ZigBee在电力信息管理系统中的应用

天津大学硕士学位论文ZigBee在电力信息管理系统中的应用姓名：李王辉申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：张炳达20080501ZigBee在电力信息管理系统中的应用作者：李王辉学位授予单位：天津大学相似文献(10条)1.学位论文安庆敏基于ZigBee的无线抄表系统及标准制定方法的研究2008随着通信技术的不断发展，短距离无线通信技术己成为无线通信技术新的研究热点。基于IEEE802.15.4标准的ZigBee协议是一种近距离、低复杂度、低成本、微功耗、数据传输速率适中、自组织双向无线通信技术。ZigBee技术已广泛用于工业控制、家庭网络和自动化、楼宇自动化、消费电子、无线传感器网络等多个领域，其有望成为今后无线通信的主流技术之一。本文以ZigBee协议为主要研究对象，主要研究内容及创新点包括以下方面：1、从楼宇/家庭自动化标准切入，以802.11系列标准和BACnet、ZigBee、DLNA、IGRS等协议标准为研究对象，探讨标准制定中出现的两种新动向：在原有标准的基础上，引入新的科研成果，制定派生的技术标准，即构成一个系列标准；采用已得到广泛应用和认同的协议作为底层协议，针对某一领域的特定需求制定相关的上层协议，两者融合制定该领域的新技术标准。2、以Freescale公司第一代ZigBee开发平台MC9S08GT60单片机和MCl3192射频芯片为基础，借鉴信息编码技术，提出海明距离为l的水表绝对编码方案，开发了一种基于ZigBee的单环编码直读式无线远传水表，并详细介绍了系统的硬件构成、电子发讯装置的构成及工作原理、低功耗无线远传模块的工作原理以及无线远处水表的软件实现。3、以Freescale公司第二代ZigBee开发平台MCl3213芯片为基础，提出了小区业主自有泊车位智能无线管理系统，详细介绍了小区业主自有泊车位智能无线管理系统的组成和软、硬件设计，并验证了此方案的可行性和有效性。4、对ZigBee网络及其路由进行预研：详细论述了新的ZigBee网络建立流程和新设备加入Zigl3ee网络流程；对ZigBee网络路由的基本算法、路由方式、路由发现过程、路由成本算法进行了研究；以S-MAC协议为基础，构建六节点星型网络，并进行了路由仿真。2.学位论文陈镇利基于ZigBee技术的星型网的实现2007ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，具有成本低、体积小、功耗小、低速率及组网灵活等特点，主要是用在低速无线个域网(LowRate-WirelessPersonalAreaNetwork，LR-WPAN)，比如智能家居、建筑自动化和工业监控等领域。ZigBee技术是在IEEE802.15.4标准基础上建立的，它的PHY层和MAC层是IEEE802.15.4．标准定义的，它的网络层、应用支持子层由ZigBee技术联盟制定，而具体的应用层则是根据用户自己的需要而开发的。作为一门新兴的技术，ZigBee技术已经在国内外引起了不少人的关注，ZigBee联盟目前已经拥有220多个成员。本课题正是看到了ZigBee技术的蓬勃发展，开始对ZigBee技术进行研究。由于本实验室初次涉及ZigBee技术的研究，本课题从ZigBee的协议栈开始，深入理解Zigbee技术的整个工作流程以及各个层的功能；采用PICl8LF4620单片机和CC2420无线收发模块作为硬件平台，在Mircochip的精简ZigBee协议栈上着手组建一个包含多个节点的ZigBee无线星型网络；本课题的最后部分还提出了一种不完全符合ZigBee协议规范的树型网络的设计思路。通信测试表明，本课题所设计组建的无线星型网络工作稳定，能够用于一些小型的任务中(比如小型的无线传感网络)。为了完善和提高网络的性能，未来还将做进一步的改进。3.期刊论文崔宾.