[發(fā)明專利]面向軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測的接入網(wǎng)構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310227132.3
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103281707A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董宏輝;李海艦;田寅;賈利民;楊月慧;劉承坤;秦勇;張毅剛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測的接入網(wǎng)構(gòu)建的方法，涉及軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)建立、檢測網(wǎng)的通信地址與通信幀格式的設(shè)計、檢測網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化等方法，屬于軌道交通安全信息獲取方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

軌道交通已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動脈，保證軌道交通安全、科學(xué)、有序和高效運營成為首要面臨的問題，基于軌道交通的安全檢測目前已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點。現(xiàn)有的軌道基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控作業(yè)監(jiān)控主要通過巡道工和軌道檢查車完成，這種方法得到的監(jiān)控數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，并且不能實時地被在途運行列車獲取，也無法同時完成大范圍的監(jiān)控。傳統(tǒng)的監(jiān)控方法不便于大范圍、大規(guī)模、自動、快速的獲取軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全信息。目前，很多針對列車上設(shè)備安全狀況監(jiān)控系統(tǒng)等都是針對列車本身的安全監(jiān)控，也有少量研究針對局部區(qū)域的特定基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控的研究，但尚缺乏對整個軌道交通網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施安全狀況進(jìn)行監(jiān)控的研究應(yīng)用。

近年來，綜合了分布式信息處理、微機電系統(tǒng)、無線通信、嵌入式計算、傳感器等高新技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。如紅外線的軸溫監(jiān)控系統(tǒng)、機車故障監(jiān)控與診斷系統(tǒng)在我國軌道運輸覆蓋范圍廣泛，這制約了成本昂貴的傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的大范圍使用。軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測中傳感器檢測的基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)信息復(fù)雜，主要包括鋼軌縱向應(yīng)力、鋼軌位移與爬行、鋼軌完整性、鐵路路基沉降等各種基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)。為了保障軌道交通的安全運營，要將檢測這些狀態(tài)的傳感器包含在整個基礎(chǔ)設(shè)施檢測接入網(wǎng)內(nèi)，建立一個系統(tǒng)的、完善的軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測接入網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控方法存在的局限性，本發(fā)明提供了一種面向軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測的接入網(wǎng)構(gòu)建方法。該方法在軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測系統(tǒng)中的傳感器采用無線通信。通過對軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢測的需求進(jìn)行分析，構(gòu)建了由檢測節(jié)點（ED：End?Device）、接入節(jié)點（AP：Access?Point）、匯聚節(jié)點（FP：Fusion?Point）組成的由下而上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)檢測網(wǎng)的分層特點，對網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的通信地址以及通信幀格式進(jìn)行了設(shè)計，地址編碼采用高字節(jié)部分和低字節(jié)部分的16位空間設(shè)計，可以大大降低網(wǎng)內(nèi)的通信代價和通信能耗。節(jié)點數(shù)量完全能夠滿足軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測的需求。利用節(jié)點間通信的功率代價為權(quán)重的最小生成樹算法對軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化，得到上層樹型骨干網(wǎng)絡(luò)（TBN：Tree?Backbone?Network）的連通方式。然后計算出網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的深度、通信地址和通信掩碼。上層樹型骨干網(wǎng)絡(luò)建成后，接入節(jié)點采用覆蓋范圍匹配方式對檢測節(jié)點進(jìn)行入網(wǎng)邀請，構(gòu)建下層星型檢測網(wǎng)（SDN：Star?Detection?Network）。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種適用于軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測的接入網(wǎng)構(gòu)建方法，含有以下步驟：

(1)通過對軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測的接入網(wǎng)進(jìn)行分析，對檢測網(wǎng)絡(luò)層次進(jìn)行劃分；

(2)通過對軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的通信地址以及通信幀格式；

(3)獲取相鄰節(jié)點間鏈路功率代價；采用以節(jié)點間通信的功率代價為權(quán)重的最小生成樹算法，得到上層樹型骨干網(wǎng)絡(luò)的連通方式；基于上層樹型骨干網(wǎng)絡(luò)的連通方式，計算各子節(jié)點的通信條件，建立網(wǎng)絡(luò)功率代價最小的通信網(wǎng)絡(luò)；

(4)上層樹型骨干網(wǎng)絡(luò)完成之后，接入節(jié)點采用覆蓋范圍匹配方式對檢測節(jié)點進(jìn)行入網(wǎng)邀請，構(gòu)建下層星型檢測網(wǎng)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明中，通過對軌道交通的基礎(chǔ)設(shè)施檢測網(wǎng)進(jìn)行分析后，對其采用上下兩層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，其中的檢測節(jié)點可在較長時間內(nèi)開啟休眠模式，能夠延長整個無線傳感器通信網(wǎng)絡(luò)的生命周期。通信地址空間設(shè)計降低了網(wǎng)絡(luò)通信代價，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源，減少了通信能耗。合理的通信幀設(shè)計充分考慮了通信幀發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點的需求，對需傳遞的通信信息進(jìn)行了合理的分配。以節(jié)點間通信的功率代價為權(quán)重的最小生成樹方法的運用，優(yōu)化了檢測網(wǎng)的通信結(jié)構(gòu)，降低了節(jié)點間的通信干擾提高了整個通信網(wǎng)的通信效率。本方法應(yīng)用到軌道交通安全領(lǐng)域中，為軌道交通的安全運營提供有力保障。

附圖說明

圖1軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測接入網(wǎng)層次劃分示意圖。

圖2接入網(wǎng)節(jié)點通信地址分配示意圖。

圖3通信幀構(gòu)成示意圖。

圖4通信幀的幀控制信息構(gòu)成示意圖。