基于無線傳感網(wǎng)的鐵路危險(xiǎn)品運(yùn)輸在途監(jiān)測與節(jié)能技術(shù)的研究

【摘要】：隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,鐵路運(yùn)輸貨物的需求量在飛速增長,其中也包括危險(xiǎn)物品的運(yùn)輸。倘若在危險(xiǎn)品運(yùn)輸途中發(fā)生事故,就會對鐵路沿線人民的生命、財(cái)產(chǎn)和周圍環(huán)境造成極大的危害。因此危險(xiǎn)品在途安全狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測就成了一個(gè)急需解決的問題。鐵路危險(xiǎn)品運(yùn)輸在運(yùn)輸途中需經(jīng)過解體和重新編組等作業(yè)。鐵路貨運(yùn)車輛通常不具備供電和聯(lián)網(wǎng)通信條件,在運(yùn)輸途中,環(huán)境往往非常惡劣,而且還有振動、沖擊和電磁干擾等的影響。這些因素均給危險(xiǎn)貨物安全狀態(tài)在途檢測帶來很大的挑戰(zhàn)。 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有具有智能化、成本低、適用性強(qiáng)、操作簡單、部署方便、自組網(wǎng)等特點(diǎn),為鐵路危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)脑谕緺顟B(tài)監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)新的方案。節(jié)能技術(shù)一向就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。而在本應(yīng)用系統(tǒng)中,尤其迫切：鐵路貨運(yùn)車輛不具備供電條件,傳感器節(jié)點(diǎn)需要電池供電；鐵路運(yùn)輸路途遠(yuǎn),時(shí)間長,途中節(jié)點(diǎn)更換電池極不方便。然而一旦電源耗盡,節(jié)點(diǎn)就失效,系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能將大打折扣。因此能源的利用率的高低直接影響了系統(tǒng)的有效性和可用性,關(guān)系到系統(tǒng)能否應(yīng)用到實(shí)際中去并且大規(guī)模推廣。本文是在鐵路運(yùn)輸危險(xiǎn)品的背景下,研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò),并介紹了本檢測系統(tǒng)的基本架構(gòu)。接著分析了系統(tǒng)的各個(gè)部分的能耗。在前人對節(jié)能技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況,從軟硬件的兩個(gè)方面提出了四種節(jié)能機(jī)制：休眠喚醒機(jī)制、變頻采集數(shù)據(jù)機(jī)制、動態(tài)改變發(fā)送功率機(jī)制、外圍電路控制機(jī)制。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)必須通過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)降孛娴姆?wù)器上,運(yùn)用者也有可能通過應(yīng)用程序與車載設(shè)備進(jìn)行交互。網(wǎng)關(guān)是連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的樞紐,因此車載的網(wǎng)關(guān)是本系統(tǒng)的重點(diǎn)之一。貨物根據(jù)去往的目的地不同,可能在編組站被重組。因此每個(gè)車廂都要有單獨(dú)的網(wǎng)關(guān)功能。本文不僅在實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)關(guān)工作模式,而且分析其局限與不足之處后,提出了多網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)合作的解決方案。既節(jié)能又提高系統(tǒng)的可用性。 本文最大的特點(diǎn)就是實(shí)際應(yīng)用的背景下來設(shè)計(jì)節(jié)能方案,應(yīng)用到基本數(shù)據(jù)都是實(shí)際硬件采集得到的,而非仿真結(jié)果。通過實(shí)際運(yùn)用驗(yàn)證本系統(tǒng)初步滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的列車在途安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步深入研究和應(yīng)用推廣具有重要意義。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)能 網(wǎng)關(guān) 危險(xiǎn)品監(jiān)測 鐵路運(yùn)輸
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 課題的研究背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 課題研究的范圍16-17
• 1.4 本文主要的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)17-18
• 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述18-24
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念18
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)18-20
• 2.2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)19-20
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)20-22
• 2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及發(fā)展前景22
• 2.5 本章小結(jié)22-24
• 3 鐵路危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體架構(gòu)24-36
• 3.1 系統(tǒng)軟、硬件平臺選擇24-33
• 3.1.1 硬件平臺選擇24-29
• 3.1.1.1 無線傳感器節(jié)點(diǎn)處理芯片24-26
• 3.1.1.2 GPRS模塊26-27
• 3.1.1.3 GPS節(jié)點(diǎn)27-28
• 3.1.1.4 調(diào)試平臺28-29
• 3.1.2 軟件平臺選擇29-33
• 3.1.2.1 TinyOS操作系統(tǒng)29-31
• 3.1.2.2 NesC語言31-33
• 3.2 鐵路危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(RTHMSMS)整體方案33-35
• 3.2.1 RTHMSMS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)33-34
• 3.2.2 RTHMSMS的定位系統(tǒng)34
• 3.2.3 RTHMSMS的網(wǎng)關(guān)(sink點(diǎn))34
• 3.2.4 RTHMSMS的數(shù)據(jù)信息服務(wù)器34
• 3.2.5 RTHMSMS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)34-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 4 系統(tǒng)中的節(jié)能機(jī)制36-62
• 4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)36-38
• 4.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗分析36-37
• 4.1.2 系統(tǒng)節(jié)能的考慮37-38
• 4.2 系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-60
• 4.2.1 休眠喚醒策略38-43
• 4.2.2 動態(tài)改變采集頻率節(jié)能策略43-45
• 4.2.3 自適應(yīng)發(fā)射功率策略45-57
• 4.2.3.1 影響通信鏈路質(zhì)量的因素45-47
• 4.2.3.2 通信鏈路質(zhì)量的衡量指標(biāo)47-48
• 4.2.3.3 RSSI和LQI與丟包率的關(guān)系48-55
• 4.2.3.4 自適應(yīng)發(fā)射功率的策略設(shè)計(jì)55-57
• 4.2.4 控制外圍電路策略57-60
• 4.2.4.1 低功耗外圍電路設(shè)計(jì)原理57-58
• 4.2.4.2 低功耗外圍電路在系統(tǒng)中的應(yīng)用58-60
• 4.3 本章小結(jié)60-62
• 5 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)62-86
• 5.1 單網(wǎng)關(guān)的基本功能62-73
• 5.1.1 網(wǎng)關(guān)的基本模塊及功能63
• 5.1.2 數(shù)據(jù)發(fā)送策略63-64
• 5.1.3 單網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)64-71
• 5.1.3.1 網(wǎng)關(guān)主控制程序65-66
• 5.1.3.2 射頻接收數(shù)據(jù)模塊66-67
• 5.1.3.3 存儲模塊流程67-68
• 5.1.3.4 GPRS控制模塊68-71
• 5.1.4 單網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)測試71-73
• 5.2 一種多網(wǎng)關(guān)協(xié)同合作的設(shè)計(jì)73-85
• 5.2.1 多網(wǎng)關(guān)合作硬件設(shè)計(jì)74
• 5.2.2 多網(wǎng)關(guān)合作軟件設(shè)計(jì)74-82
• 5.2.2.1 網(wǎng)關(guān)分組算法設(shè)計(jì)75-79
• 5.2.2.2 實(shí)現(xiàn)能量均衡策略79-80
• 5.2.2.3 應(yīng)對車廂拆分策略80-81
• 5.2.2.4 數(shù)據(jù)收發(fā)策略81-82
• 5.2.3 多網(wǎng)關(guān)合作驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)82-85
• 5.3 本章小結(jié)85-86
• 6 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 總結(jié)86-87
• 6.2 展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-90
• 作者簡歷90-94
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集94

