收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铁路监测环境下能量采集WSN节点部署研究

靳美娟  
【摘要】:高速铁路的快速发展,使我国拥有世界上运行速度最快且里程最长的高速铁路网,给旅客出行带来极大的方便,同时列车运营安全也成为人们越来越关注的问题,列车安全运行的关键就是对列车运营环境进行实时监测。目前,我国铁路环境监测仍使用复杂度高的有线网络进行监测,由于铁路环境大多在偏僻地区,部署繁琐且维护成本高。因此,在铁路环境监测场景中引入无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)。与其它监测系统相比,WSN网络具有动态自组织性、数据处理速度快、稳定性高、部署成本低、兼容性强、可大规模部署等特点。但是,由于WSN节点能量受限,在线型网络中“能量空洞”现象尤为严重,降低了WSN的网络性能。本文主要针对铁路监测环境下WSN节点部署展开研究,以解决簇首能耗不均衡为研究目标,提出一种适用于铁路的带状WSN非均匀优化分簇策略,用于对铁路沿线列车运营情况进行监测。论文主要有以下研究成果:(1)对已有的线型WSN节点部署策略进行分析,针对基于分簇的线型WSN网络簇首能耗不均衡导致的“能量空洞”问题,本文提出带状WSN非均匀优化分簇算法。带状网络按等比数列非均匀分簇的基础上,分析簇首多跳时的能耗,得到各区域传感器节点的部署密度函数,以达到均衡簇首能耗的目的。同时引入簇首权值的概念,使得节点剩余能量多、距离sink近的节点成为簇首的可能性更大。并设计相应路由协议,引入休眠机制和簇首更换机制,有效延长了网络生命周期。首先,使用MATLAB软件仿真得到本文提出的非均匀优化分簇算法在不同部署长度下的最优分簇数。其次,将该优化算法与非均匀分簇和均匀分簇算法对网络生命周期、能量利用率、剩余能量比、网络能耗等方面性能进行分析比较。仿真结果表明:所提出的非均匀优化分簇算法有效均衡了簇首能耗,提高能量利用率,网络生命周期比非均匀分簇和均匀分簇分别提升了172轮和441轮。(2)针对铁路应用场景,铁轨大多在偏僻的地方,更换电池等维护工作量大。在非均匀优化分簇策略的基础上,采用具有太阳能采集的传感器节点,形成具有能量补给的无线传感器网络(Energy Harvesting Wireless Sensor Network,EH-WSN)。针对太阳能随机性和不稳定性等特点,采用基于天气情况改进的能量预测算法(Weather Conditioned Moving Average,WCMA),构建一种具有能量采集与预测的节点模型。在簇首权值上,考虑节点采集的能量,使剩余能量多、距离sink近且采集能量多的节点成为簇首的概率更大。仿真分析了EH-WSN和WSN两种非均匀优化分簇策略的平均分组投递率、吞吐量密度和吞吐量公平性等性能指标,以及发射功率P_i、节点部署密度、信号干扰噪声比(Signal to Interference Noise Ratio,SINR)阈值θ对EH-WSN网络性能的影响。实验结果表明:EH-WSN的平均分组投递率、吞吐量密度、吞吐量公平性均得到有效提高。提出的策略具有较好的扩展性,适合节点数目较多、距离较长的非均匀、带状EH-WSN网络部署。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 高加杰;张雷;;一种太阳能供电的低功耗WSN节点的设计与实现[J];常州工学院学报;2014年03期
2 房鑫平;孙福阳;李安莹;;基于测距的WSN节点自定位技术分析[J];中国新技术新产品;2015年23期
3 杨艳琦;;WSN中几种不同节点检测方法在能量及性能分析[J];黑龙江科技信息;2017年14期
4 刘美;徐小玲;黄道平;;应用粒子群优化分配WSN多目标跟踪节点任务[J];传感技术学报;2010年09期
5 蒋阳;陈碧云;袁敏;王权;;WSN中节点发射距离自适应调整算法研究[J];计算机应用研究;2011年12期
6 黄洁;王福豹;段渭军;;WSN节点超声波测距技术研究[J];电子设计工程;2013年06期
7 李忠;;采用遗传模拟退火策略的WSN节点部署优化[J];系统仿真学报;2014年02期
8 周捷;郭渊博;;WSN中基于多项式的节点捕获攻击防御方法[J];计算机应用研究;2012年09期
9 张凯;;WSN中一种改进的节点部署方案[J];无线电工程;2012年11期
10 张乐君;邓鑫;国林;张健沛;杨静;李泓波;;基于关联度分析的WSN节点信任模型研究[J];电子科技大学学报;2015年01期
11 王燕玲;李广伦;;WSN中一种用于边界入侵检测的节点部署方案[J];计算机应用与软件;2014年05期
12 张超;董颖;吕杨;苏真真;;基于重复博弈的WSN节点合作性研究[J];中南大学学报(自然科学版);2017年07期
13 刘星成;袁东升;梁平元;张晓瑜;;基于代价函数的WSN能效路由协议性能分析[J];通信学报;2011年06期
14 刘少强;汪立林;;一种面向WSN节点的数据压缩简化算法[J];传感技术学报;2009年09期
15 李英磊;吴韶波;黄茂源;;基于节点休眠机制的WSN路由优化[J];物联网技术;2017年04期
16 周春良;王明;屈卫清;陆正球;;基于反向传播神经网络的WSN节点定位方法研究[J];四川大学学报(自然科学版);2017年03期
