煤矿电网输电线路故障检测的WSN时间同步算法研究

发布时间：2017-06-12 20:05

  本文关键词：煤矿电网输电线路故障检测的WSN时间同步算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿电网输电线为煤矿的安全生产提供动力保障,在其故障检测中,WSN技术相比传统的有线检测技术具有自组织、功耗低、灵活度高、传输延迟低等多方面的优势,但其前提是各WSN节点时钟能够保持同步,从而协作的处理数据信息,使煤矿电网输电线故障点的定位能够准确、快速、可靠。本文主要讨论研究了煤矿电网输电线路故障检测的WSN时间同步问题,主要研究内容包括:(1)结合WSN的典型网络拓扑结构以及煤矿电网输电线路的带状拓扑,本文提出了一种基于WSN的树状分层时间同步算法RBTP。此算法分为层次发现及子节点收集和时间同步两个阶段。整个WSN节点分为参考节点、应答节点以及非应答节点。参考节点与应答节点之间的同步数据包采用双向报文交换,对采集的同步时间戳数据利用最大似然估计进行处理以估算出时钟相偏和频偏。在参考节点与其它非应答节点之间,采用最小二乘法对同步时间戳信息进行处理,以实现两者之间的同步。通过MATLAB仿真,该算法的能耗相比于传统的TPSN算法降低了一个数量级,比RBS算法降低了两个数量级,且同步精度在仿真显示的同步次数范围内能够满足煤矿电网输电线路故障检测对时间同步精度的要求。(2)结合煤矿输电线路的拓扑结构,并在对RBTP算法仿真分析的基础上设计了一种基于WSN的簇状分层时间同步算法CLLTP。该算法分为分簇分层和时间同步两个阶段,同步阶段又可细分为簇头节点以及簇内节点同步。簇头节点与基准节点之间采用双向组播同步机制,并利用最大似然估计计算时钟偏差;簇内节点采用双向广播同步机制,并利用最大似然估计计算簇头节点与二级簇头节点之间的时钟偏差,利用最小方差无偏估计计算簇内其它节点与簇头节点之间的时钟相偏和频偏。仿真表明,此算法与RBTP算法相比能耗略微提高,但获得了较高的同步精度,能够在更长的同步周期内满足煤矿输电线路故障检测对时间同步精度的要求。本文研究的时间同步算法相比于传统的时间同步算法能耗大幅度下降,且能够满足煤矿电网输电线路故障检测对时间同步精度的要求。
【关键词】：无线传感器网络 时间同步 输电线检测 树状分层 簇状分层
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD611;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-24
• 1.1 研究背景及意义16-18
• 1.2 无线传感器网络概述18-20
• 1.3 研究现状20-22
• 1.4 论文内容和结构22-24
• 2 WSN电网输电线路故障检测系统24-34
• 2.1 电力电缆故障分析24-25
• 2.2 基于WSN电网输电线路故障检测拓扑结构设计25-31
• 2.3 WSN在电网输电线故障检测中的准确性分析31-32
• 2.4 时间同步算法在电网输电线故障检测中的分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 WSN时间同步相关理论与技术34-50
• 3.1 时钟模型34-35
• 3.2 参考时间转换模型35-37
• 3.3 时间同步关键问题37-40
• 3.4 时间同步的挑战40-41
• 3.5 传统时间同步算法41-48
• 3.6 本章小结48-50
• 4 煤矿电网输电线故障检测的WSN分层时间同步算法50-60
• 4.1 RBTP算法描述（RBTP Algorithm Description）50-52
• 4.2 最大似然估计及最小二乘的时间漂移估计理论52-53
• 4.3 RBTP具体实现过程53-56
• 4.4 算法性能分析56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 煤矿电网输电线故障检测的WSN分簇分层时间同步算法60-73
• 5.1 CLLTP算法描述60-61
• 5.2 CLLTP具体实现过程61-68
• 5.3 算法性能分析68-72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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