优秀工程专业硕士论文10篇

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2018-11-07 论文字数:35298字
论文编号: sb2018103021213523649 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇工程硕士论文,工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面,与工学硕士学位有不同的特点。工程硕士专业学位侧重于工程应用,主要是为工矿企业和工程建设
本文是一篇工程硕士论文,工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面,与工学硕士学位有不同的特点。工程硕士专业学位侧重于工程应用,主要是为工矿企业和工程建设部门,特别是国有大中型企业培养应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇工程硕士论文,供大家参考。
 

优秀工程专业硕士论文篇一

 
1绪论
 
皮卫星是指重IKg左右的卫星,它具有功能密度高、研制周期短且成本低、发射方式灵活、机动性与生存能力强、技术更新快等特点。通过星座或编队内部卫星间信息共享与协同工作,可以实现“虚拟卫星”,实现甚至超越大卫星的功能,以更低的成本完成教学、科研及应用等任务。皮卫星在军事及民用技术中均拥有巨大应用潜力。在军事领域,可利用皮卫星完成空间目标成像、电子侦察及干扰与目标栏截等;在民用领域,皮卫星可用于新技术在轨试验、应急救援、抢险救灾、通讯等应急场合⑴。
 
1.1皮卫星可靠性
单粒子效应对卫星星上电子设备的影响是皮卫星设计必须要面对和解决的另一个重要问题。星上电子设备随时面临宇宙射线破坏的威胁,有时单个高能粒子便可导致灾难性的后果。有证据表明:卫星或空问飞行器事故中有39%是由电子元器件故障造成的,而各种高能宇宙射线粒子对元器件的福射损伤是造成电子元器件故障的主要原因之一[2]。宇宙射线对电子元器件最常见的影响表现为单粒子翻转。据有关资料统计,在1971年至1986年间,国外发射的39颗同步卫星中,由各种原因造成的故障统计共1589次,其中与空间福射环境有关的故障有112 9次,占故障总数的71%,由单粒子效应造成的故障有621状,占空间福射环境有关故障的55%[9]。国内外在这方面都进行了大量的研究,其中最具代表性的是由英国萨瑞大学利用其设计、制造和运营的UoSat系列小卫星。英国萨瑞大学利用其设计、制造和运营的UoSat系列小卫星对单粒子翻转现象进行了研究,试验涉及的存储器包括NMOSDRAMs、CMOS SRAM等。实验结果表明:几乎所有存储器对南大西洋异常区射线中质子都非常敏感;单粒子翻转率随着存储容量增大而增大;所有CMOS SRAM器件上都发现了多位翻转,较低密度的CMOS SRAM发生多位翻转的几率相对较高密度的CMOS SRAM更高[3]。表1. 1和表1. 2分别给出了 UoSat-3卫星和lJoSat-5卫星存储器在轨单粒子翻转的情况。
国内利用“实践四号”和“实践五号”卫星对空间福射单粒子效应做了一些探索。“实践四号” [4]从2月8日入轨以后1个月内共检测到132次单粒子翻转,总翻转次数和时间的相对关系如图1.2所示。从图1.2的结果可以看出,单粒子翻转是一个持续频繁发生的事件,翻转次数足以对系统运行产生重大的影响。“实践五号” [5]的系列实验证明了工业级和商业级器件能在空间环境下可靠运行,但必须经过严格而有效的简选,其检测到SRAM和DRAM在空间环境下单粒子翻转发生的概率分别约为0. 5-4次/(Mb*天)和0. 2-1次/(Mb*天)。这证明了单粒子翻转的频繁性和普遍性,同时表明,经过严格的控制和相应的设计,工业级器件可以在航天上得到应用。
 
1.2综合电子系统可靠性
综合电子系统是以星务计算机为基础,融合星载其他计算机(如测控与姿轨控计算机等)功能,使用能力较强的商用处理器,通过数据总线连接并管控星载电系统,将传统意义上各分系统的任务集中处理,为卫星平台与有效载荷提供可靠的包括测控、数传、数管、姿轨控等在内的广义数据采集、处理与交换服务。采用综合电子系统技术进行皮卫星设计,可大幅度减少电子元器件种类与数量,从而在满足需求的同时,降低硬件复杂度,提高系统可靠性f6_7]。如1.1节所述,综合电子系统同样面临工作环境复杂和不可维护两个难题,可靠性无疑是综合电子系统设计最为关心的指标之一。皮卫星大量使用商用器件,经过辉选,目前商用器件完全可以满足皮卫星环境温度变化需求;但商用器件不具备抗福射能力,如何通过设计来降低单粒子效应的影响成为综合电子系统可靠性研究的重要方面。目前应对单粒子效应的设计措施主要有两种:第一,通过屏蔽减少单粒子效应发生的概率,但受体积、重量等制约,不能完全消除;第二,通过容错技术避免或降低单粒子效应对系统的影响。
 
2基于三模冗余的综合电子系统方案设计
 
2.1时钟同步三模冗余系统的设计要求及其实现
典型三模冗余系统的框架如图2.1所示,该系统由3个相同的处理器、冗余判定模块和故障恢复模块组成。3个相同处理器中运行相同的程序,冗余判定模块对3个处理器的输出进行判断,当其中1个处理器发生故障,产生错误的输出时,冗余判定模块可屏蔽该处理器输出,保证系统给出正确的输出,从而提高系统可靠性。当某个处理器持续出现故障时,可以通过故障恢复模块来对其进行修复,使系统恢复到三摸冗余状态。冗余判定模块要能对3个处理器的输出进行判定,首先要保证3个处理器运行同步,即在同一时刻3个处理器给出相同程序运行结果,否则冗余判定模块将给出错误判断。基于时钟同步的三模冗余系统3个处理器使用相同的时钟源,并且保持严格的同步运行,因此软件设计中无需作其他的考虑,从而降低软件的设计要求,增加软件的通用性。但时钟同步要求3个处理器使用相同的时钟源,外围电路保持硬件高度一致,并且在完成程序加载后3个处理器严格同步启动。这对硬件设计提出了较高的要求。本文在方案设计中,采用3个相同的处理器作为综合电子系统的运算单元,处理器外围电路设计完全一致,采用FPGA实现冗余判定模块,同一个晶振输出信号经FPGA片内锁相环处理后作为同源时钟提供给3个处理器使用;在PCB布板时,尽量保证3个处理器均勻分布在FPGA周围,从FPGA输出的3根时钟线走线形状一致。
 
3 综合电子系统调试........... 24
3.1 供电链路调试........... 24
3.2 关键器件调试........... 25
3.2.1 FPGA 调试........... 25
3.2.2 DSP 调试........... 26
3.3 虚拟DMA调试........... 27IV
3.4 综合电子系统调试 ...........28
3.4.1 温度传感器和RTC芯片调试........... 28
3.4.2 复位芯片调试 ...........28
3. 4. 3 EEPROM 和 NAND FLASH 调试........... 29
3.5 整星联合调试........... 29
3.6 小结 ...........33
4 三棋冗余系统时钟同步研究 ...........34
4.1 时钟同步试验设计 ...........34
4.2 时钟同步试验及结果........... 36
4.2.1 DSP程序片内运行时钟同步试验........... 36
4.2.2 DSP程序片外运行时钟同步试验........... 37
4.3 冗余判定模块的实验验证........... 38
4.4 时钟不同步原因探究........... 39
4.5 小结...........41
 
结论
 
本文对基于时钟同步的三模冗余系统进行研究,主要取得以下成果:
1、根据三模冗余系统要求,结合皮卫星工程应用需求,完成了高可靠综合电子系统方案设计及硬件实现。经测试表明设计的综合电子系统满足皮卫星应用需求。
2、对三模冗余系统时钟同步问题进行了研究,结果表明DSP程序运行在片内时,3个DSP可以实现同步,DSP程序运行在片外时,3个DSP不能保证时钟同步;通过实验和分析发现DSP的CPU与EMFIB 口间通信有可能是DSP程序运行在片外时不同步的原因。
3、完成了虚拟DMA模块和冗余判定模块的设计,经实验验证满足需求。
 
参考文献
[1].余文革等,皮卫星发展展望[J].压电与声光,2004. 26(4):第289-292页
[2]刘永贵.电子束能量沉积在固体中引起的力学效应的估算[R].国防科技大学.1980. 6.
[3]王同权.高能质子辐射效应研究[D].国防科技大学.2003. 3.1.
[4]王丽君.实践四号卫星静态单粒子事件监测器探测结果初步分析[J].航天器工程.1995. 9.
[5]马兴瑞、张永维、白照广.实践五号卫星及其飞行成果[J].中国航天.1999
[6]. Vladimirova, T. and M.N. Sweeting, System-on-a-chip development for smallsatellite onboard data handling [J], Journal of Aerospace Computing, Information andCommunication, 2004(JAN.): p. 36-43.
[7].王九龙,卫星综合电子系统现状和发展建议[J].航天器工程,2007. 16(5):第68-73页.
[8] 丁义刚.空间辐射环境单粒子效应研究[J].航天环境工程.2007. 10.
[9]王长河.粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J].半导体情报.1998.2.
[10]崔刚、李斌等.基于三模容错计算机系统的同步策略[D].哈尔滨工业大学学报.1997. 6.
 

优秀工程专业硕士论文篇二

 
第1章绪论
 
1.1课题背景及意义
高等教育是一个学以致用,理论联系实践的过程。浙江大学作为一所工科背景深厚的综合型研究型大学,实验教学和实验室实践在工学教育过程中有着重要而深远的意义学生在学习和科研时,不仅可以在动手实践中掌握学科知识,而且可以在操作中进行全新的研究,在学科内与学科间的探索中取得突破,以发挥综合型研究型大学的科研优势。现如今,互联网技术和个人电脑平台飞速发展,人们可以通过互联网获得海量的信息和人性化的操作体验。基于这一技术发展趋势,网络远程教育有了更为丰富的开展方式。在众多远程教育中,远程实验教育是近年来发展的热点。尤其在像浙江大学这样的工科高校教学中,实验教学的重要性如上所述,重要性是显而易见。随着科技发展,各种形式的实验室实践模式也在不断的丰富和完善,不同模式的选择将对工程教育的经济和效率产生重要影响⑵。但是,实际动手操作的实验教学有它的不足之处。其一,它成本较高,实验室日常管理繁琐,设备较难维护保养。其二,对于浙江大学这样开展了远程教育、成人继续教育的高校,需要实验体验来帮助参加远程教育的学生完成课程,而这些学生不可能在自已的居住地享有实验硬件设施。人才培养在以强化实践教学为着力点的同时,还应将信息技术与之结合,使这样整合后的实验平台作为提高教学质量的重要手段,推进教学方法的改革,重点突破实验教学环节,提高学生动手实践能力。在这样的需求引导下,实验教育被转移到电脑上,单机仿真实验(simulated lab)[']出现了,但它在数据的真实性上备受话病。上世纪90年代又出现了远程实物实验室(remote real lab),它基于真实的物理设备和网络环境,让学生通过互联网操作实物实验台,共享资源。但它依然受到了硬件限制,教学效率不高。继而又有了远程虚拟实验室(remote virtual lab),它是本地仿真实验的Web应用方案,将仿真实验的计算单元统一管理维护,方便廉价,很好的顺应了云计算的发展要求,但也有着数据真实性不足的问题[53。随后,虚实结合的网络实验室(The remote lab combinesboth real and virtual experiments)又成了远程实验平台的发展方向,它将虚拟实验的高效性和实物实验的准确性通过网络结合在一起,最大限度的方便了实验者的使用,让学生可以全方位的掌握实验课程。
目前,已经有许多实物和虚拟的远程实验室供用户下载使用,但它们的设计框架不同,很难扩展和共享,缺乏标准体系,而且往往只提供简单的实验操作,无法和日常教学管理相结合,使用效率不高。因此,有必要用一个统一的网络实验室平台把不同的资源集成起来,方便用户操作并进行教学管理,同时也便于新实验的扩展。国家科技支撑计划重点项目“虚拟实验教学环境关键技术研究与应用”(No. 2008BAH29B00)就是对远程虚拟实验统一管理平台的探索。它对实验对象统一建模,对实验任务集中管理和分配,最大程度的利用网络资源,使得该虚拟实验平台的开发具有良好的自主性、交互性、灵活性和可扩展性,是一款创新设计,高效管理的跨学科、开放式虚拟实验教学管理平台。本文所属课题是该国家重点项目的延伸部分,旨在探索开发浙江大学的电工电子学科网络虚拟实验教学管理系统,为浙江大学今后在该领域的课题研究提供统一的运行维护平台,并在将来实现电工电子学科实验的虚实集合,统筹管理。浙江大学电工电子网络实验室目前提供了基于实物的远程实验教学课程,经过多年的运营维护,在实际的教学应用上积累了丰富的经验。然而,在远程虚拟实验教学平台的开发上,我实验室还需要进一步加强现有资源的整合。本文将以浙江大学远程虚拟实验室的开发为例,介绍Web管理平台(虚拟部分)的设计,让这一整合了实验和信息管理资源的前台系统帮助学生高效的完成远程实验教学计划。最后还将探究虚实结合的网络实验平台的开发可行性和技术路线。
 
第2章电工电子网络实验室整体架构
 
2.1浙江大学电工电子网络实验室(实物部分)简介
客户端使用MFC框架开发,多个用户可以同时登陆进行不同实验;服务器端主要负责实验和用户管理、实验调度、简历用户与控制端通信及实验结果的转发和保存;该实验室的控制端目前有23组实物实验平台,每组均包含物理实验设备和工控机两部分,实验设备负责具体实验的执行,工控机则用来运行控制端管理和监控两套程序。这样的设计使得网络实验室可以在无人的情况下24小时正常开放。该实验设备巳运行多年,虽然稳定,但在网络化信息化的今天,仍需要对其不断维护、升级和改进。本段简略介绍网络实验室的实物部分,以其后续对其进行探索性研究。接下来,本文的主体将介绍新近开发的网络实验室虚拟部分相关内容。
 