17 郭立侠;孟宪臣;陈家乐;秦宁宁;徐保国;;基于最佳候选节点的WSN空洞修补研究[J];计算机工程;2013年09期
18 李伟;;一种改进的WSN数据收集方案[J];计算机工程;2012年17期
19 龚闻天;樊镭;施晓秋;;基于能量最小路径的WSN分簇算法[J];计算机工程;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 张久强;施仁政;陈远知;;基于ZigBee的WSN节点嵌入式软件研究与开发[A];第八届全国信号和智能信息处理与应用学术会议会刊[C];2014年
2 马振;孙季丰;;一种基于能量效率的WSN多跳簇生成算法[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
3 肖欢;张冬梅;刘磊;;一种基于重传率一致性的WSN反应性干扰攻击检测方法[A];第十八届全国青年通信学术年会论文集(下册)[C];2013年
4 殷新春;徐力杰;;WSN中一种基于数据融合的能量高效分簇路由协议[A];2007年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2007年
5 施仁政;陈远知;;室内环境监测WSN节点研发[A];第七届全国信号和智能信息处理与应用学术会议会刊[C];2013年
6 龙四清;;一种新型的WSN量子加密系统[A];第二届全国信息安全等级保护技术大会会议论文集[C];2013年
7 贾杰;常桂然;赵林亮;梁国鼎;;WSN中基于约束遗传算法的优化覆盖机制[A];第十届中国科协年会论文集(三)[C];2008年
8 王金全;王庄严;赵林亮;;一种基于节点认证和数据加密的WSN安全传输机制[A];第十九届全国青年通信学术年会论文集[C];2014年
9 张金城;杨威;范启雄;王淑萍;;基于WSN的森林火灾预警系统研究[A];国家安全地球物理丛书(九)——防灾减灾与国家安全[C];2013年
10 王潮;张振华;应仲平;徐拾义;牛志华;;WSN中基于身份的分散密钥管理研究[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年
11 黃宏偉;張偉;;WSN在城市地鐵盾構隧道中的應用探討[A];第十一届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文论文集(E卷)[C];2012年
12 徐兴坤;赵婷;李焕;梁潇;;适用于智能电网的WSN安全通信协议分析[A];2012电力行业信息化年会论文集[C];2012年
13 许晓荣;章坚武;黄爱苹;;基于多节点协作的认知WSN能耗优化算法[A];浙江省信号处理学会2011学术年会论文集[C];2011年
14 秦琳琳;;WSN中基于椭圆曲线的节点身份认证协议[A];2013年中国通信学会信息通信网络技术委员会年会论文集[C];2013年
15 庞兆磊;王雷;杜晓通;;基于WSN的太阳能路灯远程监控系统[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
16 张之则;张冬梅;于亮;;一种基于网络拓扑的WSN选择性转发攻击检测方法[A];第十八届全国青年通信学术年会论文集(下册)[C];2013年
17 马天;黄建国;陈建峰;;WSN监测系统中声压分布二维可视化研究[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
18 卫丽娟;吕晓军;王小书;;基于WSN的高速铁路防灾监控系统QoS评价研究[A];2014第九届中国智能交通年会大会论文集[C];2014年
19 罗驱波;李世银;武金磊;孙彦景;;一种WSN的节能覆盖算法[A];2009中国控制与决策会议论文集(3)[C];2009年
20 舒宗杰;王佳虹;邓平;;基于Micaz节点的WSN环境监测系统[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 ;[D];;年
2 付帅;能量有效的WSN数据聚合技术及其安全问题研究[D];西安电子科技大学;2015年
3 古沐松;基于WSN的分布式自适应交通监控系统的关键技术研究[D];西南交通大学;2014年
4 李云鹤;基于压缩网络编码的高能效WSN数据汇集方法研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
5 徐晓斌;基于群体智能的WSN信任管理关键技术研究[D];北京邮电大学;2014年
6 薛晓;井下WSN节点自供能与功耗优化关键技术研究[D];中国地质大学;2015年
7 刘美;WSN多目标跟踪节点任务分配及跟踪算法研究[D];华南理工大学;2010年
8 朱剑;WSN中节点布局、定位及移动节点路径规划问题研究[D];东北大学;2010年
9 马守明;基于WSN的普适计算情景感知关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
10 方旭明;基于自适应卡尔曼滤波器的WSN定位算法研究[D];南京大学;2017年
11 石佐辰;WSN无线收发机中模拟基带的设计与研究[D];西安电子科技大学;2016年
