收藏本站
《北京交通大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

轨道交通系统状态监测专用无线传感网资源优化配置方法研究

马小平  
【摘要】:我国轨道交通系统的建设和运营已经进入高速发展阶段,列车运行速度和运营里程的快速提升,给轨道交通系统运行的安全性和可靠性带来了更大的挑战。因此,需要对列车、基础设施及其运行环境的服役状态进行实时监测,并对系统运行态势做出精准预测,为系统安全运行提供数据和技术支撑。我国轨道交通系统运行环境复杂,有线监测系统建设成本高、运维难度大,而且在边远地区或环境恶劣的运行区域内难以实现全覆盖。因此,本文提出了轨道交通系统服役状态监测的无线传感网解决方案,并对无线传感网全生命周期功能保持最关键的能量管理和带宽资源管理问题进行了深入的研究。无线传感网节点的能量资源是保证系统生命周期的基础,而带宽资源是保证监测信息传输能力的前提,无线传感网中感知和通信节点的能量及带宽资源有限的特性将严重制约专用无线传感网工作的持续性及其信息传输的可靠性。基于这一实践需求,本文提出了无线传感网能量和带宽资源优化配置模型,提升了专用无线传感网的能量和带宽资源的使用效率,进而保持了系统的工作能力并增强了信息传输的可靠性,确保最大程度地发挥专用无线监测网的综合效能。针对轨道交通状态监测应用的专用无线传感网,目前国际上的研究刚刚起步,某些局部应用证明能量管理和带宽管理制约着无线传感网在构成轨道交通智能化应用方面的可行性和可用性。而且这方面的研究刚刚起步,还没有形成系统化的理论和技术成果。本文按照轨道交通状态监测专用无线传感网“系统架构-系统能量优化配置-系统带宽资源优化配置”的思路展开研究,重点解决了专网生命周期及带宽资源利用效率最大化等问题的研究,并通过场景实例和数值实例对本文提出的理论模型和方法的有效性进行了仿真验证,主要的研究成果主要体现在以下几个方面:(1)基于轨道交通基础设施及运行环境的分布特征、既有无线通信系统的部署方式及无线传感网的布局特征,构建了轨道交通系统状态监测专用无线传感网“子网-骨干网”双层架构,为监测信息的节能、高效、可靠、安全传输提供了基本的通信架构。(2)结合专用无线传感网感知及通信节点能量资源有限的特点,采用路由协议优化和数据融合优化策略对能量资源进行优化配置,提升系统的能量资源利用效率,从而最大化专用无线传感网生命周期。●提出并验证了分簇优化算法在子网内能量优化配置方面的优越性。通过簇头的选择的分簇的优化,保证子网节点能量消耗的最小化和均衡化,从而最大限度地提升子网的生命周期。首先,在簇头选择过程中,充分考虑了节点当选簇头的轮数、剩余能量及预测能耗等综合指标;其次,在分簇优化过程中,充分考虑了簇组规模及簇头与簇组成员的对应关系。●提出并验证了数据融合率优化算法在簇头节点处能量资源优化配置方面的优越性。通过优化子网层簇头节点的数据融合率,最小化簇头节点的总能耗(数据融合能耗和通信能耗),从而提升簇头节点及子网的生命周期。首先,研究了簇头节点数据融合率变化对数据融合能耗和通信能耗的影响;然后,结合簇头通信负载和通信距离的动态变化特性,构建了数据融合率动态优化模型,确保簇头节点保持在能耗最小的工作模式。●提出并验证了多跳优化算法在骨干网能量资源优化配置方面的优越性。通过对多跳数据通信链路及各链路传输的数据量进行优化,从而最大化骨干网生命周期并最小化系统通信时延,进而提升骨干网的综合效能。首先,综合效能优化模型对骨干网的生命周期和通信时延进行综合优化。然后,采用调度优化算法对多跳链路的通信顺序进行优化,从而进一步降低了系统的通信时延。(3)结合专用无线传感网带宽资源有限的特征,采用基于非对称纳什博弈论对带宽资源进行动态优化配置,提升系统带宽资源的使用效率,从而保证监测信息稳定可靠传输。首先,对各监测对象信息传输的带宽需求、优先级和重要度等特征进行分析;然后,根据各监测对象带宽使用效率及信息传输的通信需求等,建立系统效用函数;最后,采用粒子群优化算法对带宽分配优化模型进行求解,在保证各监测对象基本信息完整传输的前提下,对剩余带宽资源进行按需动态配给。综上,本文较为完整地对轨道交通状态监测专用无线传感网资源优化配置方法进行了研究,分别从路由协议优化、数据融合率优化、带宽动态分配优化等角度入手,实现了有限资源的高效利用。所取得的研究成果在一定意义上丰富了国内外轨道交通系统状态无线监测领域的研究内容,也将为轨道交通系统服役状态监测的实际从业者、管理者以及学者提供理论和实证支撑。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U29-39;TP212.9;TN929.5