孟文.CUIBin.MENGWen基于Zigbee技术的群体机器人网络研究-计算机技术与发展2010,20(6)随着无线通信技术和群体机器人技术的发展,二者的有机结合成为了当今研究的热点.群体机器人大多数工作在复杂多变的环境中,比如水下机器人、救生机器人等.面临相互协调困难.通信和布线复杂等问题.为了解决以上问题,通过介绍Zigbee技术的特点及其协议构架,提出了运用Zigbee模块搭建群体机器人相互通信的硬件平台,给出了群体机器人系统的组网模式.通过Zigbee模块构建一个星型网络,可以可靠地实现点对点的通信,同时网络可以达到布线简单、方便协作的目的,扩展了群体机器人的工作空间,提高了工作效率.4.学位论文连承飞低成本低功耗的温室测控系统无线通信技术2008目前，温室环境测控系统通信方式普遍采用的是基于485总线或CAN总线的有线通信方式。而有线通信方式存在线缆错综复杂，安装维护难度大，成本高等缺点。利用无线传感器网络实现数据传输是解决温室环境测控系统通信问题的有效方法。因此，实现温室等设施农业低成本低功耗的无线传感网络测控系统是设施农业急需解决的前沿课题。针对当前温室测控系统信息传输技术存在的问题，根据温室环境具体结构特征提出变结构自组织无线传感网络体系物理结构和逻辑结构，并确定了系统通信频率、汇聚节点覆盖半径及传感器节点睡眠时间等组网关键技术参数，构建动态星型的温室测控系统无线传感器网络框架。综合分析现有的无线传感器网络硬件节点设计情况，根据温室测控系统特点进行低成本低功耗的硬件选择，完成主要包括无线通信模块、节点位置模块、显示模块和RS-232串口通信模块的硬件电路设计。利用高性能频谱分析仪GSP-830调试2.4G高频无线通信模块，确定了其匹配网络电路的相关参数，能够保证无线通信模块在各工作频段达到相应的频谱要求，实现无线节点的多频段可靠通信。由于低成本的无线通信模块物理层以及MAC层协议简单，自身并不具备复杂网络的通信能力，借鉴IEEE802.15.4协议，结合选定的动态星型无线传感器网络框架特点，在该通信模块固有帧结构的基础上进行帧扩展设计，扩充完善网络通信协议，研究了传感器节点、控制节点和汇聚节点的通信算法，解决移动汇聚节点在移动过程中与覆盖范围内传感节点、控制节点的连接问题，动态形成自组织星型网络。研究结果表明，通过汇聚节点的移动来动念组成二级：子网的动态星型无线传感器网络通信方法，随着汇聚节点的移动以及一级子网内二级子网数量的增加，有效缩短了点对点之间的通信距离，网内传感器节点通信能耗急剧变小，并且当导轨长度增加时，系统内通信能耗增速较慢，具有很好的节能效果，延长了网络更换电池的周期。最后论文在总结全文工作的基础上，对进一步研究提出了建议和展望。5.学位论文邴春秋基于ZigBee的远程无线I/O模块设计及应用2008近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，无线传感器网络成为一个在国际上备受关注的前沿热点的研究领域。ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信协议，因其功耗低、网络容量大等优点而更加适用于传感器网络。将无线传感器网络与ZigBee技术相结合的应用已经得到世界上各大厂商的信赖和广泛应用，目前ZigBee无线网络传感器技术有很大的应用前景。本课题基于当前测控技术的发展要求，以工业现场数据采集为目的，通过对.ZigBee技术及无线传感器网络技术的研究，采用基于ZigBee技术的无线单片机CC2430(SOC)芯片，制作完成无线I/O模块的硬件设计，硬件主要由无线通信模块和外围应用电路模块两个部分组成，无线通信模块包括了I/O的数据采集和无线发送部分，外围应用电路包括了RS232、电源、键盘及显示。硬件只要应用是采集工业标准信号4～20mA或l～5V，并利用.ZigBee技术的远程无线I/O模块实现了一个工业现场远程监控系统的设计。文中给出了无线I/O模块的软、硬件设计，以及如何实现对现场数据的采集的完整过程；实现了基于ZigBee技术的无线传感器网络的星型网络的组建，完成了星型网络中主节点的设计，展示了网络中各个节点之间通信的过程。