基于ZigBee技术的电力输电线路监测系统设计--《仪表技术与传感器》2013年03期
基于ZigBee技术的电力输电线路监测系统设计
【摘要】：针对当前电力输电线路实时监测困难的问题,分析了物联网技术在电力输电领域应用的可行性,利用物联网的扩展性强、容错性好、功耗小及成本低的特性,以超低功耗MSP430单片机和CC2430射频模块为核心设计出基于物联网的线路监测系统,由太阳能提供电源,通过ZigBee无线传感器网络技术实现对线路多种环境参数的采集、传输、处理和判断,并通过GPRS向上位机监测中心发送数据信息,当出现异常时能够及时向负责人发送手机短信。该系统促进了智能电网与物联网的相互渗透和技术融合,进一步提高了电力传输的安全性和可控性。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TM76【正文快照】：
0引言随着传感器、数据传输、智能处理等技术的发展,输电线路状态监测技术在国内得到了较快发展[1],该系统采用物联网技术,通过在杆塔、输电线和重要高压设备上部署多种智能传感器,组成多传感器协同感知的无线传感器网络,通过传感器对导线温度、湿度、弧垂、线路覆冰、微风振
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无线传感器网络的体系结构和应用安全
随着物联网应用领域的不断扩大,无线传感器网络的应用也以前所未有的速度迅速拓展.无线传感器网络(WSN)具有覆盖区域广泛、检测精度高、可以远程监控和高容错性等优点,使其在军事、工业、农业、环境保护、医疗系统、智能交通等各领域得到了广泛的应用.虽然无线传感器网络的应用前景非常广泛,但仍存在很多技术问题需要解决,包括最大限度减少传感节点的功耗,以及如何有效提高网络系统容量、减少碰撞阻塞等.为了有效解决以上技术难题,通过对MSN的体系结构以及具体应用领域的研究,提出了解决办法.
Ding Geyuan
Li Zhenjiang
作者单位：
沈阳工业大学 化工过程自动化学院,辽宁 辽阳,111003
中国石油辽阳石化公司动力厂,辽宁 辽阳,111003
沈阳工业大学 管理学院,辽宁 沈阳,110870
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万方数据电子出版社基于功率调节的无线传感器网络拓扑控制技术研究--《南京航空航天大学》2011年博士论文
基于功率调节的无线传感器网络拓扑控制技术研究
【摘要】：无线传感器网络作为计算、通信和传感器技术相结合的产物，因其独有的特点和广阔的应用前景成为计算机科学领域一个活跃的研究分支。无线传感器网络通常具有大规模、自组织、随机部署、节点资源有限、网络拓扑经常变化等特点，这些特点决定了拓扑控制技术在无线传感器网络中的重要作用。拓扑控制技术不仅是保证网络覆盖质量和连通质量的有效手段，还有利于减少节点的能量消耗，延长网络的生命周期，避免信号冲突，降低通信干扰，增大网络容量，降低路由计算的复杂度，增强网络健壮性及可扩展性等。
本文对基于功率调节的拓扑控制技术进行了深入的研究，研究内容包括基于邻近图的功率控制算法、网络目标拓扑的容错性及其对网络环境与应用场景的自适应能力、无线传感器网络的能量空洞问题以及功率控制策略下节点的并行传输问题。主要研究成果及创新点包含以下几个方面：
（1）在分析现有的基于邻近图的拓扑控制算法的基础上，提出一种基于β-Skeleton的功率控制算法β-S TC，实验结果表明β-STC算法相对于RNG模型和GG模型来说，可进一步提高网络的能耗效率，降低网络延迟。
（2）对无线传感器网络拓扑控制算法的容错性进行了研究，提出一种具有k-容错能力的功率控制算法HFTPC，该算法通过分簇机制将网络内所有节点分成若干个簇，簇内节点使用RNG模型实现簇内拓扑控制，簇头节点构成的骨干网使用k-CCHA算法保持k-连通，从而在保证网络容错能力的同时提高网络的能耗效率，增大网络容量。实验结果表明k-CCHA算法相对于FLSSk算法有效的缓解了无线信道的竞争，降低了通信干扰，同时减小了数据传输的网络延迟，可获得更好的实时性。
（3）在分析路径衰减指数和能量控制系数对节点最小覆盖区域影响的基础上，提出一种分布式的局部自适应功率分配算法LA-TPA，该算法包含拓扑生成阶段的目标拓扑生成算法和拓扑维护阶段的拓扑自恢复机制。实验结果表明，路径衰减指数和能量控制系数均对目标拓扑具有显著的影响，选取适当的能量控制系数，可以获得满足不同应用场景需求的目标拓扑。此外，当路径衰减指数和能量控制系数取值分别为3和1.6时，LA-TPA可以获得比XTC算法和STC算法性能更加优化的目标拓扑。
（4）构建了一种基于节点功率的能量空洞问题分析模型，使用该模型对当前能量空洞问题缓解策略进行了分析，并在此基础上提出了一种基于免疫克隆选择算法的功率控制策略以缓解无线传感器网络的能量空洞问题。实验结果表明，该策略用外部圆环的能耗损失换取了内部圆环的能耗节省，有利于缓解能量空洞问题，提高网络的能耗效率，延长网络的生命周期。
