面向高速鐵路監(jiān)測(cè)的WSNs拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)高速列車和高速鐵路的規(guī)模增長(zhǎng)迅速，給人們的出行帶來(lái)了極大的便利和舒適。然而，值得注意的是，高速列車運(yùn)行的安全問(wèn)題也成為了人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。目前，我國(guó)對(duì)列車運(yùn)行環(huán)境、列車運(yùn)行狀態(tài)和車站環(huán)境的監(jiān)測(cè)仍以有線網(wǎng)絡(luò)為主。眾所周知，基于有線的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)具有成本高，靈活性低，覆蓋面小和不易擴(kuò)展等缺點(diǎn)，已無(wú)法滿足我國(guó)高速列車和鐵路規(guī)模不斷增長(zhǎng)的需求。尋求更高效、更全面和低成本的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)是我國(guó)鐵路行業(yè)朝著信息化、高速化和安全化方向不斷發(fā)展的必

2、然之舉。
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)具有低成本、低功耗、自組織和高效率等特點(diǎn)，是當(dāng)今時(shí)代的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。由于列車的高速性和運(yùn)行環(huán)境的特殊性，在我國(guó)，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于列車運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)尚不成熟，現(xiàn)存適用于此環(huán)境監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由協(xié)議少之又少。在用于高速列車運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，本文研究了節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化部署問(wèn)題并分析了幾種典

3、型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　結(jié)合我國(guó)列車運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)，本文分析了構(gòu)成列車運(yùn)行安全隱患的主要因素并將它們列為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象。針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署于鐵路沿線呈現(xiàn)出的帶狀結(jié)構(gòu)，在鐵路沿線待測(cè)區(qū)域長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)總數(shù)給定的情況下，本文采用拉格朗日最優(yōu)化理論推導(dǎo)了使節(jié)點(diǎn)總能耗最低的節(jié)點(diǎn)部署策略。由于高速運(yùn)行的列車對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求，本文在單匯聚節(jié)點(diǎn)的帶狀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中詳細(xì)分析了基于最小和最大距離傳輸?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的

4、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性、魯棒性和生存周期。在基于最大距離傳輸?shù)耐負(fù)渲?，本文提出了一種基于節(jié)點(diǎn)分組的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提機(jī)制為基于最大距離傳輸?shù)耐負(fù)鋷?lái)了更好的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和魯棒性。此外，節(jié)點(diǎn)部署的間距和數(shù)目的變化將對(duì)上述兩種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)生存周期產(chǎn)生不同的影響。
　　考慮到列車對(duì)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，本文提出了基于多匯聚節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)模型，同時(shí)所提模型也解決了帶狀網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)負(fù)載不均衡的問(wèn)題。