并结合星型无线传感器网络技术与嵌入式WEB服务器技术实现了工业现场远程监控，实现了底层数据通过无线网络登临Intemet。这项技术应用是现代远程监控的发展趋势，很多厂商及研究机构都在进行研究。最后测试了通过ZigBee从节点对现场数据的采集、ZigBee从节点与主节点的通信，测试ZigBee模块的相关参数及组网参数，通过这些测试，验证了本设计方案的正确性，说明了ZigBee技术可以有效地实现低功耗的无线传感器网络的应用。6.学位论文胡科路IEEE802.15.4仿真研究与性能分析2006无线个人网（WPAN）被定位于短距离无线通信技术。其中可以使用的通信协议有多种，分别应用于不同的场合。IEEE标准委员会的802.15.4工作组制定的IEEE802.15.4协议便是无线个人网中使用的一种标准，它具有低速率和低功耗特点，可广泛用于交互玩具、工业自动化等消费与商业应用领域。本文通过分析IEEE802.15.4标准，发现对IEEE802.15.4网络的性能有重要影响的因素主要是它所采用的多址接入技术和因为没有使用RTS/CTS机制而导致的网络中的显隐终端问题。无线网络的性能研究所涉及到的参数有很多，但这里所采用的还是最基本的报文发送成功率、单跳延时和报文冲突率。为了配合仿真分析，还同时使用数学模型对模型中的回退时间、平均传输时间等几个关键参数进行了计算。然后结合IEEE802.15.4协议，本文按物理层、介质访问层和网络设备等几个部分具体分析了NS2仿真软件对IEEE802.15.4仿真模型的实现方法，并提出了模型还需要添加GTS实现的改进。根据所研究的性能问题的特点，在仿真研究中分别采用了特定的仿真模型。无线传输模型选用了双射线模型。通信模式使用了信标和非信标两种模式。错误模型则是选用的GE信道模型。在IEEE802.15.4网络中存在多种传输模式，为了能得到更全面的结果，在仿真中使用到了设备发送数据给协调器、协调器发送数据给设备、对等数据传输和直接数据传输这几种传输模式。网络中的节点全部按照泊松过程发送数据报文。在搭建了自己的仿真场景和设置了相关仿真参数后，就三个具体的问题对IEEE802.15.4网络性能进行了考察。IEEE802.15.4网络中的显隐终端问题仿真分析证明了在IEEE802.15.4这样一个通常都运行于低速率情况下的网络中显隐终端问题不会对性能带来大的影响。在信标模式对网络性能影响的分析中，发现在星型网络中网络的性能不会因网络是工作在信标模型还是非信标模式下而有大的变化。在确认帧对网络性能影响的分析中发现，当星型网络以较低速率工作时，是否使用确认帧也不会对网络性能有大的影响。7.学位论文郭壮辉基于ZigBee网络的无线路由算法研究2008ZigBee技术是为无线传感器网络技术设计的一项新兴的低成本、低功耗的短距离无线通信技术。ZigBee网络路由算法是ZigBee协议的核心技术之一。本文主要研究的是ZigBee网络的路由算法，并在仿真分析的基础上探讨改进方案。本文的主要内容是：（1）研究ZigBee路由算法ZBR的算法思想和路由机制，构建星型网络和两种布局的树型网络，对ZBR、AODVjr和Cluster-Tree三种算法的分组递交率、平均跳数、平均端到端时延和路由开销性能进行仿真和分析。（2）在对路由机制和仿真结果分析的基础上，针对控制分组的传输范围和转发方向提出降低路由开销的改进方案，并与原算法进行仿真分析。（3）通过降低路由开销缓解了网络节点能量的消耗，但仍存在网络中节点业务量分布不均匀，某些节点由于转发分组较多而能量较快耗尽，造成网络分割、通讯中断的现象；本文在研究能量有效路由协议的基础上，将能量有效路由算法与ZBR算法相结合，探讨了两种能量均衡的路由算法，算法的思想是当节点能量充足时采用基于最小最大电池开销的路由算法，而当存在低电量节点时采用条件能量均衡的路由算法，尽量避开低电量节点，以平衡网络各节点的能量消耗，延长网络寿命。本文最后对本文的工作进行了总结，并展望了对Zig