本文關(guān)鍵詞：基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《合肥工業(yè)大學(xué)》 2012年

基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究

孫偉  

【摘要】：近期以來，中國國家自然科學(xué)基金、美國國家科學(xué)基金和歐盟第七期科研架構(gòu)都對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用研究給予了的重點資助。2010年，美國國家標準技術(shù)委員會所制定的《智能電網(wǎng)發(fā)展框架和路線圖》中將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的IEEE802.15.4標準協(xié)議明確列為推薦的通信標準之一，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究有著廣闊的發(fā)展前景。 將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于智能配電高性能數(shù)據(jù)通信，其實質(zhì)是對一類具有不確定性過程和有確定實時性和可靠性數(shù)據(jù)傳輸QoS性能指標要求的多目標協(xié)調(diào)優(yōu)化求解難題。其核心是：需改進IEEE802.15.4標準MAC協(xié)議信道搶占方式，在不提高網(wǎng)絡(luò)開銷情況下嵌入QoS功能；需增加數(shù)據(jù)流量和無線鏈路不確定性動態(tài)變化的預(yù)估功能，在保障QoS功能需求下構(gòu)建具有控制機制的端到端路由協(xié)議；需規(guī)范網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布局和拓撲結(jié)構(gòu)規(guī)劃的設(shè)計方法，在滿足配電網(wǎng)架構(gòu)條件下優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。針對上述問題，本文通過建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和鏈路質(zhì)量、節(jié)點內(nèi)和節(jié)點間競爭狀態(tài)、數(shù)據(jù)性能分析的數(shù)學(xué)模型，從節(jié)點-網(wǎng)絡(luò)-整體全面地對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能配電網(wǎng)高性能通信中的應(yīng)用基礎(chǔ)理論方法進行了研究，這對探索提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能提供了思路，對智能配電高性能通信應(yīng)用具有很好的理論意義和實用價值。 本文的主要研究工作如下： （1）給出了智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布局和拓撲結(jié)構(gòu)規(guī)劃的理論計算公式和設(shè)計方法。依據(jù)智能配電網(wǎng)高性能數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)需求和所處地形地貌通信環(huán)境不確定性特點，通過建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量數(shù)學(xué)模型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，給出網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計中節(jié)點距離、密度、覆蓋面積和節(jié)點規(guī)模的計算方法，為智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布置和拓撲結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計提供了理論依據(jù)。 （2）提出了基于不公平競爭的智能配電高性能通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS-MAC協(xié)議算法。根據(jù)配電網(wǎng)通信對各類數(shù)據(jù)的不同實時性傳輸需求，在不增加網(wǎng)絡(luò)開銷情況下改進IEEE802.15.4標準MAC層協(xié)議，提出了一種嵌入QoS功能的QoS-MAC協(xié)議算法，仿真實驗結(jié)果表明，該方法在保持了MAC層傳輸性能的同時，實現(xiàn)了滿足各類不同實時性數(shù)據(jù)需求的高性能數(shù)據(jù)傳輸。 （3）提出了智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層性能分析數(shù)學(xué)模型。建立節(jié)點隨機數(shù)據(jù)不公平競爭的馬爾科夫緩沖隊列狀態(tài)數(shù)學(xué)模型、鄰節(jié)點間無線信道競爭狀態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建節(jié)點狀態(tài)和信道狀態(tài)分析算法，解決了多優(yōu)先級數(shù)據(jù)傳輸QoS-MAC協(xié)議傳輸性能的數(shù)學(xué)描述問題。仿真實驗結(jié)果表明，該方法可以用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的驗證分析。 （4）提出了智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)端到端傳輸QoS保障控制路由協(xié)議。基于“預(yù)測-決策-執(zhí)行”分層協(xié)作的思想，對數(shù)據(jù)流量和無線鏈路不確定性動態(tài)變化預(yù)估，優(yōu)化傳輸數(shù)據(jù)路徑?jīng)Q策，通過分類、緩沖和調(diào)度管理，有效分配有限網(wǎng)絡(luò)資源，，避免網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)擁塞。仿真實驗結(jié)果表明，該方法解決了智能配電網(wǎng)各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有確定性服務(wù)質(zhì)量要求的端到端數(shù)據(jù)傳輸路徑優(yōu)化求解問題。 （5）構(gòu)造了智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模擬仿真環(huán)境�；赒ualNet網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，構(gòu)建提出的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)，加入智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS-MAC協(xié)議和QoS保障控制路由協(xié)議算法，給出仿真軟件參數(shù)設(shè)置和協(xié)議修改方法。根據(jù)配電終端設(shè)備的數(shù)據(jù)通信速率要求，測試網(wǎng)絡(luò)端到端各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性的QoS服務(wù)功能。仿真實驗結(jié)果表明：本文研究的從節(jié)點-網(wǎng)絡(luò)-整體的理論方法可滿足配電通信規(guī)范對節(jié)點各類數(shù)據(jù)包傳輸時延和接收率性能需求。 （6）實際工程實現(xiàn)范例。根據(jù)黃山市配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信實際工程的配電網(wǎng)臺區(qū)的地形、地貌、通信環(huán)境和配電信息化管理的需求，設(shè)計了智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)，研制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端/路由/協(xié)調(diào)器，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點嵌入QoS-MAC協(xié)議和QoS保障控制路由協(xié)議軟件，編制了網(wǎng)關(guān)管理軟件并與配電自動化管理系統(tǒng)聯(lián)接，實現(xiàn)智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工程應(yīng)用。 實際工程測試結(jié)果和仿真實驗結(jié)果均驗證表明，本文所做的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究和給出的設(shè)計方法可適應(yīng)于配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信規(guī)范對數(shù)據(jù)傳輸QoS性能指標要求，達到了適用于智能配電網(wǎng)高性能數(shù)據(jù)通信的預(yù)期目標。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