第3章实验室教学信息管理平台设计................ 18
3.1教学信息管理平合的用户界面设计................ 18
3.1.1操作流程设计................ 18
3.1.2空间布局设计................ 19
3.2教学信息管理系统具体功能分析................ 19
3.2.1系统功能需求................ 19
3.2.2系统参与者分................21
3.2.3系统重要功能流程的设计................ 24
3.3 SSH 框架................ 27 
3.4 MySQL 数据库................ 34
3.5系统运行环境和开发工具................ 36
3.6本章小结 ................36
第4章实验室教学管理Web平台的系统实................37
4.1信息管理系统的数据库层开发................ 37 
4.2信息管理系统的数据持久层开发................ 44
4.3信息管理系统的业务逻辑层设计关键................ 48
4.4信息管理系统的Web应用层的设计关键................ 49
4.4.1 Struts框架的应用 ................49
4.4.2 JSP页面的开发和实验插件的整合................ 51
4.5实现后的Web教学信息管理系统实例................ 53
4.6本章小结 ................57
第5章总结与展望................ 58
5.1总结................ 58
5.2展望 ................58
 
结论
 
在互联网技术和个人电脑飞速发展的今天,人们可以通过互联网获得海量的信息和操作体验。基于这一技术发展趋势,网络远程教育有了更为丰富的开展方式。在众多远程教育中,远程实验教育是近年来发展的热点。尤其是在高校工科教学中,学生必须要通过实验才能理解某些教学目的并掌握应用方式,但是,动手实验成本较高,设备较难维护保养,在一些地区难有相关的硬件设施。所以,网络远程实验室的开发有了其十分重要的实际意义。尤其是网络虚拟实验室,使用简单,维护方便,用户只需要一台可以上网并安装了 IE浏览器的电脑和自己的账号,就可以登录到远程实验室进行实验训练;学校也可以借助这套实验教学信息管理系统对分散的远程教育学生进行集中化管理。本文首先介绍了整个网络虚拟实验室系统的客户端、服务器端和实验端三大结构和一些重要功能,阐述了系统工作原理,涉及技术和流程。然后以此为基础提出了基于Struts-Spring-Hibernate框架的电工电子网络虚拟实验室的Web客户端,设计出一整套管理信息系统所需的角色、功能和数据库模型并将其实现,为用户提供通过互联网运行的远程实验平台。虚拟实验和教学管理两大功能的结合是本Web应用平台的创新点。
 
参考文献
[1] H. Finn, M. Maxwell, M. Calver, Why does experimentation matter in teachingecology [J]? Journal of Biological Education,2002,36(4),pp. 158-164.
[2] D. Magin, S. Kanapathipillai,Engineering students' understanding of the role ofexperimentation [J],European Journal of Engineering Education, 2000, 25(4),pp.351—358.
[3]教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见,教高(2007) 1 号
[4]教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见,教高(2007) 2 号
[5]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理,2002,22(1):35-37,47.
[6] C. Gravier, J. Fayolle,B. Bayard et al” State of the art about remote laboratoriesparadigms一Foundations of ongoing mutations [J],International Journal ofOnline Engineering, 2008,vol. 4,no. 1,pp. 19-25.
[7] V. J. Harward et al.,iLab: A Scalable Architecture for Sharing OnlineExperiments [C], Proceedings of the ICEE 2004 Conference, Gainesville, USA,October 16 — 21, 2004.
[8] J. E. Corter, J. V. Nickerson,S. K. Esche, et al., Remote versus hands-on labs: acomparative study [C], Proc. 34th ASEE/IEEE Frontiers in EducationConference,Savannah, GA,USA, 2004.
[9] Z. Nedic, J. Machotka, A. Nafalski,Remote laboratories versus virtual and reallaboratories [C]? Proc. 33rd ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference,Boulder, Colorado, USA,2003.
[10] Smedley M. Therese, Kyle Higgins,Virtual technology: Bringing the world intothe special education classroom [J], Intervention in School and Clinic, 2005, vol.41,Issue: 2,pp. 114-117.
 

优秀工程专业硕士论文篇三

 
第1章绪论
 
1.1 LED
1.1.1 LED发展现状
日常生活中的许多场合,如室内照明、道路照明、建筑物照明等,常常需要用到发光器件。常见的发光器件有白炽灯、焚光灯、节能灯(自镇流焚光灯)、LED灯等,它们特点如表1-1中所示[1]。从表中可见,LED灯相比于其他发光器件而言,具有使用寿命长、发光效率高、能耗少、绿色环保等优点。并且,通常来说LED工作电压更低,响应速度更快,性能更稳定。LED灯的这些优势,使得人们越来越青睐于使用LED。而随着LED照明技术的不断进步及成本的下降,LED照明终将取代白识灯、焚光灯等传统照明,占据普通白光照明这一巨大市场。除了上述白光照明外,LED还被广泛应用于其他多种场合,如汽车照明、LCD背光照明、信号指示、手持设备背光源、LED显示屏等图1-1规划了近几年来不同LED应用所占市场份额[3]。从图中可见,LED的各种应用基本上都保持着或多或少的持续增长。在LED大放异彩的同时,LED驱动电源则是LED产业链发展的保障,LED电源的品质直接制约了 LED产品应用的可靠性,因此在LED产业链逐步完善的今日,LED驱动电源的发展和成熟也至关重要[4]。要理解LED驱动电源对LED应用的重要性,我们必须对LED基本结构及性能特性作简单的了解。
 
1.1.2 LED的特点
LED是Light Emitting Diode的缩写,翻译为中文即发光二极管,是一种将电转化为光的半导体器件[4_6]。LED的主要构成为一个PN结,当正向电流通过PN结时电子与空穴复合,从而产生福射光以释放过剩能量。PN结具有以下特点:1) PN结具有负温度系数,温度越高,PN结的势查电压越低,导致流过的电流增大,结温度升高,形成了正反馈,最终导致LED烧坏,使用LED时必须对其工作电流进行控制;2)通过PN结的正向电流越大,产生的光通量越大,LED发光亮度越高;3)通过的PN结的电流大小也对发光颜色有一定的影响,当电流降到一定程度时,发光颜色会发生改变。用户往往希望在市电或蓄电池供电电压波动、负载跳变、环境扰动等各种情况下,LED都能够维持正常工作时的发光亮度及颜色。基于以上要求,需要LED驱动电源芯片给LED提供稳定的驱动电源,使LED工作在稳定的电流。此外,驱动电源芯片还可以吸收尖峰电压,保持LED电压的稳定,从而保护LED不受输入电压尖峰的影响,提高LED的可靠性。
 
1.1.3 LED驱动电路
LED驱动电路对LED非常重要,为保证LED能够更有效地工作,必须要使用LED驱动电路。图1-2所示为2008年至2014年中国LED驱动器行业收入的增长情况[3]。可以发现,LED驱动芯片的收入每年都以一个可观的增长率增长,其中尤以2010增长尤为显著。中国LED驱:动芯片市场在经济危机中成功实现逆市高速增长,成为中国集成电路市场成长最快的细分领域。汽车发展至今百佘年,汽车零组件一直具有少样多量与规格化的特性,但随着通讯、电子、光电等技术发展与整合,汽车电子组件与产品应用在汽车的比重日益增加,产品需求大都没有共同标准且呈现客制化特性,汽车电子产品多样少量开始成为进行汽车电子产品开发的原则。汽车电子产品成本高,兼容性低,初期多数应用于特定高级车上。降低生产成本将是汽车电子产品能否大量导入市场的关键因素。由于汽车与人的生命安全有很密切的关系,汽车生产商对汽车电子产品的工作温度范围、功率消耗、尺寸与抗电磁干扰杂音能力,都有要求的特殊规格,须符合车厂严苛标准。汽车电子产品需在车上不断地进行测试、行驶几万公里乃至更长时间的实车测试,才能在不断测试过程中寻找问题;一旦在测试过程中遇到问题,需作适当故障排除。功能反复测试验证与耗时是汽车电子产品最大特征。
 
第2章LED驱动电路结构研究
 
2.1恒压驱动LED与恒流驱动LED
按提供给LED的电源类型来分,LED驱动电路可以分为恒压驱动和恒流驱动。LED属于电流驱动型器件,通过LED的电流直接影响了其光学特性,因此相比于LED两端电压,控制流过LED的电流能更好地控制LED的发光特性。显然采用恒流源驱动对LED再合适不过,那么恒压源驱动是否也能够给LED提供一个恒定的电流呢? LED主要构成为PN结,其工作电流与两端电压成指数关系,也就是说一个极小的电压变化就能引起一个较大的电流改变。而由于制作工艺及材料特性等偏差的存在,流过相同工作电流的相同型号LED灯可能拥有不同的工作电压。因此,若釆用恒压源驱动两组相同个数及型号的LED灯,LED中通过的电流可能相差较大,进而导致发光特性不同。综上所述,我们有理由相信恒流源驱动比恒压源躯动更适合给LED提供驱动电源。
 
2.2 LED驱动电路拓扑分类
 
2.2.1恒流LDO型
LED驱动电路恒流LDO型LED驱动电路如图2-1所示,虚线框内为LDO型LED驱动芯片。该电路通过误差运算放大器EA,将釆样电阻Rsense上的压降值符位至与EA负端输入的由带隙基准电路产生的基准电压Vref相等的电压值,从而保证流过LED灯串的电流为设定值,起到了恒流驱动LED的作用。为保证采样电压能被精确符位到基准电压,与EA级联的功率MOS管必须工作在饱和区,这就要求该功率管的源漏压降大于其过驱动电压。由于这个压降的存在,使得LDO型驱动芯片的效率随着LED电流的增大而下降,只适用于中小功率LED应用。LDO型芯片的优势在于其结构简单,不需要电感等大体积片外器件,所需pin脚少,制作成本低,并且不存在EMI问题。
 
第3章芯片系统设计........ 13
3.1 CSMC0.18t/M25VBCD 工艺........ 13
3.2理论基础........ 14
3.3系统方案........ 18
第4章芯片模块电路设计........ 26
4.1预稳压电路........ 26
4.2电流基准电路 ........27
4.3带隙基准电路........ 30
4.4线性稳压电路........ 32
4.5振荡器........ 35
4.6误差跨导放大器........ 37
4.7驱动电路........ 39
4.8打嗝保护电路 ........40
第5章芯片系统仿真........ 42
5.1外围器件选择 ........42
5.2系统上电........45
5.3连续电流模式仿真........ 46
5.4断续电流模式仿真........ 51
5.5数字调光........ 53
5.6线性调光........ 57
5.7打嗝保护功能........ 61
5.8限流保护........ 62
5.9芯片同步........ 63
5.10 效率........ 64
 
结论
 
LED具有能耗低、保修成本少及外观美观前卫的特点,这使得它在汽车上的应用越来越广,汽车上的所有光源终将被LED所替代。LED在汽车上的广泛使用,必然带动了汽车电子中的LED驱动电路市场的蓬勃发展。本文成功设计了一款适用于汽车电子的LED驱动芯片,由于汽车电子产品应用环境严苛且直接涉及人身安全问题,要求在设计中对所有仿真条件都需要严格验证。仿真结果表明,本款芯片获得了期望的性能。论文首先对LED的特点及发展现状进行了分析研究,强调了 LED相比其它照明器件存在的巨大优势;同时也对当代汽车电子产品的特点和发展现状进行了研究,指出了汽车电子产品的巨大市场和必然发展趋势;进而引申出汽车电子产品中的LED的应用,指出了汽车上的所有光源终将被LED所取代,从而进一步引出了汽车电子产品的LED驱动电路的研究与设计这一课题。论文对目前所存在的应用广泛的LED驱动电路的不同结构一一LDO型LED驱动电路、电荷泵型LED驱动电路和开关电源型LED驱动电路,进行了深入的调查研究,给出了它们的拓扑结构,对它们的特点进行了详细的分析比较;并根据汽车产品中的LED电流大的特点,选择了开关电源型LED驱动电路。论文同样对几种开关电路中应用广泛的控制方式——PWM控制方式、PFM控制方式和sliding mode控制方式,进行了深刻的研究,给出了响应的系统控制框图,对它们的特点进行了比较;最终综合考虑后在本文研究中选择了峰值电流模式的PWM控制方式。本文釆用的工艺是上华公司的先进工艺——CSMC 0.18/^1 25VBCD工艺。这种工艺的最小沟道长度为0.18/vm,能够有效减小芯片面积,降低制造成本。BCD工艺能够在同一芯片上集成Bipolar、CMOS和DMOS; Bipolar具有高模拟精度,CMOS具有高集成度,而DMOS具有高压大电流驱动能力,它们相互配合使用能够获得电路性能的最优化。
 
参考文献
[1]马天翼.LED行业的发展趋势与投资机会分析:[学位论文].上海:上海交通大学安泰经济与管理学院,2010.
[2]田大荣,马训福,官世菊.新型光源LED照明技术.农村电气化,2007,第 3 期:P58-P59
[3]王莹.LED驱动器及LED芯片发展趋势.电子产品世界,2011,4.
[4]蒋天堂.LED的特性及驱动电源的发展趋势.照明工程学报,2011, 6:P58-P60
[5]梁健锋,王洪.大功率LED照明驱动匹配方式研究.现代显示,2011,4:P41-P45
[6]路秋生.LED照明与应用.灯与照明,2009, 19: P24-28.
[7]巢时斌,邱东元,张波.LED驱动方式分析及性能比较.建筑电气,2011,7: P40-P44.
[8]张兴起,任开春,王永利.浅谈LED在汽车中的应用及其驱动电路的设计.当代汽车,2011,1: P102-P104.
[9]李建.针对便携式应用的LED驱动解决方案.电子产品世界,2008,3:P131-P133.
[10]李先锐.高性能白光LED驱动电荷泵DC-DC设计技术研究:[学位论文].西安:西安电子科技大学电路与系统,2010.
 