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 蔡小培;高亮;林超;尹辉;陈峰;;京沪高速铁路高架站轨道系统长期监测技术[J];铁道工程学报;2015年05期
2 董宏辉;要婷婷;李海舰;贾利民;刘承坤;秦勇;;高速铁路基础设施检测传感器网络物理拓扑优化方法[J];中国铁道科学;2015年02期
3 张浩;蒋海林;;基于ZigBee监测高速铁路基础设施监测的无线传感器网络研究与应用[J];铁路计算机应用;2013年05期
4 何华武;;高速铁路运行安全检测监测与监控技术[J];中国铁路;2013年03期
5 霍宏伟;郜帅;牛延超;高德云;张思东;;一种实时轨道监测无线传感器网络与服务模型研究[J];铁道学报;2008年06期
6 王海瑛;世界铁路行车速度发展历程[J];铁道知识;1996年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 应蓓华;用于无线传感网的低能耗数据压缩[D];清华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 吴彬;铁路接触网自动巡检无人车样机研制[D];合肥工业大学;2017年
2 李健;面向高速铁路监测的WSNs拓扑结构分析[D];山西大学;2015年
3 刘承坤;面向高铁基础设施监测的无线传感器网络结构优化方法研究[D];北京交通大学;2014年
4 王军;高速铁路道岔智能监测系统的研发[D];兰州交通大学;2013年
5 刘国华;基于压缩传感的无线传感器网络低能耗研究[D];南京邮电大学;2013年
6 张浩;高速铁路基础设施监测无线传感器网络研究[D];北京交通大学;2013年
7 朱磊;高速铁路钢轨温度应力巡检设备的开发[D];南京航空航天大学;2013年
8 白博淳;高铁接触网补偿装置在线监测系统设计研究[D];石家庄铁道大学;2013年
9 刘四平;基于无线传感网的铁路危险品运输在途监测与节能技术的研究[D];北京交通大学;2011年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵有明;;高速铁路基础设施服役状态检测技术[J];铁道建筑;2015年10期
2 郭亚龙;;我国铁路信号系统智能监测技术[J];通讯世界;2015年11期
3 虞凯;刘孜学;韦道准;;川藏铁路基础设施实时监测预警系统架构及功能研究[J];高速铁路技术;2015年02期
4 白鑫;黄志斌;张洪宇;杨陈;刘晓雨;;高速铁路地震监测预警系统与中国地震局台站联网预警(技术)研究[J];中国铁路;2015年03期
5 董宏辉;要婷婷;李海舰;贾利民;刘承坤;秦勇;;高速铁路基础设施检测传感器网络物理拓扑优化方法[J];中国铁道科学;2015年02期
6 刘常杰;黄东晓;杨凌辉;;新型三维形貌测量系统SIFT算法改进研究[J];传感技术学报;2014年11期
7 李贵兵;金炜东;蒋鹏;付小利;熊定鸿;谷鹏举;;面向大规模监测数据的高铁故障诊断技术研究[J];系统仿真学报;2014年10期
8 刘大为;郭进;王小敏;陈建译;杨扬;;中国铁路信号系统智能监测技术[J];西南交通大学学报;2014年05期
9 周超;李冬;张宝贤;冯玉珉;;一种面向无线传感网节点的中间件架构设计与实现[J];铁道学报;2014年08期
10 张桂南;刘志刚;;基于角点匹配与谱聚类的接触网绝缘子破损/夹杂异物故障检测[J];仪器仪表学报;2014年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 马小平;轨道交通系统状态监测专用无线传感网资源优化配置方法研究[D];北京交通大学;2018年
2 刘洲洲;无线传感器网络中节能相关若干关键问题与算法研究[D];西北工业大学;2015年
3 高仁璟;微质量传感器及其微带传输天线的结构设计[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王飞;基于ZigBee技术的铁路客车安全监测系统的设计[D];东北石油大学;2018年
2 屈辰鸣;18CrNiMo7-6钢渗碳层深度的巴克豪森噪声无损检测方法研究[D];郑州大学;2018年
3 张志鹏;接触网补偿装置在线监测系统开发[D];北京交通大学;2018年
4 王圣昆;大风区接触网状态分析及在线监测研究[D];北京交通大学;2018年
5 刘兵;丹大高铁轨道安全监测系统的研究与设计[D];大连理工大学;2017年
6 赵娟;铁路货车危化品运输安全监测系统设计[D];太原科技大学;2017年