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8 馬禮;唐長茂;;一種基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)[A];2010年第16屆全國信息存儲技術(shù)大會（IST2010）論文集[C];2010年

9 梁(韋華);于海斌;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議的研究現(xiàn)狀[A];中國儀器儀表學(xué)會第六屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

10 袁蕊;;基于礦井節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究[A];煤礦自動化與信息化——第20屆全國煤礦自動化與信息化學(xué)術(shù)會議暨第2屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 美國專利律師 譚文曄　薛之揚;[N];科技日報;2010年

2 本報記者 趙建國;[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2011年

3 溫雅路;[N];人民郵電;2008年

4 賽迪顧問信息產(chǎn)業(yè)研究中心高級咨詢師 王坤;[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2009年

5 本報記者 姚傳富;[N];人民郵電;2009年

6 沈建苗　編譯;[N];計算機世界;2010年

7 卞 輯;[N];中國氣象報;2011年

8 ;[N];計算機世界;2004年

9 羅清岳;[N];電子資訊時報;2007年

10 記者 陸成鋼　通訊員 尚曉天;[N];嘉興日報;2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙寶康;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

2 姜宇;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠程抄表關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 周彥;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標狀態(tài)估計與融合[D];上海交通大學(xué);2010年

4 谷雨;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標覆蓋的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

5 馬永波;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)精確動態(tài)定位及其安全性問題研究[D];吉林大學(xué);2010年

6 羅丹彥;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量高效組建關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 畢嘉娜;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效安全路由協(xié)議研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

8 李哲濤;多媒體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中若干算法研究[D];湖南大學(xué);2010年

9 李玉凱;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高能效可靠數(shù)據(jù)傳輸理論及應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2011年

10 丁英強;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位和跟蹤算法研究[D];天津大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳飛;基于QoS優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效路由研究[D];東北大學(xué);2009年

2 彭東;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于蜂群算法QoS路由技術(shù)的應(yīng)用研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

3 蔡殷;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的光強環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D];華中科技大學(xué);2009年

4 黃衍璽;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];南京航空航天大學(xué);2009年

5 張濤;基于北斗系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標定位算法研究[D];東北大學(xué);2008年

6 唐健華;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標優(yōu)化覆蓋的研究[D];南京郵電大學(xué);2011年

7 楊鳳偉;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法研究[D];南京郵電大學(xué);2011年

8 龔靜;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于壓縮感知技術(shù)的數(shù)據(jù)壓縮方法研究[D];西南交通大學(xué);2011年

9 孫艷紅;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)田溫濕度信息采集中的構(gòu)建與應(yīng)用[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

10 張瀅;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D];沈陽理工大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：64360