优秀工程专业硕士论文篇四

 
一、 问题的提出
 
作为证据种类的电子数据从广义上予以界定,是以电子、光学、磁或者其他类似手段生成、发送、接受或存储的信息证明案件事实的一种证据,包括电子通信证据、计算机证据、网络证据和其他电子数据及其派生物。电子数据是现代信息技术不断发展和应用的产物,作为信息世界里新的“数据之王”,①具有综合性、易变性、隐蔽性、可挽救性、微缩性、扩散激增性等特征,是来源于七种传统证据,是将各种传统证据部分地剥离出来而泛称的一种新的证据形式。2004年通过的《电子签名法》中规定“数据电文不得仅因为其是以电子、光学、磁或者类似手段生成、发送、接收或者存储的而被拒绝作为证据使用。”根据《最高人民法院关于民事诉讼证据的若干规定》第22条的规定,司法实践中通常将包含电子邮件、网上聊天记录、电子签名、访问记录等在内的电子数据作为间接证据。电子数据的具有显著区别于传统证据类型的特征,在实务操作中产生的问题:
 
1. 电子数据原始证据与派生证据证明力判断问题
电子数据划分类别的多样性问题。电子数据具有外在形式的多样性。电子信息借助于具有集成性、交互性、实时性的计算机及其网络系统,不仅可以表现为文字、图像、声音或者三者的组合,还可以是交互的、可编译的。因此,在进行电子数据归类时我们不能简单的就将其划入某一类证据,要根据在实际案件应用中的形式属性进行判断。电子数据产生于具体的电子设备,并必须存储于一定的设备中,这体现了电子数据对载体的依赖性。而现在科技的发展,对电子数据保存、移动、复制、读取等都能使其在与原件高度一致的情况下进行。相对于物证易因周围环境的改变而改变属性,书证易损毁和出现笔误,证人证言易被误传、误导、误记或带有主观性,电子数据更具客观性和稳定性。因为电子数据的科技性,其原件与复制件内容与形式能做到高度一致,在法庭应用时就不可避免地要对电子数据原件与复制件证据效力与证明力进行判断。电子数据具有易破坏性。电子数据使用电磁介质,储存的数据修改简单且不易留下痕迹,一旦有人为因素对电子数据进行故意改变,或者产生电子数据的系统发生故障及储存电子数据的设备遭到攻击破坏等,电子数据均有可能被轻易盗取、篡改甚至销毁,难以事后追踪和复原。这样在法庭应用时就要面对对电子数据真实性与合法性的判断,对一般普通大众来讲,并不具有这种专业技能,此时,就需要专家辅助证人的介入,新《民事诉讼法》第79条规定:“当事人可以申请人民法院通知有专门知识的人出庭,就鉴定人作出的鉴定意见或专业问题提出意见。”但对电子数据的法庭应用中的专家辅助证人的地位、作用以及权利义务问题还需要进一步研宄。在《民事诉讼法》修改以前,理论界对电子数据可采性不持异议,《最高人民法院关于民事诉讼证据的若干规定》、《最高人民法院关于行政诉讼证据若干问题的规定》气《合同法》③均承认电子数据的可采性,但前三者认为电子数据属于视听资料,而《合同法》则将其纳入书证的范畴。对于电子数据属于何种证据类型,学界也有几种不同观点:视听资料说、书证书、独立证据说。虽然在立法层面采用了第三种观点,即将电子数据单列为一类证据,从表面上解决了其证据地位的问题,但这样只简单的将其加入到证据章节中的做法,让本就缺乏依据的证据“七分法”体系更加混乱。
对电子数据的认证首先要解决的是电子数据证据能力的问题,“有法律明确规定的,证据可以在法庭审理过程中出示并成为认定案件事实依据的基本条件。”④证据的证明能力解决证据材料的“适格”问题,而证据的证明力则是按照一定标准对具有证明能力的证据材料,衡量其在证明待证事实时所能起的作用的大小。对于电子数据来说,要考察电子数据的证明力,就要认定电子数据本身或者电子数据与案件中其他证据一起能否证明待证事实以及在多大程度上证明待证事实。⑤根据最高人民法院《关于民事诉讼证据的若干规定》第50条的规定:“质证时,当事人应当围绕证据的真实性、关联性、合法性,针对证据证明力有无以及证明力的大小,进行质疑、说明与辩驳。”虽然新《民事诉讼法》承认了电子数据的证据资格,但电子数据的具体应用问题缺乏相关规定,特别是关于电子数据真实性和合法性的认定标准,在实践中有更加迫切的需求。纵观世界其国家的立法,大多采用“自由心证”的原则,对于刚将电子数据引入立法的我国来说,更有研究电子数据如何判断其证明力等问题的必要。电子数据是科技快速发展在法律中的体现,由于在英美法系发达国家,其网络普及要远远早于我国,在电子数据研究方面已经有比较成熟的经验,也已经产生了很多相关的电子数据类立法,而在英美法系普遍采用的各个证据规则中,会对电子数据的运用产生较大冲击的主要有最佳证据规则、传闻证据规则、非法证据排除规则,他们已经做出了比较完善的应对方案。我国作为大陆法系国家对这些证据规则有一定程度的引入和改造,产生了我国自己的“不完整的传闻证据规则”、“本土化的最佳证据规则”、“有限的非法证据排除规则”,在电子数据正式纳入证据体系后,这些证据规则也会对电子数据产生影响,本文将立足我国现阶段的立法现状,运用比较法思维,借鉴英美法系应用方案,研宄我国证据规则下电子数据的应用。
 
二、电子数据归类研究
 
(一)我国法律证据分类中存在的问题
对证据有正确理解和运用,首先对证据种类也要有准确的划分。证据决定了诉讼活动的成败,而证据的种类是将证据按照性质和特点划分出来的基本门类。我国现阶段有关证据的法律体系是通过刑事、民事、行政三大诉讼法的相关规定组成的。新《民事诉讼法》第63条规定:“证据包括:(一)当事人陈述;(二)书证;(三)物证;(四)视听资料;(五)电子数据;(六)证人证言;(七)鉴定意见;(八)勘验笔录。”刑事、行政诉讼法由于诉讼性质的不同,略有差别。我国的证据分类体系在世界范围内具有一定的独特性,其采用有限列举的方式规定证据类型,并采用不同的证据分类标准划分证据种类,这样就造成我国证据体系的范围狭窄,概念不清晰,分类混乱,种类之间出现交叉的局面。总的来说,可以将我国法律中证据的分类特点大致概括为四个主要特点:分类的法定形式主义。我国的三大诉讼法均以立法的的方式将证据划分为几种具体的类型,这就意味着在我国的司法实践中,仅仅允许这几种证据进入诉讼程序,如果是法律中未纳入规定的材料,则其就缺乏证据资格,体现了立法对证据外在表现形式的偏向。这种分类方法优缺点都很明显,优点是将这种证据从外在特征上明确化,便于在司法实践中清楚的识别和准确的判断使用,限制了法官的自由裁量。缺点是法定类别是有限的几种,而在实践中证据形式是多样的,而且随着社会发展,不断会有新的证据形式出现,而这些形式受法定形式主义所限不能被有效容纳进诉讼中,有可能会导致不公正裁判。证据体系是封闭的。所谓封闭的证据体系,指法律上将全部证据材料分为有限的证据种类,分别赋予其证据资格,除此之外的材料不能作为证据使用。这种封闭性也是前述“证据形式主义”的内在要求。因此,在我国证据可采性与合法性要求中还包括“证据形式合法”的要求。
 
三、电子数据证据能力及证明力研究........ 9
(一)电子数据证据能力认定........ 9
(二)电子数据的证明力认定........   10
四、电子数据适用证据规则探索........ 13
(一)电子数据的原始证据与派生证据........ 13
(二)电子数据原件与复制件问题研究........ 15
(三)非法电子数据可采性........17
五、作为诉讼证据的手机短信........20
(一)手机短信的定义及特点........ 20
(二)手机短信的证据资格........ 21
(三)手机短信的证明力........ 21
(四)手机短信的证据属性 ........22 
(五)手机短信证据保全措施........ 22
(六)手机短信作为证据时适用的证据规则........ 22
 
结论
 
当今的时代是一个电子化、信息化的时代,电子信息科技给人们带来很大便利,同时,涉及电子数据的诉讼也越来越多,而电子数据法律资格的确立就是现代科技在法律领域的反映,但我国立法只是简单将其列入证据类型的做法,并没有完全解决所有问题。现行证据立法中证据体系分类标准的混乱,导致了法律中证据类别规定的不稳定性,伴随社会发展,新的证据形式会不断出现,对法律的稳定性会造成持续冲击,故有必要对采纳证据“三分法”标准,即书证、物证、人证分类,这样才能保证证据法规的包容性和科学性。对电子数据来讲,由于其本身表现形式多样性,根据其在不同案件中的形式,可以分别将其归于书证、物证、人证中,这样就解决了其归类时矛盾。在法庭中对于专家证人的引入,新民诉法己经做了相关规定,但对其证言的并未纳入到证据形式中,说明其本身不具有证人、鉴定人的法律地位,其出具的专家意见只是在于帮助当事人增强其证据的说服力,不具有法律上的证据能力。本文认为针对电子数据人证中的专业性问题,应该提升专家证人证言的证明力,且专家证人“应当”出庭接受质证。新民诉法将电子数据纳入证据种类,肯定了电子数据的证据能力,但对其采纳标准及证明力问题并未进行具体规定。本文认为应该分别从证据的真实性、关联性和合法性角度去认证电子数据的证据能力和证明力,并主要以可靠性入手对电子数据的证明力大小进行了分析。证据规则体系会对电子数据这种新型证据的适用产生阻碍,最突出的是传闻k 证据规则、最佳证据规则和非法证据排除规则。本文认为电子商务、网络发展等源于英美,他们在此领域对电子数据与证据规则冲突问题解决方案己比较成熟,我国在吸收英美法系证据规则进行本土化的过程中,也应大胆借鉴其对电子数据方面的规定,尽快完善我国电子数据具体应用方面的规定,使电子数据能尽快从纸面上的规定适用到具体司法实务中去。手机通讯在当今社会的普及,而手机短信作为电子数据的一种具体形式,在实践中有很广泛的应用以及很强的代表性,故本文选取手机短信作为实例对电子数据具体应用问题的研宄,进行理论与实践的结合。对电子数据的研宄具有极其重要的理论意义和实践意义,在电子数据的研究中还存着很对盲区和应用中的障碍,本文只是进行了初步的研究和探索,希望能对我国电子数据的实践应用起到一点有益的推动作用。
 
参考文献
1.俞亮著:《证据相关性研究》,法律出版社2008年版。
2.蒋平,杨莉莉著:《电子数据》,清华大学出版社2007年版。
3.戴泽军著:《证据规则》,中国人民公安大学出版社2007年版。
4.何家弘著:《电子数据研宄》,法律出版社2006年版。
5.何家弘著:《新编证据法学》,法律出版社2000年版。
6.李学军著:《电子数据与证据》,中国检察院出版社2001年版。
7.刘金友著:《证据法学(新编)》,中国政法大学出版社2003年版。
8.蒋平著:《计算机犯罪问题研究》商务印书馆2000年版。
9.樊崇义著:《证据法学》,法律出版社2004年版。
10.何家弘著《毒树之果》,中国人民公安大学出版社1996年版。
 

优秀工程专业硕士论文篇五

 
第1章绪论
 
1.1. 研究背景
1.1.1.移动网络的兴起
在《Mobile Design and Development》一书中,Brian Fling 提到:“这是个充满了富交互性的智能Mobile Web时代。”在这个时代中,我们利用手中的武器一前端技术,通过不断强大的移动浏览终端,可以实现更多精彩的用户体验,可以让手中的移动设备做出更多桌面设备办不到的事情、mobileweb,可翻译为移动网络,但是这个网络不等同于台式电脑连接的互联网,也不能完全被成为移动互联网,移动网络指基于浏览器的Web服务,如万维网、WAP等使用移动设备,如手机、掌上电脑或其它便携式工具连接到公共网络,不需要台式电脑,也没有一个固定的固定连接。近几年,移动通信和移动网络高速发展,它们的增长速度是任何预测家未曾预料到的。迄今,全球移动用户已超过〖5亿,中国移动通信用户总数超过3. 6亿。这一历史上从来没有过的高速增长现象反映了随着时代与技术的进步,人类对移动性和信息的需求急剧上升。越来越多的人希望在移动的过程中获取急需的信息,完成想要做的事情。移动终端设备孕育而生,比如现今流行的iPhone、iPad、以及电子书阅读器Kindle等等,人们用移动设备通过互联网获取信息、学习知识、分享娱乐,这种新型的方式正在逐渐渗透到人们生活、工作的各个领域。
 
