网络GPRS网络的基站。在服务器中,监测数据收集和传输过程完成。交换机和路由器的帮助下,监测数据上传到健康监测信息管理系统完成实时显示监测数据的存储和管理。
管理层是监控系统的管理中心。它可以为管理人员提供监控信息中每个测点的监测系统,并提供一个平台,下一步监控数据的智能分析,智能结构的诊断和分级系统的警告提示。本文采用的形式IoT-level架构来设计整个健康监测系统架构,它可以满足分散监控大型空间结构在不同的地区。因为传统的检测技术不能满足当前的检测要求,为了实现实时监控的数据,有必要进一步系统化,科学和智能处理的实时监测数据,最后提供preevaluation诊断结果和转换为监控对象。
3.2。监控系统硬件设计
因为大多数大空间结构是一年到头都在自然环境中,它们容易受到环境因素的不利影响,导致的早期退化或失败的性能监测系统中使用的微处理器和传感器监测节点,从而影响整个无线远程健康监测系统。因此,在实际工程应用中,无线监测节点的设计和研究和硬件的选择非常重要,它决定整个监控系统的稳定性和可扩展性。图2显示的硬件组成无线地下步法移动培训和监控系统在大型体育场馆的事件。这主要使用无线个域网技术和GPRS技术来完成无线传感器节点监测数据的远程传输,最后显示监测数据收集的实时健康监测系统的传感器。
3.3。无线通信程序设计
当无线通信模块传输的传感器收集的数据汇聚节点通过无线个域网路由器模块,协调器需要联网。这是因为协调器模块上电后总是处于工作状态。如果有通信请求,该模块将立刻发送指令到路由器模块使路由器模块不断发送请求到协调器模块响应。网络协调器时,它需要初始化硬件配置,协议栈,网络配置和外部接口。初始化完成后,协调器模块的网络监控和等待状态,直到监测节点网络访问请求,然后分配监控节点的网络地址和更新你的邻居节点的信息,最后,协调器模块将接收到的数据包,确定是否接收到的信息是数据信息,并放弃如果不是所需的数据包。
当路由器模块将监控数据发送给协调器模块,它需要初始化网络路由器模块的设计。初始设置完成后,路由器模块与协调器模块,然后,网络访问信标请求被发送到网络。协调器响应之后,就需要确定的反应连接。如果协调器正确响应,这意味着绑定地址是正确的和协调器成功连接到网络;否则,网络连接失败。
当路由器模块成功连接到网络,发送数据时,它将调用数据处理子程序请求醒来路由器模块的低功耗模式,然后包传感器收集的数据信息并将其发送字节的字节。如果路由器没有找到数据发送命令,它将永远处于低功耗睡眠状态。只有当有一个内部或外部数据发送命令,路由器从休眠状态返回到工作状态,开始完成任务处理。
4所示。多任务分配策略,步法移动培训和监控
4.1。无线传感器网络使用可替换主体协作技术协作方法
手机主题是一个移动的程序为计算节点所需的资源根据自己的目标和所需的资源和条件可以与其他代理或资源;它可以极大地减少了网络中的数据流量。它自动运行,封装完成的任务在移动代理,并将它们分派通过网络。在那之后,源节点和目标节点之间的连接甚至可以断开连接。因此,移动代理有很强的韧性和容错有利于并行分布式处理。由于移动代理的特点和优势,它非常适合无线传感器网络用于大规模地下步法移动培训和监控应用程序。
在单孔位微吹气扰动和测试监控应用中,无线传感器网络节点经常监测结构应变、振动、位移、等,在不同的区域集群子网的形式。通过当地信号处理和区域信息融合,不同的监测任务所需的结构特征数据。因此,本文提出的无线传感器网络管理体系结构包括三个主要的网络节点类型:传感器节点,簇头节点和基站管理节点。
传感器节点的功能传感器数据采集、本地信号处理和无线通信。最小单元,形成一个集群网络,可以成为集群的子网根据不同的监视应用程序需求。传感器节点的选择簇头节点负责数据融合和转发任务。在时间敏感的应用程序,它还负责管理本地子网同步操作的监控。基站管理节点连接到用户监测终端设备;有无限的处理、存储和电源性能;和负责部门、分配和管理不同的应用程序的任务。
