基于ZigBee监测高速铁路基础设施监测的无线传感器网络研究与应用

本文根据对高速铁路基础设施状态监测的需求,设计和实现了一种监测高速铁路基础设施的无线传感器网络.采用JN5148 ZigBee模块和GPRS模块沿铁路沿线组建一个链状的无线监测网络完成数据采集、汇聚和远程传输的功能.本文首先阐述了网络节点硬件结构;然后根据节点能量有限的条件,设计了时间同步休眠的ZigBee网络节能策略和基于阈值的传感器采集节能策略,提高设备的生存周期;最后测试了该网络的传输性能,结果表明该无线监测网络可以对传感器信息进行准确采集、数据汇集和远程通信.     

铁路沿线线型无线传感器网络高效路由协议

为防止网络“热区”现象，针对铁路沿线无线传感器网络多呈线型分布的结构特点，提出一种基于服务质量的能耗均衡分簇路由协议（ECRPQ）。首先，部署网络节点，计算节点能量消耗，建立能耗均衡的非均匀节点部署模型并进行网络分簇。然后，设计路由协议，在簇首选举时引入节点动态剩余能量和节点担任簇首轮次的影响因素，在通信阶段采用TDMA机制和CDMA机制相结合的方式，在进行时间同步校准时严格保证簇内节点时间同步。最后，通过MATLAB进行仿真实验，从网络生命周期、网络吞吐量和节点平均时延3个方面将ECRPQ与LEACH、LEACH-C这2种经典协议进行对比。结果表明：当网络节点总数为200个时，ECRPQ的网络生命周期明显更长，达到600 s;ECRPQ的网络吞吐量更大，分别比LEACH和LEACH-C提高128.7%和84.6%;ECRPQ的节点平均时延更低，分别比LEACH和LEACH-C降低52.8%和43.2%。     

滑坡监测无线传感器网络基于事件的信道分配方案

在高速铁路沿线的山体斜坡上部署无线传感器网络,用于监测山体斜坡变化情况。综合考虑传感器节点能量有限性和对采集信息的实时性需求,提出一个基于事件的信道分配方案用于滑坡监测信息的传输。以是否有列车经过山体斜坡区域作为事件,当无列车经过时,为节点分配活跃周期和睡眠周期,采用TDMA的方式唤醒节点并分配一个可用信道进行数据传输,从而在保证数据传输的前提下节省节点能量,延长网络寿命;当有列车即将经过时,节点完全进入活跃周期,采用多个信道并行传输的方式传输数据,减少传输过程中由于信息碰撞造成的信息丢失和重传,从而降低传输时延,提高信息传输的实时性。最后,通过仿真实验分析系统性能,证明所提方案的有效性。     

一种基于无线传感器网络的安全优先门限敏感分簇路由协议

为构建基于无线传感器网络的铁路防灾安全监控系统,在门限敏感的节能型网络协议(TEEN)基础上,提出1种安全优先门限敏感分簇路由协议(SPTC).确定SPTC的网络架构,基于能量计算公式设计簇头分布算法及簇头和副簇头选举算法,以及路由建立步骤和数据采集流程.在协议中定义副簇头,保证数据路由的可靠性及数据自身传输的安全,提高协议的安全性;在汇聚节点(SN)附近区域布置更小规模的簇,在兼顾剩余能量与节点距离的准则下选择最佳的簇头节点,以提高协议的节能性.采用OMNeT++网络仿真工具对SPTC进行了建模仿真.仿真结果表明:当网络工作了10 000 s时,低能量节点数量比低功耗自适应聚类层次协议(LEACH)减少了60％;当灾害数据采集概率为0.5％时,基于SPTC协议的网络检测周期是基于LEACH的1.7倍.     

基于ZigBee的集装箱信息系统组网和路由研究

针对集装箱信息采集过程中的要求,提出基于ZigBee无线传感器网络技术的集装箱信息系统中的组网和路由策略.该策略对集装箱信息系统中基于簇的跨层优化工作原理叙述,通过综合考虑节点的路由跳数和剩余能量来优化路由,从而保证网络内节点能量负载的均衡,有效延长节点和网络的寿命.     

6LoWPAN无线传感器网络路由研究

本文提出一种6LoWPAN无线传感器网络路由方案,本路由方案在链路层实现,中间节点只需处理链路帧头即可实现路由转发,可降低传感器节点功耗,缩短路由延迟时间。本方案实现了本地路由修复,从而达到最小范围的路由路径修复。对所提路由方案的性能参数进行分析,分析结果验证了本路由方案能够有效缩短路由时间及减少路由代价。     

策略路由的概念与应用

策略路由是一种比基于目标网络进行路由更加灵活的数据包路由转发机制。应用策略路由,路由器将通过路由图决定对需要路由的数据包如何进行处理,路由图决定了数据包下一跳的转发路由器。     

无线传感器网络中一种基于簇头预测和功率控制的节能路由算法

在无线传感器网络中,节点能量有限且一般没有能量补充,因此如何减少节点的能量消耗成为路由协议的研究目标。文中提出一种基于簇头预测和功率控制的节能路由算法CHFPC(Cluster Head Forecasting andPower Controlling),该算法利用能量和距离参数对簇头进行预测,并将功率控制这一机制引入分簇路由和数据传输的过程中,从而使节点的平均能耗降低。最后用OMNeT++仿真的结果表明所提出的方案在网络生存时间和网络总剩余能量指标上比LEACH算法分别提高23%和15%,而且节点生命周期也明显长于LEACH算法。     