1.1.2.新的数字阅读方式产生和发展(电子书3. 0)
电子书的发展目前为止经历了三个阶段,首先由百道新出版研究院首席顾问程三国提出、电子书发展三阶段为:电子书1. 0是传统印刷图书对应的电子版,源于纸质书。通常是先有纸质书再出电子书,或同时推出。国内常见电子阅读器里预装储存的图书一般属于电子书1. 0。在国外,目前Amazon Kindle,Kobo, Google的ebookstore等上面的电子书主要是电子书1. 0。电子书2. 0是指从生产到发布都只有数字化形态的电子读物。又叫原生电子版,它不一定源于传统纸质书,通常是只有数字版或先出数字版,国内的网络原创读物都属于电子书2. 0。在国外,主要是Smash words, BookBrewer等平台上自助出版和独立出版的电子书,以及Amazon最近推出的Kindle Singles 等。电子书3.0又叫作电子书的增强型电子版,是指集成了声音、视频、动画、实时变化模块、交互模块等要素的多媒体读物。在国外,主要是Smashwords, Book Brewer等平台上自助出版和独立出版的电子书,以及Amazon最近推出的Kindle Singles和苹果公司AppleStore的电子书。(图1-1) 电子书1. 0、2. 0和3. 0不是一个简单的概念,从内容特色、出版类型、版权要求、编辑制作、技术条件、阅读终端、创作群体和读者群体上的差别导致了商业模式、产业链和产业逻辑等结构性的差异。电子书1.0产业链上的最重要的环节还是传统出版机构,改变的只是阅读载体,没有质的变化;电子书2.0的出现改变了传统出版机构的地位,互联网络平台延伸了电子书籍出版机构的范围,使得电子书的销售额远远超出纸质书。移动的阅读和网页的阅读成为电子书2.0的又一明显特征,让电子书的发展进入了 2. 0的突变发展时代;随着移动互联网的发展,移动设备iPhone、iPad、以及Kindle的盛行,电子书3. 0以APP (应用程序)这种新的形式出现,在这几年受到了更多的关注,也円渐成为一个发展迅速、关注度高、市场潜力巨大的热点产品。
 
1.1.3.儿童电子书的演变
早在电脑技术发展的二十一世纪初就已经产生儿童电子书。儿章电子书同其他电子书一并经历了 1.0、2.0、3.0的演变发展。数字化书籍的盛行也促使许多经典的纸质儿童出版物发行了它们的电子版本。这种类型的电子书一般都是以纸质出版物为基础由出版公司获得电子版权发行,这是儿童电子书最早的出现模式。《帽子里的猫》(The Cat inthe Hat, by Dr. Seuss)的电子版本是儿童电子书1. 0的典型代表之一、《帽子里的猫》是美国儿童文学家、教育学家苏斯博士在五十年代创作的一本非常著名的儿童图画书,迄今为止已经翻译为多个版本在全世界出版发行过。Oceanhouse Media出版了它的电子版本(digita book),其电子版本在苹果公司的APP Store里出售。这本电子书的封面和内容页面同原纸质出版物一致,不同的是需要在电子设备里下载阅读,其添加了语音阅读模式,也可以选择自动阅读方式。(如图1-2)
 
第2章基于移动设备的儿童电子书的概述
 
2.1. 概念界定
2.1.1.移动设备
可以随身携带,随时随地方便查看信息也能随时随地通过访问互联网络获取所需信息,方便的移动设备已经成为了现阶段大众日常生活中密不可分的联络工具、学习工具、资讯工具等等。目前,最主要的移动设备为智能手记和平板电脑。智能手机(Smartphone),又被称为智慧型手机,是相对与功能型手机而言,指“像个人电脑一样,具有独立的操作系统和良好的用户界面。可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序,通过此类程序来不断对手机的功能进行扩充,并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一类手机的总称”。平板电脑(Tablet Personal Computer,简称 Tablet PC、Flat PC、Tablet、Slates),是一种小型、方便携带的个人电脑,以触摸屏作为基本的输入设备。它拥有的触摸屏(也称为数位板技术)允许用户通过触控笔或数字笔来进行作业。 有多个屏幕页面,够使用多点触控来直接操作。多点触控始于1982年山多伦多大学发明的感应食指指压的多点触控屏幕,是一个重大技术进步,也是智能移动设备发展的基础。多点触控(又称多重触控、多点感应、多重感应,英译为Multitouch或Multi-Touch)是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术,能在没有传统输入设备(如:鼠标、键盘等。)下进行计算机的人机交互操作。多点触摸技术,能构成一个触摸屏(屏幕,桌面,墙壁等)或触控板,都能同时接受来自屏幕上多个点进行计算机的人机交互操作。这个技术是通过包括滑动、轻触幵关及按键等手势与系统交互,如滑动、轻按、挤压及旋转等。屏幕上方有状态栏能显示有关数据,如时间、电池电量和信号强度等,其余的屏幕用于显示当前的应用程序。
 
第三章 电子书物排放形貌......37 
3.1 概述......... 37 
3.2 实验系统及方法....... 37 
3.2.1 电子书物形貌及其内部结构的测试分析方法...... 37 
3.2.2 电子书物氧化实验方法...... 39 
3.3 试验结果及分析....... 40 
3.3.1 发动机工况对电子书物形貌,内部结构........ 40 
3.3.2 电子书物形貌,内部结构及其氧化特性.... 51 
3.3.3 燃油特性对电子书物形貌,内部结构...... 61 
3.4 本章小结....... 68 
第四章 电子书排放成分........70 
4.1 概述......... 70 
4.2 实验系统及方法....... 70 
4.3 实验结果及分析....... 73 
4.4 本章小结....... 86
第五章微环境大气电子书物理化........88 
5.1 概述......... 88 
5.2 电子书物采集及分析方法....... 88 
5.3 实验结果及分析....... 90
5.4 本章小结..... 104
 
结论
 
通过本文的分析,我们可以知道,通过对不同时期儿童的心理和生理特点进行分析,具有图片动画声音音效等多媒体元素的基于移动设备的交互儿童电子书最适合4-6岁学前儿童阅读。根据移动设备新技术的发展,新型的移动设备除了便于携带的优点外还具有以多点触控技术为基础的触控手势交互途径,以交互动画为交互信息的主要表现形式。交互性不仅仅为交互的方法还包括用户的反馈即用户的交互体验。分析基于移动设备的儿童电子书交互设计的原则和方法应该考虑到移动设各的特点和优势,有效利用移动设备的配置功能来辅助儿童电子书的交互功能实现。掌握儿童电子书交互设计的原则和方法能更好的指导我们进行儿童交互电子书的设计,使我们设计出更多更好的适合儿童心理和生理需求的儿童交互电子书。
 
参考文献
[1] Rosu M, Marlina A, Kaya Aydin, et al. Surface adsorption onto activated carbon and its effect onabsorption with chemical reation [J]. Chem. Eng. Sci., 2007, 62(24): 7336-7343.
[2] Shetti N P, Malode S J, Nandibewoor S T. Electrochemical behavior of an antiviral drug acyclovir atfullerene-C6o-modified glassy carbon electrode [J]. Bioelectrochemistry, 2012, 88: 76-83.
[3] Sheng G D, Shao D D, Ren X M, et al. Kinetics and thermodynamics of adsorption of ionizablearomatic compounds from aqueous solutions by as-prepared and oxidized multiwalled carbonnanotubes [J]. J. Hazard. Mater., 2010, 178(2): 505-516.
[4] Zhang C Z, LI Y S, Tang Y, et al. Nanocrystalline diamond thin films grown on Ti6Al4V alloy [J]. ThinSolid Films, 2013, 527: 59-64.
[5] Rochefort A, Wuest J. Interaction of substituted aromatic compounds with graphene [J]. Langmuir,2009, 25(1):210-215.
[6] Titelman G I,Gelman V,Born S, et al. Characteristics and microstructure of aqueous colloidalispersions of graphite oxide [J]. Carbon, 2005, 43(3): 641-649.
[7] Solum M S, Pugmire R J,Jagtoyen M J, et al. Evolution of carbon structure in chemically activatedwood [J]. Carbon, 1995, 33(9): 1247-1254.
[8] Coutrin N P, Altenor S, Cossement D, et al. Comparison of parameters calculated from the BET andFreundlich isotherms obtained by nitrogen adsorption on activated carbon: A naw method forcalculating the specific surface area [J]. Microp. Mesopor. Mat., 2008,111(2): 517-522
[9] Pinero E R, Amoros D C, Solano A L. Temperature programmed desorption study on the mechanism ofS02 oxidation by activated carbon and activated carbon fibres [J]. Carbon, 2001,39(2): 231-242.
[10] Coloma F, Escribano A S, Fierro J L. Gas phase hydrogenation of crotonaldehyde over Pt/Activatedcarbon catalysts. Influence of the oxygen surface groups on the support [J]. Appl. Catal. A, 1997,150(1): 165-183.
 

优秀工程专业硕士论文篇六

 
第一章 绪论
 
密码学是保障通信安全的重要工具,现有经典密码学的两大体制虽然能够在一定程度上实现保密通信,但在实际应用中都存在不足:私钥体制虽然能保证通信的绝对安全,但需要预先共享大量绝对安全密钥,而这正是经典密码体系的短板,因此该体制只适用于一些保密性极高,信息交换量较小的场合,无法大规模应用;公钥体制虽然可以大规模应用,但是其安全性依赖于没有严格证明的数学难题,虽然目前的经典计算机无法在有效的时间内破译,但随着经典计算机计算能力的提高和量子计算机取得的重大突破,该密码体制将面临着严峻的挑战。幸运的是,量子密码的出现为安全保密通信提供了一个全新的方法,它以经典密码学和量子物理学为基础,利用量子特性来保证通信的保密性。与经典密码通信不同,量子保密通信的安全性不是基于计算的复杂性,而是源于量子物理学的基本特性,其安全性由海森堡测不准定理和不可克隆原理所保障。这使得量子保密通信具有两个基本特征,即通信无条件安全性及对窃听的可检测性,这两个特征在经典通信几乎无法实现。
因此在信息保护和保密通信方面,量子保密通信具有先天的优势。量子通信协议正是量子保密通信技术的核心,其研究主要集中在量子密钥分发(quantum key distribution, QKD)协议方面。而在其他方面,如量子数据加密协议,量子认证协议,量子秘密共享协议以及量子签名协议等也得到了广泛关注,已经形成了一个系统的理论体系。目前,量子保密通信研究已不仅仅停留在理论阶段,它已经在逐步走向实用化研究的新阶段。量子密码通信的信息安全基础是量子信息理论。然而,量子信息论尤其是信道理论还不够完善。基于通信的物理系统根本上都受到量子力学约束的,经典Shannon信息论[1]将通信信道中的噪声做概率性地建模,虽然在很多物理系统中这是一个合理的近似,但是当量子效应在通信的物理系统中变得明显时,这种经典的概率建模已不再准确。与经典信息论中区分模拟和数字信息系统一样,量子信息论中分为离散变量与连续变量信息系统。然而量子信道理论方面还有很多未解的问题,如信道容量的求解、容量非加性判断及非加性来源等问题。至此,量子信息论的核心问题包括研究量子信道对量子系统的影响及探寻用于传输各种不同信息的容量准则,如经典容量,量子容量,和私密容量。各国量子信息领域的学者们都在为建立和完善量子信息论做出努力。本章首先简要介绍离散变量量子保密通信及量子信息论的发展历程,并引入离散变量(discrete variable, DV)、连续变量(continuous variable, CV)量子保密通信,以及量子信道理论的概念。随后详细介绍连续变量量子保密通信以及量子信道理论的发展和研究现状。最后列出本文的内容组织结构。
 
1.1 离散变量量子保密通信及量子信息论发展
1969年,哥伦比亚大学的Stephen Wiesner提出了QKD的原始想法,但由于该想法过于新奇,直到1983年才得以见刊[2]。1984年,IBM公司Bennett与加拿大Montre′al大学G. Brassard提出第一个QKD协议,即BB84协议[3]。然而在随后的一段时间里,该协议并没引起人们的重视,直到1991年,牛津大学学者ArturEkert提出了一个利用EPR纠缠关联进行密钥分发的Ekert91协议[4]后,量子保密通信开始进入了一个崭新的时代。1992年,Bennett等证明了准备测量(prepare-and measurement, P&M)协议和基于纠缠(entanglement-based, E-B)的QKD协议的等价性[5],并于同年改进了BB84协议,提出了B92协议[6]。至此,形成了量子密码学界的三大主流QKD协议。基于此三大协议,各国学者提出了诸如六态协议[7, 8]等各种衍生的QKD协议。随后的研究主要围绕QKD协议的无条件安全性证明展开。1996年,Mayers和Deutsch等[9, 10]分别提出了证明方法,但方法过于抽象或者基于现有无法实现的假设条件。2000年,Shor和Preskill[11]从纠错码的角度证明了BB84协议的无条件安全。之后,Biham[12]等人相继证明了QKD协议的无条件安全性。但这些安全性证明都是基于理想的QKD设备,而没有考虑实际器件不完美对安全性的影响。直到2000年,Brassard等[13]指出实际系统中的弱相干光可能导致光子数分束(photon-number-splitting, PNS)攻击,从而大大降低了QKD安全通信距离,人们才意识到这个问题的严重性。随后,Lu¨tkenhaus[14]及Gottesman[15]等人分别给出了在某些假设条件下的实际QKD系统安全性证明。针对可能存在PNS攻击,研究者们还提出了一系列基于诱骗态(Decoy state)方案[16–18]。
 