本文结合了无线传感器网络的应用需求为地下步法移动培训和监控无线传感器网络管理架构和设计基于多重代理合作,如图3。本文的框架扩展定义了以下六个类型的软件主体:地下步法移动训练监控主体,数据管理主体,监视应用程序主体,解释主体,中央协调主体,主体和用户接口。
地下步法移动培训和监控的主体是指软件用于获得结构数据的主体,它驻留在每个传感器节点;结构健康监测在活跃,活跃的主体还提供了驱动信号结构激发。数据管理机构是用来管理和矿山地下步法移动的传感器数据获得的培训和监督机构,也负责传感器节点的集群和网络数据的路由。监视应用程序的主题是软件移动主题直接与中央协调主体和负责分配、集成和迁移的具体监测任务。其软件实现包括四个部分:身份、数据空间,融合方法,和迁移路径,用于移动识别,存储中间结果,选择融合方法,和决心的迁移路径。解释的主体是主体的软件功能,将特定应用程序的任务操作转换为本地节点执行的操作。这个软件主体的存在使得网络系统具有良好的可扩展性和异构兼容的特点。中央协调器分布监测任务通过移动代理和集成不同SAAs的中间结果最可靠和准确的结论。用户界面的主体负责从用户获得监控指令,转发和显示监测结论数据等。
4.2。基于遗传算法的多任务分配方法
多任务分配过程中地下步法移动培训和监控、集群的主要能源消耗过程头在报告中发送数据阶段的任务。因此,地下步法移动的多任务分配培训和监控可以简化任务的优化簇头节点数据报告路线。如果有网络中簇头节点,平均每个节点单的邻居节点(所有簇头节点),然后有可能性可能任务数据报告路线。当网络规模很大,这种路由方案的数量将是巨大的。因此,本文选择属于启发式搜索技术的遗传算法寻找最优多任务分配方案。
我们建立一个列表从1, ,代表所有相邻节点的集合簇头节点 ;在这里,链接 是用来表明,簇头节点通过节点到目标节点的路由。通过这种方式,初始种群构成多种基因和初始染色体通过随机选择在 。
在初始种群生成之后,每个个体的适应度函数值需要计算;因为地下步法运动训练监控的目标本文描述的多任务分配是网络的工作寿命最大化,根据网络的工作寿命的定义,适应度函数被定义为生活
是网络工作生活中表达,每个簇头节点的初始能量,然后呢的能量消耗值是最大的簇头节点能量消耗在一个圆形的任务分配和执行。这里,发送和接收能耗的计算簇头节点的无线收发器采用一阶模型:
其中,代表的能源消耗节点发送数据的大小在一轮任务分配;表示节点之间的欧氏距离和 ; 传输能量系数,是放大系数,路径损耗指数吗通常是3 - 6;代表的能源消耗节点接收数据的大小在一轮任务分配;接收到的能量系数。因此,节点能耗认为本文是能源消耗的总和的发送和接收。
在本文中,采用旋转方法,实现个体的选择。根据不同的工作生活的适应度函数值的个体,个体被选中的概率也不同,这是一个比例选择策略。我们计算工作生活的健身价值对于每一个染色体的初始种群和计算产品的所有染色体的适应度值人口:
对于每一个染色体,我们计算的概率选择:
对于每一个染色体,我们计算累积概率:
为了产生新的后代从选中的人口,本文采用多点交叉方法来实现个人的重组。在多点交叉方法,有跨界分,交叉的位置( , 是染色体的长度)是随机生成的以升序排序,然后,父染色体之间的基因2交叉产生新的后代染色体。
5。仿真实验与分析
5.1。无线传感器网络协同管理方法的仿真实验
应变分布监测是监测主题的应变输出通过地下步法运动训练监控的静态加载位置。在实验中,板结构的应变分布是通过应用集中负荷变化,应用集中负荷是55 N。在每个分区中,地下四步法移动的输出训练监控身体反映子系统的应变分布。当的位置集中负荷应用于结构的变化,相应的应变分布的变化,输出模式的地下步法移动训练监控身体也在改变。对应变分布监控、协同管理方法的主体和函数摘要如表所示1。
本文针对大型体育场结构、使用结构的振动响应和积极监测方法基于压电传感器阵列提出一个有效的循环excitation-sequential传感方案实现实时监控螺丝放松,也就是说,依次来监控每个压电体的传感信号和接收两个相邻压电体同时,直到最后的周期。此法适用于大尺度结构,螺丝的数量很大,还有很多失效模式的结构,很容易别名。
