本文關鍵詞：電氣設備在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡時間同步及通信程序研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶大學》 2010年

電氣設備在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡時間同步及通信程序研究

李羅  

【摘要】： 電氣設備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測是用來預防電力系統(tǒng)故障的重要手段。目前,電氣設備在線監(jiān)測的通信方式主要為有線通信,由此引發(fā)接線多,方式復雜,增加了整個系統(tǒng)隱患,給故障的排查與維修帶來不便。無線傳感器網(wǎng)絡作為一種新興的測控網(wǎng)絡技術,是解決上述問題的理想選擇,其網(wǎng)絡的自組織、自適應性可大大提高在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。而準確的時間同步是實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡自身協(xié)議運行、數(shù)據(jù)融合、TDMA調(diào)度、協(xié)同睡眠、定位等的基礎;網(wǎng)絡通信程序是無線傳感器網(wǎng)絡進行組網(wǎng)、路由、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A;無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域不需要很高的帶寬,只要求低延遲、低功耗,而ZigBee協(xié)議恰好滿足這種要求。本文基于此進行了相關的探究,主要進行了以下的工作: 首先,初步分析了無線傳感器網(wǎng)絡在電氣設備在線監(jiān)測中應用的可行性,總結(jié)了無線傳感器網(wǎng)絡在電力系統(tǒng)中應用的關鍵技術,提出了電氣設備在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡基于分簇算法的監(jiān)測體系結(jié)構(gòu),并進行了實驗測試。 其次,在剖析無線傳感器網(wǎng)絡時間同步原理的基礎之上比較性地分析了已有典型無線傳感器網(wǎng)絡時間同步協(xié)議、機制和算法,提出了一種適用于電氣設備在線監(jiān)測的時間同步方案,此方案結(jié)合外同步和內(nèi)同步,在進行同步的過程當中采用單向廣播同步和線性回歸結(jié)合的方法,最后在仿真軟件NS中與常用算法TPSN進行了仿真對比分析,結(jié)果證明該算法滿足監(jiān)測網(wǎng)絡的要求。 然后,在TinyOS2.x操作系統(tǒng)下針對無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡通信程序進行了系統(tǒng)性的開發(fā)。網(wǎng)絡通信程序是無線傳感器網(wǎng)絡進行組網(wǎng)、路由、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A,深刻剖析了TinyOS2.x操作系統(tǒng)的硬件抽象體系結(jié)構(gòu)以及通信機制,在此基礎之上給出了網(wǎng)絡通信程序的開發(fā)實現(xiàn)過程。同時在TinyOS2.x操作系統(tǒng)下對設計的時間同步算法進行了部分的實現(xiàn)。 最后,針對ZigBee協(xié)議應用于無線傳感器網(wǎng)絡進行了實驗性的研究。首先對ZigBee協(xié)議規(guī)范進行了概述,深刻剖析了TinyOS操作系統(tǒng)的硬件抽象體系結(jié)構(gòu);比較性地分析了ZigBee協(xié)議相對于傳統(tǒng)無線電技術所具有的優(yōu)勢,同時給出了基于CC2430的節(jié)點設計框圖及相關的開發(fā)系統(tǒng),在TinyOS2.x操作系統(tǒng)中分析CC2430應用程序抽象體系結(jié)構(gòu)的基礎之上給出了程序設計的實現(xiàn)過程,并且實現(xiàn)了一個基于ZigBee協(xié)議的在線監(jiān)測系統(tǒng),對于把ZigBee協(xié)議應用于電氣設備在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡具有現(xiàn)實可行的意義。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM764
【目錄】：