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用概述    艾莉;程加堂;

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通用無線分組業(yè)務(wù)(GPRS)綜述    楊國民

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的研究    劉曉明;陶昆;

全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用綜述(三)——GPS的應(yīng)用    劉美生;

德國鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸    康文超;

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在文物保護(hù)中的應(yīng)用    何文德;楊鳳年;劉光燦;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在執(zhí)勤槍械定位中的應(yīng)用    劉海波;鄒濤;翁哲;

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的研究與應(yīng)用    林麗萍;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用    余華;孫艷紅;車銀超;郭玉峰;

基于WSN的溫室環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)    岳青;張海輝;盧博友;

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田信息管理系統(tǒng)的研究    余華;呂寧波;

一種無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能的路由協(xié)議    范書平;高巍;馬寶英;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用    楊治秋;柴寶杰;

無線傳感網(wǎng)應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的節(jié)能方案研究    歸奕紅;

基于IEEE802.15.4的一種分簇算法研究    張維勇;張芬;馬學(xué)森;

傳感器網(wǎng)絡(luò)局部時(shí)間同步協(xié)議研究    石為人;張陽;鄧鵬程;

能量相關(guān)DSR協(xié)議OPNET仿真及性能分析    劉增力;李雯霏;龍華;朵琳;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)TTSL迭代定位算法    羅旭;柴利;楊君;

一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)傳輸方法    任玲;唐昊;周雷;魏振春;

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的涉密載體智能監(jiān)管系統(tǒng)研究    何堅(jiān);方康玲;李曉卉;韓維;

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TeeChart在WSN信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用    李堅(jiān);陳祥光;劉春濤;冼南寶;