100年压电传感节点用于实验。激励信号应用于结构在实验中是一个正弦波信号120 kHz的频率和峰值5 V。120千赫决定基于多个测试,结构振动响应最敏感的螺丝放松下的激励频率。当压电传感器节点1号激发其压电传感器连接,两个相邻节点2和100作为子节点集群,集群和节点1号作为头创建通过DMA SAA身体身体和合并节点2和100。收集到的结构振动信号的峰值;节点2到100人,分别用作集群结构的正面激励,SAA发送所有数据融合到CCA主体确定的模式结构螺丝松动。这里,SAA采用动态测定方法,迁移目的地是根据节点的需要更新的顺序。
图4显示无线地下步法移动的耗时的监测培训。类似于应变分布监控、训练样本对应每个螺丝需要监视的放松。当周期性监控或用户触发时刻收到命令,CCA主体将获得的数据和训练样本Okirid SAA主体。距离测量,计算最小值对应的螺丝放松的位置。
5.2。遗传算法的仿真实验同时进行若干工作任务
基站的坐标位置设置为(0,0),和其他簇头节点分布根据第一象限10米的距离。仿真测试参数设置如表所示2。
工作寿命仿真结果的5个集群无线地下步法移动培训和监控网络在重大体育赛事场馆图所示5。当网络包含95个集群,网络工作生活的仿真结果如图6。图7显示网络的仿真结果的比较工作生活当网络集群包含5 ~ 95头,本文使用遗传算法优化方法和直接星形网络传播。从图可以看出7多任务优化基于本文的方法可以有效地改善工作生活相比,恒星的直接传输网络。
我们设置了路径损耗指数不同的无线收发器 ,然后,网络的仿真结果的不同的应用程序环境下工作生活场所的大型体育事件,如图8。从图可以看出,环境(即损失越大。恶劣的环境应用程序),降低网络的使用寿命。
6。结论
作为一种大型空间结构建筑,重大体育赛事场馆不仅具有投资金额大、设计寿命长,大规模的建设,等等,而且长期暴露在自然环境等因素,老化的材料、地基沉降不均匀,负荷。对结构的影响的影响将导致结构性破坏。结构损伤积累到一定程度时,严重的会发生突然事故。因此,为了确保安全,耐久性,和大空间结构建筑的适用性,实时健康监测的大型空间结构建筑在建或在服务是必需的。本文以重大体育赛事场馆作为监测对象和研究结构健康监测的应用领域的大跨度空间结构。通过结构健康监测技术的分析,我们结合无线个域网技术和GPRS技术;健康监测系统的总体架构大型体育赛事场馆的设计。通过进一步研究无线传感器网络,根据健康监测的要求,确定了健康监测系统的总体架构,并基于ZigBee无线远程监控数据传输系统技术和GPRS技术设计,包括硬件设计和软件设计实现底层数据实时监控。提出了一种基于无线传感器网络管理方法的多重代理合作,结合主动和被动结构健康监测实例进行实验验证。网络多任务最优分配策略基于遗传算法。 However, the stability of communication does not consider the complex situation in the venue and the situation of simultaneous multinode collection in the future. Therefore, the signal attenuation test needs to be performed in a normal competition environment, and a bit error rate test and a system power consumption test are also required under stable conditions.
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。
确认
这项工作是支持的“研究体育赛事在中国的监管体系”的国家社会科学基金(19 bty018)。