第二章 连续变量量子保密通信方案设计
自从1999年学术界首次提出利用连续变量来进行量子通信以来,国内外众多学者提出了许多连续变量量子保密通信协议,尤其是CVQKD引起了人们的极大关注。利用非安全量子及经典信道,QKD为发送方Alice及接收方Bob建立安全密钥提供了一个全新的方法。和DVQKD[3, 36]不一样,在CVQKD[68, 72,75, 88]中,Alice通常将信息通过高斯调制编码在光场的正则算符上,Bob利用高效高速零差(homodyne)或者外差(heterodyne)检测器获取秘密信息。在分发密钥渐近极限下,CVQKD能抵抗任意集体攻击[81, 82]和相干攻击,这是由于在渐近极限下,相干攻击被证明和集体攻击能力一致[103]。因为不需要单光子信源和单光子检测器,且连续调制具有更大信道容量,所以CVQKD在这些方面较DVQKD更具优势。然而CVQKD只是在短距离下(30km以下)密钥速率表现良好,在长距离通信上速率很低,且安全通信距离比DVQKD短很多。从信息论角度看,一个原因是DVQKD在集体攻击下的安全码率计算依赖于误码率的估算,而CVQKD中安全码率的估算来自于对信号量子态的协方差矩阵的评估,协方差矩阵不仅受信道传输率的影响,而且对信道过噪声异常敏感。还有一个原因是由于检测器灵敏度的原因,调制方差不能选用太小,从而调制方差不能使用最优值从而影响安全传输距离。最后一个重要原因是因为CVQKD解码得到的是连续数据而不是二进制数值,目前不存在低信噪比下针对连续数据的高效密钥协商算法,这从很大程度上限制了安全传输距离。为了解决以上短距离通信问题,一个方法是设计低信噪比下高效的协商算法[167],另一个方法是设计离散调制CVQKD协议[108–111]。然而离散调制方案要求调制方差很小,这对于零差和外差检测起来说是一个很大的挑战,因为几乎要求能检测出单光子。另外,研究者们还提出利用相位敏感放大器(phase-sensitive amplifier, PSA)[77]、相位非敏感光放大器(phase-insensitiveamplifier, PIA)[77]或无噪放大器(noiseless amplifier, NLA)[168]提高系统信噪比,从而改善安全通信距离的方案。但加有噪放大器等效于降低检测器过噪声,性能提升有限,而无噪放大器自身的实现就很复杂。
 
第三章 非理想相干光源CVQKD 41
3.1引言..... 41
3.2基于非理想相干光源CVQKD模型描述..... 43
3.3非理想相干光源CVQKD方案安全性分析....46
3.4本章小结.......52
第四章 传输信道量子容量及其非加性 55
4.1引言..... 55
4.2量子信道的量子容量..... 57
4.3记忆Pauli信道的量子容量........ 58
4.3.1有限记忆量子信道的构建........58
4.3.2记忆Pauli信道的量子容量........60
4.3.3典型Pauli记忆信道的量子容量......62
4.4多输入纠缠分发信道量子容量非加性......67
4.4.1多输入信道量子容量的超加性......67
4.4.2量子蝴蝶网络量子容量的超加性....70
4.5本章小结.......74
第五章 特定量子信道下的信息传输及其设计 75
5.1引言..... 75
5.2经典及量子关联的不同消相干动力学演化........ 77
5.3非马尔科夫传输信道下的DVQKD........ 90
5.4基于线性光学器件的信道设计..... ..... 96
 
结论
 
目前量子密码体制大都以经典私钥体制为基础,即先通过QKD方案为通信双方分配无条件安全的密钥,进而结合私钥体制实现安全通信,这种方法能保证信息的绝对安全。为了解决通信中的其他问题,比如身份认证、秘密共享、消息确认等,研究者们还提出了各种基于量子信息的解决方案。而且从实现手段上,根据使用不同的信息编码载体,量子保密通信从最初的离散变量编码发展到了连续变量编码的情况,两种方式各有优缺点,可以适用于不同的情况。离散变量通信适合长距离通信,具有效率较高的数据后处理算法,但实验系统包括信源和检测器等实现较复杂,成本较高;连续变量通信系统实现简易,成本较低,但是数据后处理效率较低、通信易受过噪声干扰、检测器效率和灵敏度有限,安全通信距离有限。然而量子保密通信安全性不能用经典信息论来分析,而需借助量子信息论来分析,且量子保密通信无条件安全性的基础是量子信息理论。然而量子信息论还不够完善,尤其是量子信道及网络理论方面还有很多未解的问题,比如信道容量的求解、容量非加性、容量非加性来源、对信息传输的影响等问题。因此充分研究量子信息论,并着重研究量子信道传输特性对量子保密通信至关重要。论文主要围绕量子保密通信方案及信道传输特性方面的问题展开研究,其中包括量子保密通信方案的设计及系统的实际安全性分析,保密通信中记忆传输信道及多输入传输信道的量子容量计算、量子容量的非加性分析、不同量子传输信道对关联性和信息传输的影响以及利用线性光学器件对特定信道的设计问题。主要完成了以下几个方面的工作:
1. CVQKD只是在短距离下(30km以下)密钥速率表现良好,在长距离通信上速率较低,而且安全通信距离相对于DVQKD短很多。为了解决这个问题,一个方法是设计低信噪比下高效的协商算法,另一个方法是设计离散调制的CVQKD。然而离散调制方案要求调制方差很小,这对于零差和外差检测起来说是一个很大的挑战,因为要求能检测出单光子。另外,研究者们还提出利用光学参量放大器或无噪放大器来提高系统信噪比,从而改善安全通信距离。为了改善通信距离,提高方案的抗过噪声能力,本文提出了一个基于非高斯减光子操作CVQKD纠缠等价方案,我们详细计算了该方案的密钥速率,并分析了非高斯减光子操作对高斯调制相干态CVQKD性能及安全性的影响。因为经过减光子操作后的信号为非高斯信号,利用高斯最优定理,考虑最强的集体攻击策略,我们计算并获取了方案一个安全密钥率及一个信道可容忍噪声的下限值。通过对比分析结果,可以看出改进的方案具有更长的通信距离和更好的信道过噪声容忍度,而且方案在调制方差的选用上也比较灵活。最后通过模型的等效分析,我们证实了该非高斯操作可以同样作用在P&M方案中,而且因为提出的减光子操作可以在现有技术下轻易实现,因此可以实际应用于现有CVQKD方案以提高安全通信距离和抗过噪声能力。
2. QKD使得通信双发通过数据后处理后能无条件获取安全密钥,但是而单纯的QKD系统不能分辨Alice和Bob是否是真正的合法通信方,而不是由Eve假冒的。这是因为QKD协议本身不能对通信双方的合法身份进行验证。为了保证获取安全的密钥,这时还需要量子身份认证方案来对通信者身份进行确认。虽然到目前为止,已经提出了不少基于离散变量的QIA方案,然而基于连续变量的身份认证方案还很有限。基于高斯调制压缩态,我们提出了两个CVQIA方案,两个方案都能对用户进行有效的身份认证,并在认证通过后进行认证密钥的更新。我们提出了一个保真度参数来判定认证的成功与否,并用于对信道进行窃听检测。其中第一个认证方案Bob采用确定性测量,而第二个方案使用随机测量基。安全性分析表明两个CVQIA方案都能有效抵抗高斯克隆攻击。然而如果合法通信方由于某些原因泄露了认证密钥信息,Eve可能通过中间人攻击并成功获取更新的认证密钥。这时方案二可以避免这种攻击策略,从一定程度上提高了认证方案的鲁棒性。
3. QKD系统的无条件安全性已经得到了证明,然而这种无条件安全性考虑的是理想系统,而实际的非理想系统在很多方面都被证明存在安全隐患。本文立足于CVQKD实际系统,定量分析了CVQKD系统中光源模块的非理想性对系统安全性的影响。实际应用中的CVQKD系统相干光源可能会不理想而引入噪声,我们首先将非理想光源噪声建模为第三方Fred对理想相干光源进行放大后的输出,并根据Fred所扮演的角色,提出了两个通信模型,称为非信任方及中立方模型。基于提出的两个模型,分析了具有非理想相干光源的CVQKD方案在实际量子信道和检测器下的安全性。考虑使用反向协商的数据处理方式,当第三方Fred为不可信方时,Bob分别使用零差和外差检测条件下,计算得到了在使用实际检测器时的两个非理想相干光源噪声的安全下限值;当Fred为中立方时,得到了在使用理想检测器时的两个非理想相干光源噪声安全准确限值。
 
参考文献
[1] Shannon C.E., “A mathematical theory of communication”, The Bell SystemTechnical Journal, 1948, 27, 379–423, 623–656.
[2] Wiesner S., “Conjugate coding”, Sigact News, 1983, 15, 78.
[3] Bennett C.H. and Brassard G., “Quantum cryptography: Public key distribu-tion and coin tossing”, Proceedings of the IEEE International Conference onComputers, Systems, and Signal Processing, 1984.
[4] Ekert A.K., “Quantum cryptography based on bell’s theorem”, Physical ReviewLetters, 1991, 67(6), 661.
[5] Bennett C.H., Brassard G., and Mermin N.D., “Quantum cryptography withoutbell’s theorem”, Physical Review Letters, 1992, 68, 557–559.
[6] Bennett C.H., “Quantum cryptography using any two nonorthogonal states”,Physical Review Letters, 1992, 68(21), 3121.
[7] Bru  D., “Optimal eavesdropping in quantum cryptography with six states”,Physical Review Letters, 1998, 81, 3018–3021.
[8] Bechmann-Pasquinucci H. and Tittel W., “Quantum cryptography using largeralphabets”, Physical Review A, 2000, 61, 062308.
[9] Mayers D., “Quantum key distribution and string oblivious transfer in noisychannels”, Advances in Cryptology: Proceedings of Crypto ’96., Springer Ver-lag, Berlin, 1996, 343–357.
[10] Deutsch D., Ekert A., Jozsa R., et al., “Quantum privacy amplification and thesecurity of quantum cryptography over noisy channels”, Phys. Rev. Lett., 1996,77, 2818–2821.
 

优秀工程专业硕士论文篇七

 
第 1 章 绪论
 
1.1 纳米碳材料综述
化学元素“碳”的英文名称“carbon”来源于拉丁文“carbo”,其本意是指生活中常见的木炭;而汉字“碳”是由“炭”字加上表示固体而非金属元素的“石”字构成的。之所以这样命名是因为早在史前时期人类就已经开始使用木炭了,而木炭中最主要的化学元素就是碳,因此,可以说人类最早是通过木炭认知并利用碳这种化学元素的。众所周知,有机分子就是碳氢化合物及其衍生物,因此,碳是构成生物体包括我们人类本身的基本化学元素之一。以质量来衡量,碳是宇宙中继氢、氦和氧后第四丰富的化学元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。通过以上几点可见,碳是一种与人类生活息息相关的化学元素,它既构成了人类机体,也广布于我们周围的环境乃至宇宙之中。从上世纪初开始,人类开始更主动地利用各种碳材料来改善生活和提高生产效率。迄今为止碳材料的发展已经由宏观尺寸过渡到介观尺寸,有意思的是,如果按碳材料的计量单位划分,人类对碳材料的认知和利用主要经历了三个阶段:1960 年前,碳材料的重量一般以千克或吨计量,如木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、碳刷、碳棒和铅笔,这些被称为传统碳材料;1960 年至 1985 年间,大部分碳材料是以克计量的,主要有金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、多孔碳、储能用碳材料和玻璃碳,它们被称为新型碳材料;1985 年至今,碳材料的尺寸达到纳米量级,这时纳米碳材料的重量开始以毫克计量,例如富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石和石墨烯,这些碳的新型同素异构体被称为纳米碳材料。1959 年著名物理学家 Richard P. Feynman 在美国物理学会年会上作了题为“There's Plenty of Room at the Bottom”的报告,该报告提出了在微小尺度上操纵和控制物体的问题。在以原子或分子为代表的微观领域和宏观领域之间存在着一个所谓的介观领域,该领域中物理体系的尺寸处于纳米量级,其量子效应明显,且便于进行宏观检测。这种纳米尺度下的很多物理现象有待揭示,有效地利用这些纳米尺度的量子现象必将加速人类的文明进程,因此,Feynman 的这一报告被认为标志着纳米科技的开端。纳米科技的最终目标是利用原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品,而纳米碳材料因其独特的电子、力学及化学性质一直是纳米材料领域最受关注的对象之一。其中,碳纳米管及近期发现的石墨烯材料无疑是纳米科学领域的研究热点。我们知道 19 世纪是铁器时代,20 世纪是硅的时代,有专家预言 21 世纪极有可能是碳的时代!下面将针对几种重要的纳米碳材料进行逐一概述。
 
1.1.1 富勒烯(以 C60为例)
富勒烯是一种碳的同素异形体,任何只由碳元素组成的以球状、椭圆状或管状结构存在的物质,都可以被叫做富勒烯,如巴基球团簇、碳纳米管、巨碳管、聚合物、纳米“洋葱”、球棒相连二聚体。1985年,英国化学家H. W.Kroto博士和美国赖斯大学的科学家R. E. Smalley等人在氦气流中激光汽化石墨的实验中首次制得由60个碳组成的原子簇分子C60[1-2],C60属于巴基球团簇,因此它是一种富勒烯分子。1991年C60被“科学”(Science)杂志授予“年度分子”。由于C60在富勒烯家族中相对最容易得到、最容易提纯和最廉价,因此C60及其衍生物被研究和应用得最多。如图1.1所示,C60的分子结构具有极高的对称性,它为球形32面体,其中12个面为正五边形,20个面为正六边形。组成它的碳原子经过轨道杂化后,处于顶点的60个碳原子分别与相邻顶点的碳原子通过近似sp2杂化形成了σ键,每个碳原子的三个σ键可以和其它碳原子的σ键结合成一个五边形的边和两个六边形的边,其在五边形的边上形成单键,而在六边形上则是单、双键交替出现。碳原子杂化轨道理论计算值为sp2.28,可见该杂化是介于sp2和sp3之间的,每个碳原子的三个σ键并不共面,键角约为108°或120°,因此整个分子为球状[1-4]。每个碳原子的未参与杂化的p轨道相互重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构。纯的C60在常态下不导电,1991年,A. F. Hebard等人首先提出在C60的缝隙中掺碱金属可使其具有导电性[5],适量的钾掺杂甚至能使其变为超导体[5-6]。另有研究表明,若加入其它分子(例如三溴甲烷)来拉长晶格间距,可提升C60超导相变温度使实验上更容易实现超导电性[7]。随着人们对其在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出的优异性能的认识,C60逐渐得到广泛的应用。
 