铁路货车车地信息传输技术研究

阐述无线通讯在轨旁数据传输的几种实现方式以及技术特点。针对铁路货车主要设备车载无线无源传感与监测组件、轨旁数据基站和地面监测与诊断主机的组成方式,对采用U W B信息传输方式开展研究铁路货车车地信息传输技术。以D W M1000集成芯片为核心设计的轨旁数据基站的UWB发射模块和UWB基站模块,其采用LEACH协议算法,并具有的层次型路由协议,周期性的随机选举簇头节点的方式,能够在减少节点能耗的同时延长整个网络的生存时间,且能在列车快速经过轨旁基站的时间窗口内完成数据传输。     

基于同心圆分簇的无线传感器网络路由协议的研究

针对无线传感器网络中LEACH协议的簇头分布不均匀以及不适合远距离传输数据的缺点,提出一种基于同心圆的分簇路由协议(CBCR).CBCR不仅改进选簇方法,而且引入管理节点负责簇头的选举.给出该协议的实现过程,通过与LEACH的比较,证明该协议能有效延长网络存活时间.     

双向转发检测技术在铁路数据通信网中的应用

铁路数据通信网用户侧设备采用双上行静态路由协议方式接入时,由于接入路由器与用户侧设备间可能存在非直连链路,两侧端口无法准确感知链路变化情况,会导致链路切换无法生效.为此,应用双向转发检测(BFD)技术,可解决非直连链路倒换端口无法感知链路变化问题.     

铁路应急通信网络组呼的组播路由算法分析

从建立GSM-R铁路应急通信网络的需要出发,在组播路由算法ODMRP的基础上通过改进,提出1种支持GSM-R铁路应急通信网络组呼的组播路由新算法(REGCA)及其算法流程。在该算法中加入了抑制听者发言、限制洪泛区域以及允许自动加入临时组播等控制策略。使用NS2仿真工具建立武广高铁应急通信系统自组网仿真模型,然后根据模型建立相应的仿真场景,对REGCA算法进行仿真分析。仿真结果表明,采用REGCA算法能够大大减轻网络负载、提高分组投递率、降低端到端传输时延和路由开销;采用REGCA算法在各种仿真场景中的分组投递率均达80%以上,端到端传输平均时延均在0.4s以下,能够满足GSM-R铁路应急通信环境下的组呼要求。     

铁路数据通信广域网的高可用性设计

为满足铁路通信系统、安全生产监控系统和信息系统业务的IP化快速发展需求,如何构建一个高可用的承载多业务的铁路数据通信网广域网成为设计过程中应关注的重点,从互连拓扑结构、网络组件、路由协议等方面进行分析,并提出设计建议。     

轨道车辆MVB通信网络的实时特性

多功能车辆总线(MVB)应用于轨道交通车辆的车厢级通信网络已经成为新一代列车通信网的发展趋势。采用MVB必须满足轨道车辆对数据传输提出的实时性要求。MVB网络的端到端传输延迟主要包括报文分组在缓存器内的平均等待延迟、发送报文分组延迟、介质传播延迟等,而影响发送报文分组延迟的主要因素是报文分组的平均等待延迟受介质访问控制方式的约束;主设备消息事件请求帧的到达过程服从泊松分布,多消息事件并发引发的事件仲裁延迟是影响消息数据报文延迟的重要因素。仿真实验结果表明,MVB网络的过程数据具有报文分组传输时间确定、报文分组长度对网络延迟影响小等实时特性,但消息数据的报文延迟受网络负载的影响较大。运用排队理论分析主从轮询方式下过程数据的延迟与MVB的轮询周期、通信速率的关系;分析数据表明,该方法可以取代以往的国外经验值来配置网络,而且配置指标更符合实际运行的要求,并已经成功应用于实际设备的测试分析中。     

基于计算机网络路由行为方案的春运旅客区域划分探讨

根据网络路由协议的特性,利用网络路由选择最优路径的原理,把全国春运铁路网络仿真成计算机网络并划分成不同的区域运行网络路由协议,寻找一种基于网络路由行为的铁路运输方式来提高运输旅客的效率,达到缓解春运压力的目的。     

基于排队论和Anylogic仿真的车站进站排队优化

通过实地采集数据，应用排队论和Anylogic软件仿真，研究了目前既有站和部分高铁站进站排队时间过长和用户体验差的问题。发现通过调整不同排队方式和增减设备数量，可满足改善旅客进站体验的目的。研究结果表明，混合式排队适应于目前大客流车站进站，并列式排队适应于小客流车站，并可通过调整关键设备数量来提高进站效率，减少旅客排队等待时间和改善旅客进站的用户体验。     

基于身份与位置分离体系结构的列车通信方案研究

在传统的互联网体系结构中,IP地址既作为节点的位置标志又作为节点的身份标志,难以适应列车通信。针对这一问题,提出身份与位置分离体系结构,并设计一种列车通信方案。在基于身份与位置分离体系结构的列车通信方案中,IP地址只作为节点的位置标志,引入端点标志符作为节点的身份标志,使得节点移动时也不会中断连接。列车中的节点通过移动网关接入互联网,对于MANET节点发送给互联网节点的数据报文,移动网关在转发之前需要对该数据报文重新封装;当节点移动时,利用路由更新选项和路由确认选项进行路由更新,并且这些选项都封装在IPv6逐跳选项报头中,不需要额外的信令开销。性能仿真及分析表明,与基于MIPv6的通信方式相比,该方案具有更高的报文递交率以及更低的报文开销。