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高铁接触网无线传感网络数传稳定性研究
| 论文题名： | 高铁接触网无线传感网络数传稳定性研究 |
| 关键词： | 高速铁路;接触网;无线传感网络;数据传输;链路质量评估 |
| 摘要： | 接触网是牵引供电系统的重要组成部分，其工作状态直接影响了高铁牵引供电系统安全性。接触网地面监测设备安装在接触网系统关键节点处，实时监测接触网设备的状态，并实现接触网的故障诊断与预警。接触网所处自然环境与电磁环境复杂多变，面向高铁接触网状态监测的无线传感网络数据的稳定传输面临巨大挑战，因此论文从以下三个方面展开研究： （1）论文分析了高铁接触网状态地面监测系统无线传感网络数据传输的基本要求，研究天线、MAC协议和网络拓扑结构；根据GB/T24339标准，研究设计了通信机制和用户协议数据包格式，通过设备ID、序列号、确认帧和CRC校验来避免数据帧丢失、数据帧插入、数据帧次序混乱和数据帧错码。 （2）为确保高铁接触网无线传感网络中传感器节点能稳定通信并实现低功耗。研究分析RSSI与丢包率、距离的关系，设计了功率自适应控制算法，采用卡尔曼-均值处理的方法，提高了对链路质量评估的准确性，再根据均值RSSI实现调整节点发射功率。测试表明，该算法在丢包率小于1％的需求下提高了功率调节的效率并降低了功耗。 （3）为实现关键传感器节点数据的可靠传输，进行高铁接触网无线传感网络服务质量优化研究，提出了一种适用于高铁接触网无线传感网络的CSMA/CA通信机制。研究了退避指数、退避次数两参数与失败率、平均时延和吞吐量的内在联系。采用多优先级方案，推导了马尔科夫数学模型，分析了不同优先级节点的接入信道的概率、CCA检测信道占用的概率和成功传输的概率，验证了其可行性。通过多次对该机制试验，结果表明该机制实现了服务差异化，提高了关键传感器节点的通信质量，提高了整体网络的吞吐量，并减小了整体网络时延，为改善高铁接触网无线传感网络的性能提供了有利依据。 论文的最后部分，对高铁接触网监测系统的无线传感网络进行了总结与展望。本论文研究成果进行了实验室测试与实际自然环境中的通信性能测试，部分成果在杭深高铁温州至福州段的某特大跨海大桥进行测试，实现了6个月稳定通信。 |
| 作者： | 陈冠帆 |
| 专业： | 工业机器人与智能控制 |
| 导师： | 谭平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江科技学院 |
| 学位年度： | 2022 |
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