【摘要】：利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)列車健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)是保證其安全運(yùn)行的重要措施。然而,多數(shù)車廂難以提供穩(wěn)定的電源,部分傳感器節(jié)點(diǎn)完全依賴電池供電,導(dǎo)致電池更換成本高、電量有限等問(wèn)題。利用能量收集技術(shù)設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)是一種有效的應(yīng)對(duì)方法。但由于能量收集速率緩慢,節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和傳輸?shù)倪^(guò)程中仍需降低功耗。此外,車廂中傳感器節(jié)點(diǎn)間需通過(guò)多跳路由的方式傳輸數(shù)據(jù),可能造成部分節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)重的問(wèn)題,進(jìn)而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)癱瘓,嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和穩(wěn)定性。針對(duì)上述問(wèn)題,結(jié)合軌道交通應(yīng)用場(chǎng)景,本文開展了低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作,具體包括以下三個(gè)方面:首先,設(shè)計(jì)了低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。分析了應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出的需求,提出了相應(yīng)的解決思路。針對(duì)低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)了振動(dòng)能量收集器、穩(wěn)壓電路、雙電源方案和自動(dòng)切換電路,對(duì)微處理器、加速度計(jì)和射頻模塊進(jìn)行了選型;針對(duì)低功耗無(wú)線傳感器組網(wǎng)方案,分析了組網(wǎng)場(chǎng)景,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文、中繼節(jié)點(diǎn)選擇方案和節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)運(yùn)行流程,根據(jù)節(jié)點(diǎn)任務(wù)對(duì)超幀時(shí)隙進(jìn)行了分配。其次,實(shí)現(xiàn)了低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)特點(diǎn),分配了微處理器的管腳,實(shí)現(xiàn)了微處理器與外部模塊間的通信,介紹了軟件執(zhí)行流程、任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)、硬件驅(qū)動(dòng)和低功耗功能的主要函數(shù);針對(duì)低功耗無(wú)線傳感器組網(wǎng)方案,采用了可控性更高、實(shí)時(shí)性更好的時(shí)分多址通信技術(shù),定義了網(wǎng)絡(luò)報(bào)文,實(shí)現(xiàn)了超幀時(shí)隙任務(wù)、超幀時(shí)隙同步、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文解析流程、單時(shí)隙無(wú)線收發(fā)流程、節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)運(yùn)行流程和中繼節(jié)點(diǎn)選擇方案。最后,對(duì)低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了測(cè)試,包括節(jié)點(diǎn)和組網(wǎng)方案的測(cè)試。給出了節(jié)點(diǎn)的能量收集速率、不同工作狀態(tài)下電量消耗速率以及組網(wǎng)方案中涉及到的功能流程。對(duì)于節(jié)點(diǎn)測(cè)試,結(jié)果表明振動(dòng)能量收集器在保證節(jié)點(diǎn)工作的同時(shí)具有較快的能量收集速率。對(duì)于組網(wǎng)方案測(cè)試,驗(yàn)證了節(jié)點(diǎn)授時(shí)、中繼節(jié)點(diǎn)選擇、中繼節(jié)點(diǎn)更換以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?有效解決了節(jié)點(diǎn)能量受限的問(wèn)題,在可靠傳輸數(shù)據(jù)的前提下保證了節(jié)點(diǎn)間的能耗均衡。低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還未部署在實(shí)際的列車環(huán)境中,后續(xù)將完成部署并采集大量振動(dòng)數(shù)據(jù),利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)診斷。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5;U279
【圖文】：

圖２－２無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｎｏｄｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑

圖２－３無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｐｒｏｔｏｃｏｌ邋ｓｔａｃｋ邋ｏｆ邋ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳振;韓江洪;楊勇;劉征宇;陸陽(yáng);;VANET中利用空閑TDMA時(shí)隙協(xié)助發(fā)送數(shù)據(jù)的方法[J];通信學(xué)報(bào);2015年07期

2 胡奇勛;段渭軍;王福豹;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2011年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 羊威;車載無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京交通大學(xué);2018年

2 陳曉;IEEE802.11MAC層接入機(jī)制分析與優(yōu)化[D];西南交通大學(xué);2017年

3 王尊召;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗管理策略研究[D];重慶大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2731975