高速铁路沿线无线传感器部署算法研究

发布时间：2020-06-19 00:35

【摘要】：随着我国高速铁路的跨越式发展,我国已经拥有了全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网络。高速铁路在大幅度缩短旅客的旅行时间,对沿线地区经济发展起到推进作用的同时,高速铁路安全问题也日益突出。为了保障高速铁路的安全运行,提出了利用无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)对高速铁路轨道沿线进行实时监控,从而保证列车的安全运行。WSN相比其他监测系统具有低成本,自组织性以及准确获取和快速处理数据的能力等特点。相比于以往的有线监测系统,WSN在应用领域与后期维护成本、稳定性等方面都具有很大优势。本文正是在这一背景下对高速铁路沿线的无线传感器网络进行了研究。本论文主要针对线型一维WSN节点部署展开研究,以线型WSN、节点覆盖及能量均衡技术作为理论研究技术,建立了适用于高速铁路沿线的线型WSN模型,基于此模型,将改进后的蚁群路由算法用于WSN节点数据传输,以实现对铁路沿线的有效监控。论文主要内容和研究成果如下:(1)首先针对线型WSN节点优化部署和均衡网络整体能耗等问题展开研究。对现有无线传感器节点部署策略主要适用于平面型网络,并不适用于高速铁路沿线的环境与沿线需要的情况,并考虑到现有的线型WSN部署策略由于“能量空洞”所带来的问题会导致网络中的节点虽然能够采集到数据但是不能进一步传递给sink节点。针对上述问题,论文对现有的线型WSN节点部署策略进行了改进。首先分析了不同组内的节点能耗特征,提出在轨道两端使用双sink节点、节点聚集组之间均匀部署,在每个组内分配不同数目的节点来解决网络能耗失衡的问题。此外,本文提出了线型双sink节点的WSN部署策略,通过在一段轨道两端部署双sink节点并采用非均匀分组的方式部署传感器节点,满足了各节点无缝覆盖监测WSN优化部署模型。(2)针对高速铁路沿线无线传输需求,传统的蚁群路由算法收敛速度较慢、高速铁路沿线WSN节点需要将采集到的数据快速传递给sink节点,因此论文提出了基于精英策略的相遇蚁群路由算法解决高速铁路沿线环境下能耗均衡以及路由快速建立的问题。仿真结果表明,提出的改进蚁群路由算法降低了路由建立的速度、提高了算法的运行速度、有效地延长了网络生命周期。(3)通过仿真结果表明,高速铁路沿线部署策略不论在覆盖性能还是在网络能耗均衡及网络生命周期等方面,明显优于其他同类线型部署策略,从而保证了WSN服务于高速铁路的需要。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【图文】：

框架图,论文结构,框架

图 1.1 论文结构框架1章主要介绍了课题的研究背景和意义，与此同时分析了课题国内外的研的 WSN 部署策略进行了总结，指出了研究线型 WSN 部署策略的目的与过分析线型 WSN 部署策略，提出了本文策略的总体设计思路及论文框架

结构示意图

WSN结构示意图

【参考文献】