發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 09:46

　　 將傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、保障設(shè)備安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化和自動(dòng)化,是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。論文依托于北京市“無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目,通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)軸的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并通過(guò)工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)回傳數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通場(chǎng)景下車(chē)輛的運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在軌道機(jī)車(chē)上,通過(guò)能量收集模塊將機(jī)車(chē)車(chē)軸的振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能為傳感器節(jié)點(diǎn)供能。由于電能收集速率慢且供能不穩(wěn)定,通過(guò)加速度傳感器采集的高速數(shù)據(jù)流在低速低功耗的無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不能及時(shí)有效的傳輸。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大,數(shù)據(jù)經(jīng)由多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的漏斗效應(yīng),造成匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)重,能耗加劇,甚至造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓,嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的有效性。針對(duì)無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量受限情況下,數(shù)據(jù)采集量大且傳輸困難、節(jié)點(diǎn)資源受限不能進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和大量存儲(chǔ)、以及多跳網(wǎng)絡(luò)下漏斗效應(yīng)明顯、丟包率嚴(yán)重等問(wèn)題,本文提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷方法進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮降低數(shù)據(jù)傳輸量,并提出一種基于數(shù)據(jù)聚合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層時(shí)隙分配方案,進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)的流量,降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。針對(duì)高速振動(dòng)數(shù)據(jù)流,在節(jié)點(diǎn)端借助傳感器節(jié)點(diǎn)的有限的存儲(chǔ)資源和計(jì)算能力,對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取,并使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行診斷。在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只傳輸診斷結(jié)果,并只在必要時(shí)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳。方案在實(shí)現(xiàn)故障診斷的同時(shí)并降低了節(jié)點(diǎn)的95%以上的數(shù)據(jù)傳輸量,降低了節(jié)點(diǎn)的能耗,延長(zhǎng)了節(jié)點(diǎn)的存活時(shí)間。針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量受限下數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題,提出一種基于TDMA的MAC層數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方案,對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行超幀設(shè)計(jì)并進(jìn)行時(shí)隙分配。將傳感器節(jié)點(diǎn)依照物理部署位置進(jìn)行分簇,不同分簇之間占用不同的信道進(jìn)行簇內(nèi)數(shù)據(jù)交互,避免了簇之間的碰撞沖突。通過(guò)簇頭選舉算法對(duì)簇頭進(jìn)行選取,由簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)脑\斷狀態(tài)進(jìn)行聚合傳輸,進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。通過(guò)時(shí)隙占用算法,簇頭節(jié)點(diǎn)為需要額外傳輸時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行共享時(shí)隙分配,保證了網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙分配的靈活性。論文的最后對(duì)基于數(shù)據(jù)聚合的無(wú)源無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的功能測(cè)試,通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抓包分析,對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,本文的設(shè)計(jì)在保障了診斷精度的同時(shí),降低了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量,降低了傳輸能耗并延長(zhǎng)了節(jié)點(diǎn)的使用壽命。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TP212.9;TN929.5
【部分圖文】：

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????時(shí)Ｗ??１?２?３?４?５?６?７?８????Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?｜?１????＾ｄｒ??圖２－３固定時(shí)隙分配方式??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｆｉｘｅｄ?ｔｉｍｅ?ｓｌｏｔ?ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ??Ｇ．Ｌｕ等人提出了一種具有分層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集樹(shù)ｌ２９］，在該樹(shù)中，源節(jié)點(diǎn)作為??樹(shù)的葉子結(jié)點(diǎn)，形成了以ｓｉｎｋ節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的樹(shù)狀拓?fù)�。為了解決節(jié)點(diǎn)的睡眠延??遲問(wèn)題，Ｄ－ＭＡＣ引入交錯(cuò)喚醒機(jī)制，即深度不同的節(jié)點(diǎn)先接收后發(fā)送。在數(shù)據(jù)傳??輸?shù)倪^(guò)程中，子節(jié)點(diǎn)優(yōu)先于父節(jié)點(diǎn)發(fā)送，這樣按照嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，數(shù)據(jù)在樹(shù)狀網(wǎng)??絡(luò)中向ｓｉｎｋ節(jié)點(diǎn)匯聚，該消除了睡眠時(shí)

圖２－６?Ｆｕｎｎｅｌｉｎｇ－ＭＡＣ時(shí)間傾劃分??Ｆｉｇｕｒｅ?２－６?Ｆｕｎｎｅｌｉｎｇ－ＭＡＣ?ｔｉｍｅ?ｆｒａｍｅ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839020