7 王文涛;基于巴克豪森效应的无损检测关键技术研究[D];郑州大学;2017年
8 雷洁;复杂气候环境下道岔结构优化设计研究[D];西南交通大学;2017年
9 张星;基于相似度的道岔故障电流曲线识别方法研究与实现[D];兰州交通大学;2016年
10 沈聪;道岔综合监测技术的研究[D];中国铁道科学研究院;2016年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 仲崇成;李恒奎;李鹏;曹源;张玉琢;;高速综合检测列车综述[J];中国铁路;2013年06期
2 何华武;;高速铁路运行安全检测监测与监控技术[J];中国铁路;2013年03期
3 康熊;王卫东;李海浪;;高速综合检测列车关键技术研究[J];中国铁路;2012年10期
4 韩涛;黄家会;李建清;;基于光纤光栅传感技术的深井井壁结构监测[J];铁道工程学报;2011年11期
5 杨武;郑宇锋;;用于无线监控的ZigBee多跳网络时延分析[J];船海工程;2011年03期
6 董宏辉;孙智源;葛大伟;秦勇;贾利民;;基于高斯混合模型的铁路入侵物体目标识别方法[J];中国铁道科学;2011年02期
7 安国栋;米隆;朱本珍;冉理;;青藏铁路多年冻土区长期监测系统的研究与应用[J];铁道工程学报;2010年03期
8 董宏辉;葛大伟;秦勇;贾利民;;基于智能视频分析的铁路入侵检测技术研究[J];中国铁道科学;2010年02期
9 陈东生;田新宇;;中国高速铁路轨道检测技术发展[J];铁道建筑;2008年12期
10 尤著宏;李帅;孔令成;张志华;江凯;刘晓;;基于WSN的青藏铁路温度监测系统研究[J];自动化与仪表;2008年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 路程;激光导引AGV样机研制[D];合肥工业大学;2016年
2 靳杉;自动血库控制系统设计与研究[D];合肥工业大学;2016年
3 林旭东;外螺纹旋风铣床控制系统开发与研究[D];合肥工业大学;2016年
4 王开元;自行式铁路接触网检修作业车梯控制系统开发与研究[D];合肥工业大学;2016年
5 段华旭;无人车基于双目视觉室外即时定位与地图构建[D];大连理工大学;2015年
6 许天力;微柱凝胶检测一体机控制系统设计与研究[D];合肥工业大学;2015年
7 叶云龙;全自动咬口机设计与研究[D];合肥工业大学;2014年
8 赵帅;金属油箱关键设备控制系统设计与研究[D];合肥工业大学;2013年
9 高杨;压缩感知在无线传感网中的应用研究[D];南京邮电大学;2012年
10 韩红平;压缩感知中信号重构算法的研究[D];南京邮电大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑义;;移动无线传感网的关键技术研究[J];数字技术与应用;2016年11期
2 李欣;;基于ZigBee无线传感网系统设计与实现的研究[J];信息通信;2017年02期
3 王海涛;宋丽华;胡华;张国敏;;智能家居无线传感网的设计和分析[J];电信快报;2016年06期
4 管荣强;;无线传感网教学设计中翻转课堂的运用[J];数码世界;2018年07期
5 张建强;王帅;;无线传感网数据传输[J];环球市场信息导报;2016年41期
6 王亚芳;蔡畅;刘俊杰;;基于改进DV-Hop算法的无线传感网节点定位算法研究[J];科学家;2017年04期
7 李武;崔惠杰;黄有为;;无线传感网中数据融合算法研究[J];中国新通信;2014年07期
8 ;中欧合作研发成功无线传感网关[J];今日科技;2013年11期
9 陈钰;王捷;刘仲明;;无线传感网在智慧医疗护理中的应用[J];医疗卫生装备;2011年05期
10 吕晓梅;;第二届国际无线传感网产业发展高峰论坛在杭举行[J];杭州科技;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张景乔;胡文;戴一冕;;基于分布式压缩感知算法的无线传感网能耗分析[A];第十七届全国青年通信学术年会论文集[C];2012年
2 王莹;陈辉;徐曼玉;熊木地;乌旭;;基于无线传感网的落水集装箱探测定位系统研制[A];第十二届中国智能交通年会大会论文集[C];2017年
3 吕亮;郦苏丹;卢泽新;;基于力学模型的无线传感网层次化拓扑生成算法[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