12 祁浩;基于WSN的田野文物入侵侦测系统设计与关键技术研究[D];西北工业大学;2014年
13 马瑞;基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D];大连海事大学;2014年
14 冯友兵;面向精确灌溉的WSN数据传输关键技术研究[D];江苏大学;2009年
15 任维政;基于WSN的定位跟踪关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
16 景荣;灾害环境多飞艇WSN大规模覆盖空洞修复相关问题研究[D];燕山大学;2015年
17 任丽婕;无线传感器网络中节点部署优化算法研究[D];中国海洋大学;2009年
18 郭星锋;WSN中基于压缩数据的异常检测算法研究[D];中国地质大学;2015年
19 杜轶波;基于RFID与WSN的危化品物流智能监测与应用研究[D];西南交通大学;2015年
20 廖卓凡;无线网络中保证覆盖连通的节点部署问题研究[D];中南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 靳美娟;铁路监测环境下能量采集WSN节点部署研究[D];兰州交通大学;2020年
2 郑磊;基于微粒群模型的WSN节点部署优化策略[D];南京林业大学;2012年
3 陈娟;基于网格的k覆盖多连通WSN节点部署研究[D];苏州大学;2014年
4 刘高强;WSN中能量高效的拓扑控制的研究与仿真实现[D];东北大学;2010年
5 周捷;WSN中节点捕获攻击的检测与防御方法研究[D];解放军信息工程大学;2012年
6 胡钧;面向目标跟踪的WSN节点规划和信息融合技术研究[D];南京邮电大学;2016年
7 何川;无线传感器节点在WSN中能耗模型的研究[D];昆明理工大学;2013年
8 于琳;基于节点部署信息的WSN密钥管理机制研究[D];河南大学;2009年
9 杜岳峰;基于节点认证和数据加密的WSN安全传输机制研究[D];东北大学;2012年
10 李刚;基于WSN的智能家居节点的设计与实现[D];南京邮电大学;2013年
11 周福;温室WSN测控系统节点部署问题研究[D];江苏大学;2010年
12 王青正;基于能量高效的WSN分簇路由协议的研究[D];河南大学;2010年
13 孙同鑫;WSN中基于未知节点分类的节点定位算法研究[D];东北大学;2012年
14 伊海占;WSN节点的能量监测方法研究与实现[D];广州大学;2013年
15 徐军霞;WSN节点感知区域模型实验研究[D];华中科技大学;2011年
16 廖银华;WSN中面向目标跟踪的节点协同移动算法研究[D];电子科技大学;2020年
17 盛志方;基于概率触发的WSN能量有效拓扑控制算法[D];南华大学;2010年
18 房卓群;基于置信传播的WSN节点定位方法研究[D];沈阳建筑大学;2014年
19 魏萍萍;WSN中采用异常节点排除的节点定位算法研究[D];东北大学;2011年
20 廉玺;基于WSN的高速铁路滑坡监测的研究与设计[D];山西大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 荆学华;紧盯关键节点落实落靠责任 打好“正月十五防控保卫战”[N];大兴安岭日报;2020年
2 记者 陈冬琪 见习记者 黄榛;确保施工节点如期完成[N];汕头日报;2020年
3 通讯员 彭超雄;紧盯“节点”纠“四风”[N];法制周报;2019年
4 特约评论员 赵国利 陈昊;继续紧盯关键节点[N];中国纪检监察报;2018年
5 常如洗;紧盯节点 管出习惯[N];中国纪检监察报;2019年
6 代绪刚;商南严控节点决胜脱贫攻坚收官战[N];商洛日报;2019年
7 洛平;抓好节点长“精神”[N];洛阳日报;2019年
8 记者 闫璟;主动配合 明确节点 确保实效[N];临汾日报;2019年
9 记者 郭锦润 夏升权;把握关键节点 守护节庆安全[N];中山日报;2019年
10 董跃荣;守好“廉节”节点 严防“四风”反弹[N];中国航天报;2018年
11 本报评论员;一个节点一个节点坚守[N];中国纪检监察报;2018年
12 张艺谋 窦玉亮;中船澄西完成全年造船节点[N];中国船舶报;2018年
13 深圳特区报评论员;莫让节点成“劫点”[N];深圳特区报;2018年
14 立实;“天地图”省市级节点建设正式启动[N];中国测绘报;2011年
15 肖羽 陈宏升;设计院中亚项目按计划节点完成设计任务[N];石油管道报;2010年
16 本报记者 侯初初;抓住关键节点 确保防控生产两不误[N];成都日报;2020年
17 浙江嘉兴市局(公司) 周雪峰;关于构建节点化监管机制的思考[N];东方烟草报;2012年
18 记者 张文实习生 贾志君;陇海沿线15个绿化节点请您命名[N];西安日报;2008年
19 记者 渠稳;紧盯节点 科学施工 高质量推进[N];鹤壁日报;2019年
20 记者 赵宝堃;搞家装,把握关键“节点”很重要[N];新华每日电讯;2003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
  • 010-62982499
  • 010-62783978