（5）针对无线传感器网络功率控制的特点及当前并行传输MAC协议的遗留问题，提出一种用于无线传感器网络功率控制的并行传输MAC协议MAC4PC，以解决隐藏节点问题和暴露节点问题，增加网络空间利用率，提高网络吞吐量。仿真结果表明，MAC4PC协议各性能指标比802.11DCF协议及现有并行传输MAC协议均有较大改善。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京航空航天大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：TN929.5;TP212.9【目录】：
摘要4-6ABSTRACT6-15第一章 绪论15-25 1.1 研究背景15-16 1.2 无线传感器网络拓扑控制16-22
1.2.1 概述16-19
1.2.2 研究目标19-20
1.2.3 研究现状20-22 1.3 论文主要创新工作22-23 1.4 论文组织结构23-25第二章 基于邻近图的传感器网络功率控制算法25-43 2.1 引言25-26 2.2 定义与模型26-27
2.2.1 相关定义26
2.2.2 相关模型26-27 2.3 算法的提出27-29
2.3.1 RNG 模型27
2.3.2 GG 模型27-28
2.3.3 算法动机28-29 2.4 β-STC 算法29-32
2.4.1 β-Skeleton 结构29-30
2.4.2 β-STC 算法描述30-31
2.4.3 β-STC 算法分析31-32 2.5 仿真实验32-42
2.5.1 仿真工具介绍32-35
2.5.2 仿真过程实现35-38
2.5.3 仿真数据分析38-42 2.6 本章小结42-43第三章 具有容错性的传感器网络功率控制算法43-58 3.1 引言43-44 3.2 相关模型44-45 3.3 HFTPC 策略45-50
3.3.1 HFTPC 策略思路45-47
3.3.2 分簇机制47-48
3.3.3 k-CCHA 算法48-49
3.3.4 HFTPC 策略分析49-50 3.4 仿真实验50-56
3.4.1 仿真设置50-51
3.4.2 仿真数据分析51-56 3.5 本章小结56-58第四章 用于拓扑控制的传感器网络自适应功率控制策略58-79 4.1 引言58-59 4.2 相关工作59-61 4.3 模型与定义61-62
4.3.1 网络模型61
4.3.2 相关定义61-62 4.4 LA-TPA 策略62-70
4.4.1 LA-TPA 策略描述62-66
4.4.2 LA-TPA 策略性质66-68
4.4.3 LA-TPA 策略参数分析68-70 4.5 仿真实验70-78
4.5.1 路径衰减指数影响分析70-72
4.5.2 能量控制系数影响分析72-75
4.5.3 与其它协议对比75-78 4.6 本章小结78-79第五章 基于功率控制的传感器网络能量空洞缓解策略79-98 5.1 引言79-80 5.2 相关模型80-83
5.2.1 通信模型80
5.2.2 能耗模型80-81
5.2.3 网络模型81-82
5.2.4 能量空洞模型82
5.2.5 模型分析82-83 5.3 能量空洞问题描述83 5.4 能量空洞缓解策略分析83-88
5.4.1 节点密度84
5.4.2 数据采集率84-85
5.4.3 数据融合85-86
5.4.4 多跳方式86
5.4.5 功率控制86-88 5.5 基于免疫克隆选择的功率控制策略88-90 5.6 仿真实验90-97 5.7 本章小结97-98第六章 用于传感器网络功率控制的并行传输 MAC 协议98-117 6.1 引言98 6.2 相关工作98-100
6.2.1 功率控制98
6.2.2 MAC 协议98-100 6.3 协议动机100-101 6.4 相关模型101-103
6.4.1 无线传播模型101-102
6.4.2 节点接收模型102
6.4.3 通信干扰度模型102-103 6.5 MAC4PC 协议103-108
6.5.1 隐藏节点问题解决方案103
6.5.2 暴露节点问题解决方案103-105
6.5.3 MAC4PC 协议描述105-108
6.5.4 MAC4PC 协议分析108 6.6 仿真实验108-114 6.7 实验数据分析114-115 6.8 本章小结115-117第七章 总结与展望117-119 7.1 总结117-118 7.2 展望118-119参考文献119-130致谢130-131在学期间的研究成果及发表的学术论文131-132
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