4 田世伟;戴卫恒;李广侠;吕晶;徐荣;程佳亮;;协同定位研究综述[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S9 组合导航与导航新方法[C];2013年
5 苏清波;张在琛;;S-MAC协议为上层提供接口的解决方案[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
6 沈佳栋;唐明浩;章力;;无线传感网在智能楼宇系统中的应用[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
7 杨峰;孙玲玲;汪大卓;;一种基于无线传感网的呼叫服务系统设计[A];浙江省电子学会2009学术年会论文集[C];2009年
8 胡灏;罗军;江荣;钟进;;一种基于信誉评价的无线传感网安全路由算法[A];2010年全国通信安全学术会议论文集[C];2010年
9 罗俊;蒋铃鸽;何晨;郑春雷;;线型无线传感网中能量有效的节点配置方案[A];无线传感器网及网络信息处理技术——2006年通信理论与信号处理年会论文集[C];2006年
10 李密;吕钊;于晶;;无线传感网的软件设计[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(下册)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李杰;用无线传感网“把脉”大型桥梁[N];科技日报;2017年
2 郑欣;福建移动“无线传感网”助海西农业节能增效[N];人民邮电;2010年
3 武文权;节能减排新触角—无线传感网[N];计算机世界;2008年
4 本报记者 彭东;无线传感网开创“物联”新纪元[N];科技日报;2007年
5 一文;国内首枚无线传感网核心协议芯片研制成功[N];中国冶金报;2006年
6 记者 陈雪峰 通讯员 冯成 尚晓天;无线传感网打造“智能”城市[N];嘉兴日报;2009年
7 记者  徐瑞哲;“第二大网”无线传感网布设长三角[N];解放日报;2006年
8 沈建苗 编译;理智部署无线传感网[N];计算机世界;2010年
9 许琦敏;坚韧不拔孕育原创实力[N];文汇报;2008年
10 本报记者 许琦敏;小小实验室闯出无线传感大市场[N];文汇报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马小平;轨道交通系统状态监测专用无线传感网资源优化配置方法研究[D];北京交通大学;2018年
2 徐高卫;超级计算机子系统的热管理与无线传感网3D-MCM的设计制造及热机械可靠性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
3 类春阳;无线传感网MAC层关键技术研究[D];北京邮电大学;2016年
4 赵博;适用于无线传感网的射频收发机的关键技术[D];清华大学;2011年
5 周黎鸣;无线传感网中节点位置和数据的隐私保护研究[D];北京邮电大学;2015年
6 马奎;无线传感网移动接入与信息获取优化策略研究[D];中国科学技术大学;2008年
7 刘晨;无线传感网中设备无关的目标定位与定位数据可靠传输方法研究[D];西北大学;2016年
8 Muhammad Haneef(穆罕穆德·哈尼夫);[D];北京邮电大学;2012年
9 应蓓华;用于无线传感网的低能耗数据压缩[D];清华大学;2010年
10 张远;基于距离和角度信息的无线传感网节点定位问题研究[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邰明;基于无线传感网的智能小车室内定位方法的研究[D];新疆大学;2018年
2 王何浚;无线传感网MPPSK脉冲通信系统研究[D];东南大学;2016年
3 季欢;无线传感网中基于移动sink节点数据收集的设计与实现[D];扬州大学;2018年
4 居春伟;无线传感网中基于粒子群算法的网络覆盖研究[D];扬州大学;2018年
5 王旋;基于能量有效的无线传感网路由算法研究及应用系统设计[D];北京邮电大学;2018年
6 王漫漫;无线传感网中基于能耗的QoS研究[D];安徽大学;2018年
7 陈新颖;SDWSN能效提升算法[D];北京邮电大学;2018年
8 韩丽媛;WSN能量有效的成簇路由技术[D];北京邮电大学;2018年
9 徐倩;无线传感网中基于反馈的分簇路由和网络覆盖优化策略研究[D];安徽大学;2018年
10 汤雄;无线传感网路由技术及关键软件的研究与实现[D];北京邮电大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026