中文摘要3-4

英文摘要4-9

1 緒論9-16

1.1 課題背景及意義9-11

1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-13

1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡研究概述11

1.2.2 電力系統(tǒng)中無線通信技術應用概況11

1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡現(xiàn)有研究成果11-12

1.2.4 時間同步技術概述12-13

1.3 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點13-15

1.4 本章小結(jié)15-16

2 無線傳感器網(wǎng)絡概述16-22

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)16-18

2.1.1 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)分析16-17

2.1.2 網(wǎng)絡協(xié)議棧分析17-18

2.2 傳感器網(wǎng)絡的主要特點18-19

2.3 傳感器網(wǎng)絡的關鍵機制19-20

2.4 無線傳感器網(wǎng)絡的應用20-21

2.4.1 無線傳感器網(wǎng)絡的應用分類20

2.4.2 在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡20

2.4.3 電力系統(tǒng)中應用的關鍵技術20-21

2.5 本章小結(jié)21-22

3 無線傳感器網(wǎng)絡時間同步的基本原理及分析22-29

3.1 時間同步的基本原理22

3.2 時間同步的關鍵因素22-24

3.3 時間同步設計的評價指標24

3.4 無線傳器網(wǎng)絡時間同步算法研究24-27

3.5 典型時間同步算法的比較與分析27-28

3.6 本章小結(jié)28-29

4 在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡時間同步設計及仿真29-45

4.1 發(fā)電機在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡29-30

4.2 層次型拓撲結(jié)構(gòu)控制算法30-33

4.2.1 基本思想30

4.2.2 分簇算法30-31

4.2.3 實驗測試31-33

4.3 時間同步算法設計33-34

4.4 無線傳感器網(wǎng)絡仿真34-35

4.4.1 通信網(wǎng)絡模擬概述34

4.4.2 常用的仿真軟件34-35

4.5 時間同步算法仿真分析35-44

4.5.1 洪泛路由協(xié)議36-39

4.5.2 MobileNode 模型分析39

4.5.3 功率控制39-40

4.5.4 仿真結(jié)果分析40-44

4.6 本章小結(jié)44-45

5 通信程序開發(fā)及時間同步實現(xiàn)45-54

5.1 無線傳感器網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)需求45

5.2 TinyOS 簡介45-46

5.2.1 TinyOS 框架分析45-46

5.2.2 TinyOS2.x 分析46

5.3 nesC 編程語言46-47

5.3.1 nesC 語言46-47

5.3.2 nesC 的編譯47

5.4 TinyOS2.x 通信機制分析47-48

5.4.1 主動消息通信機制47

5.4.2 AM 模型接口分析47-48

5.4.3 AM 模型組件分析48

5.5 網(wǎng)絡通信程序開發(fā)48-51

5.5.1 程序結(jié)構(gòu)48-50

5.5.2 實驗分析50-51

5.6 時間同步算法實現(xiàn)51-53

5.6.1 實驗硬件51-52

5.6.2 程序結(jié)構(gòu)52

5.6.3 主要接口及組件52-53

5.6.4 程序中的主要結(jié)構(gòu)53

5.7 本章小結(jié)53-54

6 基于 ZigBee 協(xié)議的在線監(jiān)測系統(tǒng)程序設計54-64

6.1 ZigBee 概述54-55

6.1.1 ZigBee 體系結(jié)構(gòu)54-55

6.1.2 ZigBee 主要技術特點55

6.1.3 ZigBee 的應用前景55

6.2 無線射頻模塊CC243055-57

6.2.1 CC2430 簡介55-56

6.2.2 CC2430 無線單片機移植系統(tǒng)56-57

6.3 TinyOS 體系結(jié)構(gòu)57-58

6.3.1 TinyOS 硬件抽象體系結(jié)構(gòu)57-58

6.3.2 TinyOS2.x 中的 CC2430 應用程序體系結(jié)構(gòu)58

6.4 串口程序設計58-60

6.4.1 程序結(jié)構(gòu)58-59

6.4.2 程序的編譯和下載59

6.4.3 測試結(jié)果59-60

6.5 基于 ZigBee 協(xié)議的在線監(jiān)測系統(tǒng)60-63

6.5.1 監(jiān)測系統(tǒng)組成60-61

6.5.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件61-62

6.5.3 實驗結(jié)果分析62-63

6.6 本章小結(jié)63-64

7 總結(jié)與展望64-66

7.1 主要工作和結(jié)論64-65

7.2 工作展望65-66

參考文獻66-70

致謝70-71

附錄71

A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文71

B. 作者在攻讀碩士學位期間參加的科研項目71

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5 易葉青;傳感器網(wǎng)絡中基于數(shù)字水印的安全數(shù)據(jù)收集機制[D];湖南大學;2011年

6 張曉麗;光纖結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡可靠性研究[D];南京航空航天大學;2012年

7 郜帥;移動傳感器網(wǎng)絡高效數(shù)據(jù)收集機制研究[D];北京交通大學;2010年

8 崔筱寧;基于傳感器網(wǎng)絡的擴散型事件監(jiān)測技術研究[D];中國科學技術大學;2010年

9 解文斌;面向監(jiān)測應用的傳感器網(wǎng)絡關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2009年

10 李明;異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡覆蓋算法研究[D];重慶大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉斌;跨層優(yōu)化技術在傳感器網(wǎng)絡中的研究與應用[D];太原理工大學;2011年

2 李白莉;改進DV-Hop算法在隨機傳感器網(wǎng)絡中的應用研究[D];太原科技大學;2011年

3 劉廣;基于NS2的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡多路徑路由算法仿真與實現(xiàn)[D];陜西師范大學;2010年

4 沈昊為;傳感器網(wǎng)絡中基于Voronoi網(wǎng)格的快速覆蓋判定算法研究[D];湖南大學;2010年

5 彭蓓雷;基于低時延和區(qū)分服務的中高速傳感器網(wǎng)絡QoS保證MAC協(xié)議研究[D];廣東工業(yè)大學;2011年

6 沈卓;基于虛擬MIMO的無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)研究[D];江蘇大學;2010年

7 王巖;基于流場守恒律模型的傳感器網(wǎng)絡路由技術研究[D];南京理工大學;2010年

8 王肯生;電力載波傳感器網(wǎng)絡路由算法的研究[D];中國石油大學;2010年

9 何鎏;基于嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的多參量傳感器網(wǎng)絡研究[D];上海交通大學;2011年

10 張軍;非均勻無線多媒體傳感器網(wǎng)絡路由算法及其仿真與研究[D];陜西師范大學;2010年

  本文關鍵詞：電氣設備在線監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡時間同步及通信程序研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：56733