Optimal design of a 3D-printed scaffold using intelligent evolutionary algorithms

Fabrication of three-dimensional structures has gained increasing importance in the bone tissue engineering (BTE) field. Mechanical properties and permeability are two important requirement for BTE scaffolds. The mechanical properties of the scaffolds are highly dependent on the processing parameters. Layer thickness, delay time between spreading each powder layer, and printing orientation are the major factors that determine the porosity and compression strength of the 3D printed scaffold.In this study, the aggregated artificial neural network (AANN) was used to investigate the simultaneous effects of layer thickness, delay time between spreading each layer, and print orientation of porous structures on the compressive strength and porosity of scaffolds. Two optimization methods were applied to obtain the optimal 3D parameter settings for printing tiny porous structures as a real BTE problem. First, particle swarm optimization algorithm was implemented to obtain the optimum topology of the AANN. Then, Pareto front optimization was used to determine the optimal setting parameters for the fabrication of the scaffolds with required compressive strength and porosity. The results indicate the acceptable potential of the evolutionary strategies for the controlling and optimization of the 3DP process as a complicated engineering problem.     

基于粒子群优化的多维标度节点定位算法

针对无线传感网络节点定位易受外部环境影响的问题,提出一种基于粒子群寻优的多位标度定位算法。利用基于动态路径损耗指数的接受信号强度测距,建立距离矩阵,使用多维标度方法构建节点的相对坐标,通过四参数坐标转换模型得到绝对坐标,再用绝对坐标与实际坐标的差异度作为粒子群寻优的适应度函数,通过分群搜索,优化节点位置估计。仿真结果表明：改进算法对实际环境影响具有较好的鲁棒性,节点定位精度有了明显的提高,能够满足定位系统需求。     

一种强安全的WSN用户认证及密钥协商方案

针对无线传感器网络双因素用户认证方案中智能卡内敏感信息被破译、公共信道信息传输被侦听引起的匿名性隐患及密码猜测等攻击,在T-M方案的基础上,注册阶段采用哈希加密深度隐藏了用户隐私信息,增强智能卡中元素的抗猜测性;又将网关作为消息中转站提前对用户进行验证,调整了信息传输结构及认证方式,减少节点能耗且加强消息传输的安全防护;同时,在网关端添加写保护用户身份日志表,及时记录用户登录信息,以防资源滥用。理论分析及实验显示了所提方案有效抵御了T-M方案的不足,大大减少了传感节点的通信开销,提供更多的安全防护且具有计费功能。     

基于节点RSSI值与临界RSSI比例的跳数修正和跳距重估的DV-HOP算法

为了减少传统DV-Hop定位算法对未知节点定位时产生的较大误差,提出了一种基于节点RSSI值与临界RSSI比例跳数修正和跳距重估的DV-HOP算法。首先,采取节点RSSI值与临界RSSI比例来修正跳数,得到修正后的跳数;然后利用修正后的跳数求解跳距均衡系数对平均跳距进行穷尽三角组合加权修正,得到修正后的跳距;最后,将修正后跳距与通信半径进行比较,偏差最大和最小的跳距不参与计算,再求剩余跳距值的均值得到平均每跳距离。仿真结果表明：在相同的网络环境下,与经典的DV-Hop算法相比,文中算法仅需要节点通信芯片具有RSSI指示功能,并不需要其它额外的硬件,有效降低了定位误差;与其他DV-Hop修正算法相比,该算法同样也具有降低定位误差的优势。     

一种基于有限信道的能量高效节点调度机制

在低负载、低功耗无线传感器网络中,节点状态切换的能量消耗因为用于数据传输的能量较小而变得不可忽略。针对此问题,提出了结合多信道技术与时分多路访问( TDMA)技术的节点调度算法。该算法设计了基于接收端的连续时隙分配策略以减少节点状态切换次数,并且在可用无线信道有限的约束条件下,提出了信道分配与时隙调整机制,实现了时隙重用并最小化有限信道约束对优化节点状态切换次数的影响。仿真实验结果表明,当可用无线信道数为3~5时,算法能够有效地改善节点能量效率。当可用无线信道数大于3之后,算法能够获得优化的数据汇聚时间。     

面向5 G无线通信系统的关键技术综述

对未来无线通信系统的几种潜在的关键通信技术,如异构网络、大规模多输入多输出(MIMO)通信、绿色通信和毫米波通信,给出了较详尽的论述与讨论。首先简要介绍了未来无线通信网络结构的异构化变化所引起的复杂干扰信号的出现及能源消耗增加问题。介绍了大规模MIMO通信技术的优点,大规模MIMO通信的研究现状与研究难点。详尽叙述了分别以频谱效率、能源效率和资源效率最大化为目标的绿色无线通信传输优化问题的解决方案。最后,给出了进一步解决频谱稀缺问题的毫米波无线通信系统的混合波束成形的方案。     

传感器网络基于动态密钥池的密钥建立方案

针对网络在整个生命周期内的可持续安全性问题,基于动态密钥池技术提出了一个新的对密钥建立方案(KES-D).在此方案中,节点分n次部署,密钥池根据节点部署的次数分代.第i代密钥池由第i-1阶段的密钥池去除m条使用时间最长的二维反向密钥链再加上m条新二维反向密钥链组成.理论分析及模拟结果表明:与适用于多次部署的传感器网络密钥管理方案相比,该方案的抗毁密钥连通率显著提高.     

基于簇头分级的改进非均匀分簇算法

针对无线传感器网络非均匀成簇路由中频繁的簇头轮换带来的簇内以及簇间广播开销对传感器网络生存周期的缩短,提出了一种基于簇头分级的改进的非均匀成簇算法（CHCI）,利用簇内节点能量构建了节点的分级模型,将节点分为主要簇头（PCH）,次要簇头（SCH）及簇内成员节点（CM）,为PCH设置了重选因子。结合二次规划问题为SCH选择了最佳中继路径降低节点能耗,延长PCH的重选时间。仿真结果表明,CHCI算法比经典LEACH算法以及非均匀成簇的EEUC算法,延长了网络的生存时间。     

基于观测器的空间机器人神经自适应鲁棒控制

研究无速度反馈的不确定性自由漂浮空间机器人轨迹跟踪控制问题,为了提高控制性能,采用一种观测器神经网络自适应鲁棒控制方法。利用神经网络设计观测器对系统的速度信息进行估计;其次,利用神经网络对系统模型的非线性进行逼近,设计神经网络自适应鲁棒控制器对系统进行控制,无需建立复杂的数学模型,并且所设计的自适应律能够进行在线学习;最后,根据H∞理论设计的鲁棒控制器保证了系统稳定,并使系统的L2增益小于给定指标。仿真结果表明,上述方法在无速度信息反馈下仍能进行有效的跟踪控制。     

基于免疫克隆选择机制的WSN节点调度算法

由于无线传感器网络节点分布不均匀,监测环境复杂等特点,远离Sink的节点由于能耗较大,并且容易导致网络覆盖面积不足.提出一种启发式的利用人工免疫克隆选择机制的节点调度优化算法(AICSO),将网络生命期划分为具体数量的迭代周期并生成中心节点的覆盖位图,利用节点间冗余进行有效地拓扑控制合理调度节点,以获得网络的最优连通性和最大面积的覆盖.仿真结果表明,上述算法能够有效利用网络节点的能量满足感知覆盖和连通性要求,延长了网络生命周期,降低了网络整体能耗,为网络优化节点调试提供了依据.