第 2 章 描述石墨烯电子性质的理论方法概述
 
本论文拟从理论上研究石墨烯体系的能带结构及电子输运性质随某些实验手段和环境因素的变化规律,探讨调控石墨烯电子结构和性质的有效途径,并为设计石墨烯纳米电子学器件原型提供物理思想或具体的理论模型。其中,关于能带结构的分析和计算,我们主要采用紧束缚近似方法和 Dirac 方程方法。而关于电子输运性质的研究,我们采用分立格点的 Landauer-Büttiker公式分析和计算石墨烯纳米结构的电导谱;利用线性响应理论的 Kubo 公式研究石墨烯体材料的量子输运性质。由于这几种基本理论方法在本论文工作的各个具体部分均有涉及,因此有必要在此对这些理论方法给出简要概述。在介绍这些基本理论方法之前,我们先简单回顾一下石墨烯的晶体结构。如图 2.1(a)所示,石墨烯结构是蜂巢状的复式晶格,每个原胞由两个不等价的碳原子(记为A和B)组成,碳-碳键的键长 a 约等于 1.42  。晶格的平移基矢为1a=a( 3,0)和2a= a(  3,3) 2,二者的夹角为 60°。以B原子为中心到最近 邻 的 三 个 A 原 子 的 矢 量 分 别 记 为1τ=(0,1)a,2τ= (   3,  1)a 2和3τ= ( 3,  1)a 2。利用晶格平移基矢和倒易空间基矢的关系可得到倒格子的两个平移基矢,记为:1b=2π( 3,1) (3a)和2b =4π(0,1) (3a)。石墨烯的第一布里渊区为正六角形,如图 2.1(b)所示,在其六个顶点中只有两个不等价的点,即: K 和 K' 点,它们在倒易空间的位置分别为 K =2π(1, 3 ) ( 33a)和K'=2π(2,0) ( 3 3a)。其他的四个顶点分别和K (K')点相差一个倒格矢量,因此它们必定与K (K')点等价。这样,六个顶点按三个一组分成两组不等价的而且相互间隔的顶点,图 2.1(b)中的K 点及其两个等价顶点附近的在布里渊区之内的三个邻域的能带结构可等价为绕K 点的一个圆形闭合邻域的能带结构,见图 2.1(b)中的绕K 点的虚线区域。
 
第 3 章 关于调控石墨烯边缘态的理论探讨 .... 29
3.1 理论模型及公式 ........ 29
3.2 半无限长石墨烯纳米条带的边缘格林函数..... 36
3.3 门电压和杂质对边缘态的影响 ........ 38
3.4 本章小结 ........ 42
第 4 章 有带隙的石墨烯结构在外磁场.... 43
4.1 理论模型与公式 ........ 44
4.2 数值结果与讨论 ........ 53
4.3 弱散射极限下的电导率峰 ...... 58
4.4 本章小结 ........ 60
第 5 章 石墨烯超晶格的光输运和电子输运性质 ...... 61
5.1 石墨烯超晶格的能带结构和朗道能谱......... 61
5.2 石墨烯超晶格的光电导率 ...... 65
5.3 石墨烯超晶格在外磁场下的电子输运性质..... 69
5.4 本章小结 ........ 74
 
结论
 
本论文旨在探讨几种调控机制对石墨烯材料的电子特性的影响,从而为石墨烯在纳米电子学领域的应用提供新的物理模型和理论依据。文中我们主要采用紧束缚近似方法、无质量的Dirac方程方法、传递矩阵理论、电导率的Kubo公式和Landauer-Büttiker公式等理论工具研究了晶格边界裁制、衬底的交错势场、超晶格势场、磁场及线缺陷等调控因素对石墨烯材料的性质影响,得到的具体结论分以下几部分:首先我们推导出适用于armchair型石墨烯纳米条带的约化晶格模型,并利用该模型获得了存在于该纳米条带zigzag型侧边的边缘态解析解,然后在此基础上详细讨论了外电场、条带宽度、杂质和条带边界形状等因素对边缘态的调控。我们注意到在其他学者的研究工作中所采用的周期性边界条件并不适用于描述较窄的石墨烯纳米条带的边缘态,而自然边界条件更为适用。此前,有数值研究表明当条带的宽度小于三个晶格常数时,局域化的边缘态将消失,我们的解析工作对这一数值结论给出了严格的证明,而且我们发现每当条带宽度增加三个晶格常数时,体系将产生一个新的简并的边缘态。另外,我们还得到了半无限长石墨烯条带的表面格林函数的解析形式,此格林函数是计算各种石墨烯纳米结构电子输运性质的关键物理量,我们给出的解析形式将极大地方便相关结构电子输运谱的计算。当考察门电压和杂质对边缘态的调控时我们发现,在zigzag型侧边施加足够大的门电压后可以消除局域的边缘态;在zigzag型侧边附近的原胞内掺入杂质能够使多重简并的边缘态退简并。由于局域边缘态是石墨烯边缘出现自发磁化的根本原因,因此我们所得到的关于门电压和杂质对于边缘态的调控将有助于理解石墨烯边缘自发磁化的特性。
 
参考文献
[1] KROTO H W, HEATH J R, O'BRIEN S C, et al. C60: Buckminsterfullerene[J].Nature, 1985, 318: 162-163.
[2] KROTO H. Space, stars, C60, and soot[J]. Science, 1988, 242(4882): 1139-1145.
[3] DAVID W I F, IBBERSON R M, MATTHEWMAN J C, et al. Crystalstructure and bonding of ordered C60[J]. Nature(London), 1991, 353: 147-149.
[4] HEINEY P A. Structure, dynamics and ordering transition of solid C60[J]. J.Phys. Chem. Solids, 1992, 53: 1333-1352.
[5] HADDON R, HEBARD A, ROSSEINSKY M, et al. Conducting films of C60and C70by alkali-metal doping[J]. Nature, 1991, 350: 320-322.
[6] PEKKER S, JáNOSSY A, MIHALY L, et al. Single-Crystalline (KC60)n: AConducting Linear Alkali Fulleride Polymer[J]. Science, 1994, 265(5175):1077-1078.
[7] DINNEBIER R E, GUNNARSSON O, BRUMM H, et al. Structure ofHaloform Intercalated C60and Its Influence on Superconductive Properties[J].Science, 2002, 296: 109-113.
[8] IIJIMA S. Helical microtubules of graphitic carbon[J]. Nature, 1991, 354:56-58.
[9] SAITO R, DRESSELHAUS G, DRESSELHAUS M S. Physical Properties ofCarbon Nanotubes[M]. London: Imperial College Press, 1998.
[10] TREACY M M J, EBBESEN T W, GIBSON J M. Exceptionally highYoung's modulus observed for individual carbon nanotubes[J]. Nature, 1996,381: 678-680.
 

优秀工程专业硕士论文篇八

 
第一章 绪论
 
1.1 课题背景及意义
随着经济的发展、迅速的城市化,机动车数量迅速增加,虽说推动了当前社会经济的发展,但对社会环境造成了严重的影响。多年来的实践经验让我们认识到,如果在解决交通问题上仅仅是依赖于传统的管理方法或者采用诸如更新道路设施这些治标不治本的方法,那么资源的浪费和环境的污染问题只会更加的严重。因此,我们需要找到解决交通问题的有效措施。随着信息技术、通信技术、计算机技术以及电子控制技术的不断创新,智能交通系统[1][2](Intelligent Transportation System)的出现为解决交通问题提供了新的思路,即不再修建更多的道路设施,而是采用先进技术对道路进行控制和管理,达到“减少交通事故,增加道路安全;减少交通拥塞,提高道路效率;减少环境污染,提倡能源节约”的目的,同时也能提高交通系统的行驶效率。智能交通系统[3][4]主要是为了建立一种实时、准确、高效的运输综合管理系统,在大范围内、全方位地使得人、车、路和网络紧密结合,形成一种非常智能化的交通服务系统。该系统采用了先进的信息技术、数据传输技术、电子控制技术及计算机处理技术。从目前的交通发展来看,智能交通系统已成为解决当前交通安全、交通拥塞、能源节约等矛盾问题的有效途径。交通信息服务系统[6][7](Automated Transportation Information System)作为 ITS 研究的热点领域,是现代化交通发展建设及管理的主要发展方向。交通信息服务系统主要是由三个模块组成:信息采集模块,信息处理模块和信息发布模块,首先需要对采集到的数据做信息处理,再将处理所得路况信息发布给出行者,目的是让出行者能准确地了解所在范围内的实时交通信息状况并做出最佳选择,起到减少出行成本、提高道路效率、节约能源的效果,从而进一步地改善交通行驶状况,使得出行人的交通行为变得更具有计划性、合理性。地理信息系统[8][9](Geographic Information System)作为交通信息服务系统的重要研究领域,结合地理学和地图学,已经成为了一个具有集中、存储、操作和显示地理参考信息的计算机系统。在 GIS[10][11]平台上发展起来的电子地图也成为了地理信息服务的热点。
电子地图[12]是数字化与传统地图相结合产生的一种新型的地图模式,是与计算机技术、GIS 技术、网络技术融合的产物,也是一种现代化信息产品,在数字地图的基础上采用多种媒体相结合的方式向用户展示了各城市、地区的地形分布面貌。电子地图可以通过人机交互的方式实时、动态地向用户提供信息检索、数值分析、未来预测和定位导航功能。虽然还存在一系列问题需要解决,比如说标准化问题,但与传统的地图相比,有不少明显的优势,比如以下四点[12]:(1)电子地图的交互性,主要体现在地图获取和地图显示两个方面。电子地图的数据是以数字化的形式保存的,用户可以通过人机交互界面来获取地图相关功能,电子地图的显示界面比传统更加美观,显示方式也更加多样化。(2)电子地图的存储信息种类繁多,主要体现在电子地图的信息量和表现形式上。大量的数据和多种地图符号需要地图数据库的配合,利用多种相关技术进行处理才能实现海量新的存储及使用。(3)电子地图的动态变化特性。电子地图可以根据实时路况或者其他功能进行动态变化,表现形式也多样化,比如有数字、图片和视频方式。(4)电子地图的扩充性能。电子地图根据实际情况进行数据或者软件更新,功能更加全面,内容也更加丰富。此外,无线技术[5][13]的日益成熟,较高的传输速率,更广的覆盖范围使得无线网络[14][15]已经成为了一种较为普及的网络接入方式,在此基础上发展起来的移动式交通信息服务系统变得更加完善,满足了信息时代中人们对地理信息的不断需求。本文也是在这个移动式交通背景下提出了一套基于 android 手机的电子地图的应用软件,将人、车、地理空间以及网络完美地融合在一起。
 
1.2 Android 平台选择
在 3G 时代的潮流中,传统手机终端已经无法满足用户日益增长的需求,智能机的出现让用户对应用软件及硬件的需求得到了满足,而智能手机的核心就是操作系统。目前市场上常见的 3G 智能手机操作系统有以下几类:Google 公司的 android,Mac 公司的ios、Microsoft 公司的 Windows Phone、RIM 公司的 BlackBerry、Nokia 公司的 Symbian。根据著名网站 Asymco 绘制的最新的全球智能手机市场份额信息图(如图 1.1 所示)可知:截止道 2011 年底全球手机出货量主要分成两个部分:智能手机及非智能手机。其中非智能手机与智能手机的比率分别为 69%和 31%,相对来说,智能手机的占有率有所上升并成功突破了市场率的 30%。智能手机中基于 android 的操作系统手机占有份额为 17.6%,iphone 占有份额为 4.4%,Windows phones 占有份额为 0.5%,Symbian 占有份额为 4.3%。由此可见,android 已经成为了当前智能手机行业的主流。
 
第二章 Android 概述
 
2.1 Android 平台特性
Android 一词来源于法国作家利尔亚当的科幻小说《未来夏娃》中,意思是指“机器人”,后来成为了 Google 公司的操作系统名称,也是一款在 Linux 平台之上的手机操作系统。现在 android 操作系统的发展不仅仅局限于手机设备,已经向移动设备蔓延,争取做到随时随地为用户提供信息新服务。Android 作为 Google 公司战略的重要组成部分,由应用程序、应用程序框架、android运行时、android 程序库及 Linux 内核五个部分组成。主要有以下几个特性[16]:(1)应用程序框架支持组建的重用及替换,在安全性限制内,一个应用程序不仅能发布自己的功能模块而且能使用其他应用程序发布的功能模块;一个应用程序都可以从多个应用程序中选择多个功能模块进行合并形成自己的功能模块。(2)Dalvilk 虚拟机的引进加快处理速度并优化了移动设备。Android 应用程序是由 java 语言编写的,却不是在 Java 虚拟机上执行的,而是将编译的类文件转换成.dex文件在 Dalvik 虚拟机上执行的,处理速度更快。(3)内部集成浏览器基于开源的 WebKit 引擎。(4)图形库功能变得更加全面,主要是指 2D 和 3D 图形库,强大的图形效果推动了游戏开发的进程。(5)采用 SQLite 轻型的结构化数据存储模式,简单、快捷。(6)多媒体支持的文件格式比较多,包括音频、视频以及静态象文件格式。
 