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基于IEEE802.15.4的溫室環(huán)境信息采集系統(tǒng)    于亮亮;劉剛;王俊;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署與拓?fù)淇刂蒲芯?nbsp;   王蕊

基于柱形換能器的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議研究    孫玉婷

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基于事件觸發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究    郭瑛

水下傳感器網(wǎng)絡(luò)海上試驗(yàn)平臺的研究與設(shè)計(jì)    周鵬

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息分發(fā)的可靠性研究    張書奎

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中的算法研究    劉昕

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)農(nóng)業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)融合研究    蔣鼎國

能源自給低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究    高藝

無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)相關(guān)問題研究    吳磊

基于可信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)的研究    葉青

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身健康狀態(tài)融合機(jī)制研究    諶業(yè)濱

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究    喬田田

基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在礦井機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究    駱科學(xué)

面向離散型制造業(yè)的嵌入式MES檢測終端開發(fā)    彭慧

水文傳感器網(wǎng)絡(luò)部署優(yōu)化研究    閉啟禮

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)關(guān)的分級簇算法研究    張永琦

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    張磊

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間同步技術(shù)的研究    劉蘭濤

面向結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì)    朱小鍇

一種基于測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能定位算法    楊鳳;史浩山;朱靈波;趙洪鋼;

基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的車載嵌入式終端的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)    王春剛;張江水;胡立成;

物聯(lián)網(wǎng)中無線傳感器節(jié)點(diǎn)和RFID數(shù)據(jù)融合的方法    李杰;

3G車載遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案    張賢德;李建權(quán);

基于“北斗”的船舶實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)    丁振國;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)Range-Free自身定位機(jī)制與算法    史龍,王福豹,段渭軍,任豐厚

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)    張俊霞;汪煬;李善亮;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位算法    馬祖長,孫怡寧

WSN與RFID技術(shù)的融合研究    李斌;李文鋒;

一種用于智能空間的多目標(biāo)跟蹤室內(nèi)定位系統(tǒng)    谷紅亮;史元春;申瑞民;陳渝;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究    汪煬

危險(xiǎn)品運(yùn)輸預(yù)警應(yīng)急指揮系統(tǒng)研究    陶存新

基于無線傳感網(wǎng)的列車危險(xiǎn)品在途安全狀態(tài)檢測策略研究    李慧粉

基于GSM的重危設(shè)備運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    張瑞

無線多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)    包環(huán)宇

危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸監(jiān)控決策支持系統(tǒng)研究    閆利勇

視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的研究    祁凱

基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)    李笑凇

基于RSSI的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究及應(yīng)用    杜敏

小世界特性在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用    葉秀彩

移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究    李強(qiáng)

危險(xiǎn)品集裝箱物流狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)    秦玉

寶鋼危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)與實(shí)現(xiàn)    沈立明;徐俊杰;盧健琦;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效性的研究    吳光斌,梁長垠

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡述    黃玲

一種適用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法    王健;趙亞鳳;劉勁風(fēng);

針對電壓可調(diào)處理器的低功耗設(shè)計(jì)策略    劉昊;卜愛國;

傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)雙效節(jié)能調(diào)度研究    王小英;趙海;陳英革;尹震宇;

傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS關(guān)鍵技術(shù)分析    李麗娜;石高濤;廖明宏;

關(guān)于相對化的P與NP問題的若干研究    宋恩民，黃文奇

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展    崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,劉巍,趙澤

遺傳算法結(jié)合FLNN實(shí)現(xiàn)加速度傳感器動態(tài)特性補(bǔ)償    俞阿龍

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制研究    蔣杰

基于WinCE的B/S模式WSN網(wǎng)關(guān)的研究與實(shí)現(xiàn)    薛濤;李建清;吳劍鋒;魏志剛;

基于P2P的小型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究    崔瑞瑞;莊雷;

農(nóng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺的研究與設(shè)計(jì)    羅惠謙;張馨;喬曉軍;王成;張?jiān)弃Q;

基于簇的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究    陳本理;譚永東;余韜;

基于雙MCU的6LoWPAN網(wǎng)關(guān)    陸剛;李海;張衛(wèi);

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)    夏顯秋;童玲;田雨;

基于Zig Bee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    朱瑩;林基明;

基于ARM與ZigBee的嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)    房好帥;李楠;王慧娟;

基于WSNs的城市污水監(jiān)測系統(tǒng)研究    陳強(qiáng);盧啟福;李亭;毛亮;劉國瑛;

基于CDMA模塊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)    歐杰峰;劉興華;

農(nóng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺的研究與設(shè)計(jì)    喬曉軍;張馨;王成;張?jiān)弃Q;文俊峰;

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