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用于输电线监测的无线传感器网络技术研究

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摘要

致谢

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 选题意义

1.2 输电线路监测研究现状

1.2.1 人工地面目测法

1.2.2 直升机巡线

1.2.3 机器人巡线

1.2.4 无线传感网络监测

1.3 本文研究的主要内容

第二章 无线传感器网络概述

2.1 无线传感器网络发展历程

2.2 无线传感器网络的原理

2.2.1 无线传感器网络节点的结构

2.2.2 无线传感器网络体系结构

2.2.3 无线传感器网络的拓扑结构

2.3 无线传感器网络的关键技术

2.3.1 网络协议

2.3.2 节点定位

2.3.3 时间同步

2.4 无线传感器网络模型

2.4.1 物理层

2.4.2 数据链路层

2.4.3 网络层

2.4.4 传输层

2.4.5 应用层

2.5 本章小结

第三章 输电线在线监测节点设计

3.1 在线取电模块

3.1.1 感应取电的基本原理

3.1.2 取电电路分析

3.2 锂电池充电电路

3.2.1 充电芯片

3.2.2 锂电池充电电路

3.3 取样电路

3.4 处理器模块

3.4.1 CC2430的主要特性

3.4.2 CC2430片上系统的功能模块

3.5 翻牌光电报警器

3.6 本章小结

第四章 输电线网络中WSN关键技术的研究

4.1 输电线监测节点定位

4.2 输电线传感器节点拓扑结构的研究

4.3 线状无线传感器网络数据传输策略

4.4 基于簇的能量概率均衡路由算法

4.5 仿真工具简介

4.5.1 OMNeT++的组成部分

4.5.2 OMNeT++的结构组成

4.6 仿真实验

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

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摘要

为了克服输电线断路、短路、接地等故障对人民生活带来的不便和所造成的经济损失,基于无线传感器网络技术,提出了一种针对输电线在线监测的方案。能实现对输电线路的电压、电流等电力参数的实时监测,通过无线传感器网络技术将所采集的数据传输到控制中心,控制中心进行分析、诊断和优化,实现对输电线路的在线监测。 输电线路故障在线监测系统可有效缩短工作人员线路故障检测的时间,比传统的人工巡线、直升机巡线和机器人巡线及时准确。该系统是通过在输电线上布设传感器节点来组成用于在线监测的无线传感器网络。由于输电线布设的特殊性,用于监测线路故障的传感器节点所组成的网络呈线状拓扑。线状拓扑网络中数据传输存在路由负载不均衡现象,需要根据无线传感器监测节点的布设特点来设计适用的传输协议来解决。 本文在MERR(Minimum Energy Relay Routing)协议的基础上,建立了基于簇的能量概率均衡路由。该路由以簇头为均衡对象,协调不同簇头所组成的路由负载,使负载较轻路由上的簇头节点以一定概率分担负载较重路由上簇头节点的数据传输任务,协调各条分簇路径上节点能量消耗的均衡性。通过OMNeT++仿真,本方案可以很好地延长整个网络的生存时间,节点所消耗能量的方差比MTE(Minimum Transmission Energy)和MERR协议下的节点消耗能量方差小很多。在假定节点初始能量为2J的条件下,MTE和MERR协议的网络节点开始出现死亡的时间分别为150s和980s,基于簇的能量概率均衡路由协议下节点开始出现死亡的时间为1930s。

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