第三章 系统开发理论支持...... 13
3.1 电子地图概述....... 13
3.1.1 电子地图构成........ 13
3.1.2 电子地图查询........ 14
3.2 定位技术......... 15
3.2.1 基站定位.... 15
3.2.2 终端定位.... 17
3.2.3 GPS 定位..... 17
3.3 空间距离......... 18
3.3.1 球面距离计算........ 18
3.3.2 最短路径算法........ 20
3.4 本章小结......... 25
第四章 系统分析与设计.... 26
4.1 需求分析......... 26
4.2 系统功能模块....... 26
4.3 系统流程图..... 27
4.4 详细设计......... 28
4.5 本章小结......... 34
第五章 系统的实现...... 35
5.1 项目创建......... 35
5.2 数据库实现..... 36
5.3 地图服务界面的实现....... 37
5.4 定位模块的实现......... 39
5.5 位置搜索模块的实现....... 41
5.6 路径规划模块的实现....... 42
5.7 实时路况模块的实现....... 44
5.8 附近搜索模块的实现....... 46
5.9 本章小结......... 47
 
结论
 
随着信息技术、通信技术、计算机技术和电子控制技术的发展,交通问题得到了改善,但对交通的系统的研究不止于此,交通信息服务系统与电子地图的出现为解决交通问题提供了新的方案。本文是在电子地图的基础上,结合定位及最短路径等相关技术在android 平台下实现了“自我定位”、“位置搜索”、“路径规划”、“实时路况”、“附近搜索”等五个功能。论文工作主要包括以下几点:
(1)了解交通问题对生活的影响,通过查阅大量的交通信息服务系统资料,也清楚了将信息技术应用到交通系统中的意义。
(2)熟悉 android 平台。需要分析与研究 android 平台的开发环境,其中包括 android的系统架构、应用程序组件及相关功能类。学会在电子地图的基础上创建一个 andorid应用程序。
(3)对本文开发的理论技术进行研究,包括电子地图技术、定位技术与实际道路距离计算。电子地图技术主要有电子地图的框架、如何与导航系统相结合,手机电子地图的客户端与服务器是如何通信的;定位技术主要从网络定位、终端定位及 GPS 定位三个方面分析与研究;实际道路计算包括球面距离计算以及最短路劲算法,而最短路径算法部分主要研究了三种比较具有典范性的算法;Dijkstra 算法、A*算法和 Flody 算法。
(4)根据对系统功能的需求分析,把整个系统划分为 5 个子功能模块,分别为:“自我定位”模块、“地点搜索”模块、“路径规划”模块、“实时路况”模块、“附近搜索”模块,接着对各个功能模块进行详细设计,包括界面设计、功能模块设计和数据存储设计,最后通过程序的形式将各个子功能模块实现并测试。
 
参考文献
[1]李昊,余巧平.交通信息服务的关键问题研究[J].北京:交通标准化,2006(5):43-45.
[2]刘勇,吴勇,周芳.对我国智能交通系统(ITS)发展的探讨[J].北京:交通标准化,2006(1):48-50.
[3]陆化普,史其信.智能交通发展趋势与我国的发展战略[C].北京:人民交通出版社,1997.
[4]Ailing Huang,Jin Shengshen,Wei Guan. ITS planning methodology for Chinese cities and its evaluationmodel[C].IEEE Intelligent Conference on ITSC ,2006:1125-1130.
[5]GOTOH F, UNO S. User modeling and uplink scheduling in IP-based ITS network[C].4th IEEEIntelligent Conference on VTS 53,2001:3027-3031.
[6]XIE J.P,XIANG Q.J,MA Y.F,etal. Research on Standard ATIS Design Method for Trunk Roads inChina[C]. IEEE Intelligent Conference on ITSC,2007:253-258.
[7]XUE Xiaoping,MEI Suping,CHEN Chenhui,etal. RFID and ATIS Information System Based RailwayContainer Transportation Management[C].1st IEEE Intelligent Conference on ICISE,2009:3052-3056.
[8]许捍卫.移动式 GIS 发展的关键技术及应用前景[J].黑龙江:测绘工程,2003,12( 1):34-36.
[9]LU Xiaolin. Develop Web GIS Based Intelligent Transportation Application Systems with Web ServiceTechnology[C].International Conference on ITS Telecommunications Proceedings, 2006,6:159-162.
[10]LU Xiaolin.An investigation on service-oriented architecture for constructing distributed Web GISapplication[C]. IEEE Intelligent Conference on Services Computing,2005,1:191 -197.
 

优秀工程专业硕士论文篇九

 
1绪论
 
1.1混沌理论的发展简史
混沌是自然界和人类社会普遍存在的一种现象[1-3],一直以来,由于混沛现象具有的极为复杂性和不可预测性,vV类对混沛的研究一直处于空白状态。直到进入20世纪以来,随着数学理论和计算机技术的发展,对混沛理论的研究才进入到一个新的阶段。从最早的混沛理论的提出,到人们发现越来越多的混沌模型,混沌理论框架不断被充实。然而,任何一种理论只有与应用紧密结合才能获得真正的发展,进入20世纪90年代,随着混沌控制和混沌同步理论的蓬勃发展,混沌迅速在理论和实验应用等多方面成为科学界研究的热点。如今,混沌的应用范围已经涉及到诸如数学、物理、化学、生物学、天文学、地质学、社会科学等众多领域[4_6],混沌的发现与相对论、量子力学被认为是20世纪物理学三大成就。混沛理论的建立,为确定论和随机论之间架起了一座桥梁。随着混沌理论及其应用的不断深入,它必将为整个物理界甚至人类社会带来深远的影响。“混沌”一词在中国其实早已出现,原指宇宙未形成之前的混乱状态,后来,也作为混乱、无序、模糊等意。然而混沌作为一门非线性科学被研究还要追溯到19世纪末20世纪初,法国数学家、物理学家庞加莱(Poincare)在研究天体力学时意外发现了当时理论界没有的现象,即现在所说的混沌现象。他通过研究证明了在三体运动中存在的周期轨道,同时他又发现在所谓的双曲点附近存在着无限复杂精细的“栅栏结构”,指出了三体运动中所产生的复杂行为,由于当时的数学及科学水平所限,这些发现还不能运用现在的数学知识解释,因此混沛理论并没有迅速的发展起来。随后,庞加莱又和李雅普诺夫一起致力于数学研究,提出了许多关于微分方程理论的概念、方法等,为混沛理论的产生奠定了坚实的基础。此后,混沛理论吸引了越来越多科学家的眼球,在上个世纪20年代和40年代GBirkhoff、M.Cartwright和J.E ittlewood都为混沌的早期发展付出了很多努力。1954年,前苏联概率论大师A.N.Kolmogorov在探索概率起源过程中注意到了即不仅耗散系统有混沛,保守系统也有混沛。他与另外两个数学家Arnold和Moser提出了以他们姓氏首字母命名的“KAM定理”[8],“环面不变定理”,使得人们进一步认识到扰动对系统产生的影响,从而成为混沛学理论创立过程中具有历史性标记的一件事。1963年,美国气象学家、数学家Lorenz在美国杂志《大气科学杂志》上发表了一篇名为“确定性的非周期流”的文章[9],文中通过对流问题的研究提炼出了一组三维自治常微分方程即著名的Lorenz方程来描述天气的演变情况,详细讨论了天气的演变对初值的敏感依赖性,从而证明了天气长期预报的困难性。Lorenz在论文中还提出了著名“蝴蝶效应”, “巴西的一只蝴蝶煽动几下翅膀,可能会改变3个月后美国得克萨斯州的气候”。“蝴蝶效应”形象的表现出了混沛现象最突出的一个特点,即混沌现象对初始值的极端敏感性。
在Lorenz提出了他的混沛模型之后,对混沛的研究进入了一个新的阶段,各种数学模型相继被提出1964年,法国天文学家M.Henon从研究球状星团以及Lorenz吸引子中得到启发,发现了 Henon映射[17]。1971年,法国物理学家D.Ruell和荷兰数学家F.TakenS为耗散系统引入了“奇怪吸引子”(Strange attractor)的概念,提出了一个新的瑞流发生机制,以揭示瑞流的本质。他们提出了利用奇怪吸引子描述瑞流形成机理的新观点,这在实质上说明,混沌运动是与奇怪吸引子密切联系的运动,发现了第一条通向混沌的道路,即由三次Hope分盆经准周期直接形成奇怪吸引子达到混沌的道路。后来他们进一步证明一个系统只要经过具有本质上独立模式的两次连续Hopf分盆之后,就可以从二维环面上产生准周期运动,从而转变到混沛的道路。这一研究后来对Smale马蹄吸引子的研究起到一定的推动作用。美国数学家Smale在前人研究的基础上提出了一种新的结构,即“马蹄”映射,接着Smale又提出了马蹄变换,Smale的一系列的重要研究成果为以后混沛理论的研究做好了重要的数学理论准备。虽然对混沌的研究已经持续了很长的时间,但是一直以来,还没有一个比较公认的对混沌的定义,1975年,李天岩和J.A.York在《数学月刊》发表了题为“周期3意味着混沌”的著名文章[19],第一次提出了混沛的概念,文章系统的地揭示了从有序到混沌的演化过程,分析了混沌的许多特点,并以“混沌”命名这种复杂的动力学行为,这种命名也被广泛接受,从此“Chaos”正式被使用。
 
2混沌及混沌系统的理论基础
 
混沌是非线性系统中的介于规则与随机之间的一种动力学行为,是在完全确定性系统中,不含外加随机因素的内在随机行为。混沛动力学的建立为客观世界的两大理论体系一确定论和随机论一找到了彼此连接的桥梁。混沌现象的发现使人们认识到客观事物的运动不仅是定常、周期或是准周期的运动,而且还存在着一种更为普遍意义的形式,使得人们对许多复杂现象有了新的认识,这些现象是有目的、有结构的行为,而不再是偶然性行为。本章简介了混沌的定义、基本特征和主要的混沛模型。
 
2.1混沌的基本理论
 
2.1.1混沌的定义
在混沌现象被发现之前,确定性系统有三种稳定状态,即静止、周期运动和准周期运动,而混沌运动不同于上述任何一种状态,它是一种始终在有限区域内且轨道永不重复的、形态复杂的运动。首先,混沛状态是系统的结构和参数等自身因素确定的,而并非是外界干扰下产生的,是系统的内在随机性表现,虽然系统的轨道貌似随机,但是随着系统结构、参数、初始状态等确定后,它的轨道也是确定的,只要上述各种条件确定的情况下,系统的状态是可以重现的,这与随机系统有着本质的区别。其次,混沌系统的运动轨迹与传统的稳定状态有着本质的区别,它不是周期性运动,也不是准周期性运动,混沌系统表现出极端复杂性,具有良好的自相关性。
 
3混沌同步理论及其在保密通信中的应用.........17
3.1混沌同步概念......... 17
3.2混沌同步方法.........17
3.2.1P-C 同步......... 19
3.2.2主动-被动同步方法......... 19
3.2.3状态反馈控制同步......... 20
3.2.4自适应同步......... 20
3.2.5 小结......... 20
3.3混沌保密通信 .........20
3.3.1混沌保密通信概述......... 20
3.3.2混沌保密通信类型......... 22
4基于状态反馈混沌同步方法的保密通信......... 24
4.1引言.........24
4.2 系统描述及状态陈述.........24 
4.3基于Lorenz系统族状态反馈同步方法......... 25
4.4基于Liu混沌系统的状态反馈同步方法......... 32
4.5基于超混沌系统状态反馈同步方法的保密通信方案 .........36
4.6小结 ......... 41
5基于特殊混沌模型混沌同步方法的保密通信......... 42
5.1引言 .........42
5.2系统描述及状态陈述......... 42
5.3混沌同步方案.........43
5.4保密通信系统设计一......... 45
5.5保密通信系统设计二......... 48
5.6小结......... 51
 
结论
 
本文以混沌同步方法及其在保密通信中的应用为主线,在参考大量国内外文献资料的基础上,对传统混沛方法进行改进创新,成功提出、设计,了多套混沛同步方案并成功运用于保密通信。本文主要研究工作及成果归纳如下:
1.认真学习了混沌的基本理论及相关概念,深入研究了几个重要的混沌系统及其特征。
2.深入分析了当前几种主要的混沌同步方法,提出了混沌同步在保密通信中应用需满足的特殊条件。
3.设计了基于Lorenz系统族、Liu系统反馈同步方案及其保密通信系统,所设计的系统结构简单,电路实现容易,对于保密性要求不高的场所有很高的应用价值。针对低维混沌保密通信保密性不高的缺点,设计了基于超混沛系统的状态反馈同步方案并成功应用于保密通信,该方案具有保密性高,鲁棒性好等优点,对于保密性要求高的场所有一定的应用价值。
4.深入研究了 Lorenz系统、Chen系统、LU系统和类Lorenz系统的结构特点,指出它们结构上的相似性,建立了统一的数学模型,基于该模型设计了通用的混沌保密通信系统,该系统具有通用性强,控制器结构简单,信道传输信息少等优点。
5.对自适应控制方法进行了深入的研究,设计了基于Lorenz系统族的自适应混沛同步方案,针对该方案中传输信号过多的缺点,提出了另外一套自适应同步方案并成功应用于保密通信,该方案克服了常见自适应同步方法中信道中传输信息过多的缺点,大大增加了保密效果,尤其在不确定参数的混沌系统中有很高的应用价值。
 
参考文献
[1]彭建华,刘秉正.非线性动力学[M].北京:高等教育出版社,2004.
[2]高金峰.非线性电路与混沌[M].北京:科学出版社,2005.
[3]陈士华,陆君安.混沌动力学初步[M].武汉:武汉水利电力大学出版社,1998.
[4]王光瑞,于熙龄,陈式刚.混沌的控制、同步与利用[M].北京:国防工业出版,2001.
[5]李卫东,王秀岩.混沌控制综述[M].自动化技术与应用,2009,28(1): 1-9.
[6]刘崇新.非线性电路理论与应用[M].西安:西安交通大学出版社,2008
[7] Arnold V I. Instalitlity of dynamical systems with several degrees of freedom[J],SovietMathmatics-Doklady, 1964,5:581-585.
[8] Casati G, Ford J(eds.). Stochastic behavior in Classical and Quantum HamiltonianSystems. Lecture Notes in Physics,1979,93(6):375
[9] Lorenz E N. Deterministic non-periodic flows[J]. J Atmos Sci, 1963,20(1):130-141.
[10] Chen G, Dong X. From chaos to order [M]. Singapore: Worder Scientific,1998.
 

优秀工程专业硕士论文篇十

 
第一章 绪论
 
1.1 研究背景和意义
近年来,随着微电子机械系统论文范文、计算机、人工智能、自动控制和通信的飞跃式快速发展,无线传感网(Wireless Sensor Network,WSN)作为一种新兴的网络技术,得到了极大的推动,通过对大规模多功能传感器和无线连接技术的应用而逐渐组建起智能化的传感网络,这就形成了今天的无线传感网。无线传感网由传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理器节点(management node)三部分组成[1],是一种使用传感器协作地监控物理或环境条件、具有 Ad hoc(多跳自组织)特性的的无线网络,能够对无人值守或地理环境比较特殊的监控区域进行测控。无线传感器网络在很多领域都有着十分广阔的应用前景,特别是在工业控制、环境监测和生物医疗领域,它以其特有的技术优势对传统的工业控制和监测手段进行了技术补充和拓展。无线传感器网络中的感知节点可以布设在危险区域或者人类无法直接到达的区域,比如火山、荒岛、雨林等,为科学研究提供真实可靠的数据信息。无线传感器网络能够完成对湿度、温度、光照时间、气压等多种环境因素的监控,因而在噪声控制、火情预警、环境监测等诸多领域被广泛应用。美国英特尔研究实验室就曾利用无线传感器网络对缅因州的生态特别区“大鸭岛”进行生态监控,取得了非常好的研究效果;在我国,香港科技大学、浙江大学、浙江农林大学和上海交通大学共同开发的“绿野千传”也取得了不错的研究进展。2009 年,温家宝总理在无锡传感器工程技术研发中心提出了“感知中国”,其后中国传感器标准工作组成立,我国无线传感器网络技术进入快速发展的关键时期。无线传感器网络具有拓扑动态变化、环境敏感、低功耗的特点[2],使用无线传感器网络是一种收集数据的有效方式,无线传感器网络可用于汇聚大量终端节点的感知数据,为感知技术提供了一种新的组播手段。然而由于无线传感网通常部署在偏远地区或者危险敏感的环境中,因此需要借助一种有线或无线媒介,通过这种媒介设备来远程地监控和配置该无线传感网,而网关正是这样一种设备。通过无线传感网网关系统,工作人员可以远程对该无线传感网进行操作,增强了网络监控的实时性和互动性。
本文研究的重点是无线传感网的网关,网关在无线传感网和远程监控设备之间扮演“桥梁”的角色,连接起两个异构网络。通过无线传感网网关设备,远程监测人员可以实时的获取感知数据,对无线传感网中的感知节点进行合理配置,使无线传感网最大限度地发挥功用。在本论文中,研究分析了无线传感网中使用的通信协议,并且对网络拓扑、体系结构、协议栈和能耗做了分析研究;由于无线传感器网络中感知节点发射功率有限,其应用范围具有地理局限性,为了将感知数据传送给远程监测人员,需要借助一个远距离传输网(如蜂窝通信系统、卫星通信系统、WiFi 等)。在本文中,使用 GPRS 移动通信网络作为连接无线传感网和远程监控设备的“桥梁”,无线传感网网关的核心功能是保持无线传感网和 GPRS 网络间的互连互通。
 
1.2 课题研究现状
无线传感器网络(WSN)是一种快速发展的新兴网络技术,它能够通过能耗受限、数量有限的传感器节点(Sensor Node)来监测和控制环境。这些传感器节点以 Ad Hoc的方式组网,通过多跳无线通信的方式,将感知数据传递给远程的监测用户。由于 WSN 网络能耗受限的特点,WSN 网络技术的发展面临着两个主要问题:(1)WSN 网络内部通信协议的设计无线传感器网络中的传感节点具有低成本、低功耗的特点,因此传统的短距离无线通信技术(如 IEEE 802.11、蓝牙技术、红外技术等)不适合在无线传感器网络中使用。在 3L(Low-data rate,Low-power,Low-complexity)设计理念的指引下,IEEE 计算机分会下属的 LAN/MAN 标准委员会于 2003 年发布了 IEEE 802.15.4 协议标准。IEEE802.15.4 协议标准本是针对 WPAN(Wireless PersonalArea Network)设计的无线通信标准,但由于无线传感器网络与 WPAN 在组网特征和性能要求上有诸多类似的地方,所以很多专家学者都将 IEEE 802.15.4 协议标准“引入”到无线传感器网络(WSN)中,将其作为 WSN 的底层通信协议。在 IEEE 802.15.4 协议标准的基础上,ZigBee 联盟在 2004 年发布了 ZigBee 技术标准。ZigBee 技术标准的物理层和 MAC 层采用 IEEE 802.15.4 协议,网络层协议由 ZigBee联盟制定[3]。ZigBee 技术标准的发布,极大地推动了无线传感器网络的发展,许多厂商开始推出ZigBee 芯片,比较著名的有飞思卡尔的 MC13192 和 Atmel 的 AT86RF210。
 
第二章ZigBee和GPRS技术
 
2.1 ZigBee 技术
2.1.1 ZigBee 概述
ZigBee 技术是一种新的短距离无线通信技术,与其他短距离无线通信技术相比,具有成本低、能耗小的特点。随着 ZigBee 技术的成熟和 ZigBee 芯片及开发系统的快速推出,ZigBee技术已经被广泛使用在无线传感器网络中,如工业控制和智能农业领域。几种短距离无线传输方式[41][42]的比较如表 2.1 所示。在采用 ZigBee 技术组成的无线个人区域网(LR-WPAN)中,同时存在两种不同类型的设备,一种被称为 FFD(Full-Function Device,完整功能的设备),另一种被称为 RFD(Reduced-Function Device,简化功能的设备)。在一个 LR-WPAN 网络中,至少需要有一个FFD 作为 PAN 主协调器,网络中的其他设备可以是 RFD 也可以是 FFD。根据应用的需求,ZigBee 技术网络有两种网络拓扑结构:星型的拓扑结构和对等的拓扑结构。在星型拓扑中,有一个主协调器(主协调器必须是 FFD)和多个从设备,从设备之间相互通信必须通过主协调器转发;而在对等型拓扑中,网络中的各个节点具有等同的地位,节点之间呈网状互联,任意两个网络节点之间都可以互相通信。两种网络拓扑结构如图 2.2所示。第二代(2G)数字移动通信系统虽然能够提供丰富的补充类和承载类业务,但电信业务仍然主要以通话为主,对于数据业务(如 SMS/WAP 等)的支持也基于电路方式,具有数据传输速率低、信息流量小的缺陷。随着互连技术的发展和应用,移动业务在带给人们移动的方便性的同时,也产生了更大的数据量的传送需求,因而 2.5 代(2.5G)移动通信技术(如 GPRS 和 CDMA1x)应运而生。GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是在基于 TDMA 方式的 GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务,支持 TCP/IP 协议,是 GSM Phase 2.1 规范内容之一,与 GSM 9.6kbit/s 的数据速率相比,GPRS 的理论速率最高可达 171.2kbit/s,且可以通过GGSN 与 Internet 互通。GPRS 所使用的系统频段、突发结构以及 TDMA 帧结构都与 GSM 相同,可以说,GPRS充分利用了 GSM 系统的无线结构,通过进一步在 GSM 网络中增加数据设备来提供高速数据类应用,从而保证采用 GSM 系统的运营商实现从 2G 系统到 2.5G 系统的平滑过渡,实现从电路方式业务到话音/分组方式业务的转变。
 
第三章 ZigBee-GPRS 网关的设计与实现...... 15
3.1 ZigBee-GPRS 网关的功能...... 15
3.1.1 ZigBee-GPRS 网关概述..... 15
3.1.2 网关具体功能........ 16
3.2 网关的整体设计思想....... 16
3.2.1 ZigBee 感知网络部分........ 17
3.2.2 网关核心模块部分...... 17
3.2.3 管理应用平台部分...... 18
3.3 ZigBee 感知网络部分....... 18
3.3.1 ZigBee 传感网数据包........ 18
3.3.2 ZigBee 数据包的 C++实现...... 20
3.4 网关核心模块部分..... 21 
3.5 管理应用平台部分..... 39
3.5.1 管理应用平台的整体架构...... 39
3.5.2 各模块详细功能.... 39
3.5.3 管理应用平台的 C++实现...... 40
3.6 本章小结......... 42
第四章 网关各功能模块仿真测试...... 43
4.1 ZigBee 数据包与网关内部数据间协议转换 ....... 43
4.1.1 网关数据库系统内置文件...... 43
4.1.2 网关内部数据转换为 ZigBee 数据包 ...... 44
4.1.3 ZigBee 数据包转换为网关内部数据 ........ 45
4.2 GPRS 数据包与网关内部数据间协议转换......... 46
4.3 数据队列......... 47
4.4 数据分析......... 49
4.5 管理应用平台....... 52
4.6 Socket 模块...... 57
4.7 本章小结......... 58
第五章 总结与展望...... 60
 
结论
 
ZigBee 技术是一种新的短距离无线通信技术,具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的特点。由于 ZigBee 技术的这些特性,它被广泛应用于无线传感器网络中。GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是在基于 TDMA 方式的GSM 系统上发展出来的一种新的数据承载业务,支持 TCP/IP 协议,是 GSM Phase 2.1规范内容之一,与 GSM 9.6kbit/s 的数据速率相比,GPRS 的理论速率最高可达171.2kbit/s,且可以通过 GGSN 与 Internet 互通。由于远程用户监测系统处在因特网中,当 ZigBee 设备节点需要发送传感数据给监测系统,或者远程用户监测系统需要配置某个 ZigBee 设备节点时,需要借助一个远程传输网充当“传输中介”。这里,选择 GPRS 网络作为连接 ZigBee 网络和 Internet 的“接入网”,当ZigBee网络中的感知数据包通过GPRS网络接入Internet,就必然要实现ZigBee协议到 IP 协议的转换,这便有了 ZigBee-GPRS 网关。
本文根据模块化设计思想,设计了一种 ZigBee-GPRS 网关系统,将 ZigBee-GPRS网关的每个具体功能拆分为若干独立的功能模块,包括:ZigBee 数据包与网关内部数据的协议转换模块、GPRS 数据包与网关内部数据的协议转换模块、数据队列模块、路由模块、数据分析模块、管理应用平台和 Socket 通信模块。在设计了网关各个功能模块和详细的功能细节之后,在 Microsoft 的 Visual C++6.0平台下完成了网关系统各个功能模块的仿真。由于时间上的紧迫和个人能力的不足,这篇论文所设计的网关系统还有很多不足之处,未来可以做如下改进和完善:(1)论文中仿真时假设 ZigBee 网络是星型拓扑结构,在以后的研究中,可以对mesh 型的网络进行研究,在网关系统中对路由功能模块进行实现;(2)对网关系统的数据处理性能做进一步优化处理,对命令分析、数据分析算法做一些优化,提高网关对数据的处理速度;(3)第四代移动通信系统的商用已经被提上日程,因此可以将文中的 GPRS 通信系统换为第四代移动通信系统(比如 FDD-LTE),升级网关系统的部分功能;(4)对网关系统进行硬件实现,利用嵌入式系统开发技术,搭建硬件平台实现论文设计的网关系统。
 
参考文献
[1] 孙利民,李建中,陈渝.无线传感器网络[M].北京:清华人学出版社,2003:5-15.
[2] 崔吉,徐桂云,张燕超.无线传感器网络的概述[J].山东通信技术,2006,26(12):281-282.
[3] 蒋挺,赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2006:1-10.
[4] HUI J, CULLER D. IP is dead,long live ip for wireless sensor networks[C].The 6th ACMconference on Embedded network sensor systems,2008:15-28.
[5] POLASTRE J, HILL J. Versatile low power media access for wireless sensornetworks[C].The Second ACM Conference on Embedded Networked SensorSystems,2004:95-107.
[6] DECOTIGNIE J. WiseMAC: An ultra low power MAC protocol for the wisenet wirelesssensor networks[C].The First ACM SenSys Conference,2003:231-244.
[7] HUI J, CULLER D. Extending ip to low-power,wireless personal area networks[J].IEEEInternet Computing,2008,12(4):37-45.
[8] MONTENEGRO G, KUSHALNAGAR N. RFC 4944:Transmission of ipv6 packets overieee 802.15.4 networks[EB/OL].
[9] STANN F, HEIDEMANN J. RMST: reliable data transport in sensor networks[C].The 1stInternational Workshop on Sensor Net Protocols and Applications,2003:102-112.
[10] YE W, HEIDEMANN J. An energy-efficient mac protocol for wireless sensornetworks[C].The 21st International Annual Joint Conference of the IEEE Computer andCommunications Societies (INFOCOM 2002),2002:1567-1576.

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