煤矿电网输电线路故障检测的wsn时间同步算法研究

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1、硕士学位论文煤矿电网输电线路故障检测的WSN时间同步算法研究TimeSynchronizationAlgorithmResearchforDetectionofPowerGridTransmissionLineFaultinCoalMineBasedonWSN作者：闫玉萍导师：张申教授中国矿业大学二○一六年五月中图分类号TP393学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文煤矿电网输电线路故障检测的WSN时间同步算法研究TimeSynchronizationAlgorithmResearchforDetectionofPowerGridTransmi

2、ssionLineFaultinCoalMineBasedonWSN作者闫玉萍导师张申教授申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业信息与通信工程研究方向时间同步答辩委员会主席丁恩杰评阅人二○一六年五月论文审阅认定书研究生闫玉萍在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢即将结束三年的硕士研究生生涯，在即将步入社会之际百感交集。有对未来生活的向往，也有对学生时代

3、的依依不舍，但包含更多的是对我生活中每位老师、同学、亲人和朋友的感激之情。首先感谢张申教授，作为我的导师，在研究生学习的三年生涯中，张老师不仅在学业上教会我研究问题、发现问题、解决问题的思路和方法，更教会了我以严谨的态度对待生活。张老师治学态度严谨、知识渊博、经验丰富、善于理论与实践的创新，在本课题的开展过程中，鉴于张老师给予的精确定位与引导使我能够顺利完成课题的研究与本文的撰写工作。生活上，他平易近人教会我很多为人处事的道理。感谢张老师的悉心指导以及严格要求，对此向他表示衷心的感谢和深深的敬意。此外，我还要对课题组的胡青松副教授、王刚副教授表示诚挚的感谢，他们

4、对我在课题研究过程中遇到的问题给予了很多帮助，提出了宝贵可行的建议。他们谦虚谨慎的工作态度将让我受益一生。在本论文的撰写过程中，我还得到了实验室张然博士和翟彦蓉博士的专业指导，感谢韩丽娜、丁一珊、朱梦影、曹灿等同学提出的良好建议，同时衷心感谢实验室的每一位成员，祝愿大家在今后的学习工作中步步高升。我要感谢我最深爱的家人，他们育我成人、教我做人，在生活和学习上给予了我默默的鼓励和支持，让我在温馨幸福的家庭环境中快乐将康成长。同时我要感谢陪伴我共同走过学生时代的男朋友李新章，感谢他一直的支持与理解。同时对本课题研究过程中所参考和引用的文献的学者们表示深深的感谢。最后

5、，感谢在百忙之中不辞辛苦参加本文审阅和答辩的老师们，祝你们万事如意。摘要煤矿电网输电线为煤矿的安全生产提供动力保障，在其故障检测中，WSN技术相比传统的有线检测技术具有自组织、功耗低、灵活度高、传输延迟低等多方面的优势，但其前提是各WSN节点时钟能够保持同步，从而协作的处理数据信息，使煤矿电网输电线故障点的定位能够准确、快速、可靠。本文主要讨论研究了煤矿电网输电线路故障检测的WSN时间同步问题，主要研究内容包括：(1)结合WSN的典型网络拓扑结构以及煤矿电网输电线路的带状拓扑，本文提出了一种基于WSN的树状分层时间同步算法RBTP。此算法分为层次发现及子节点收集

6、和时间同步两个阶段。整个WSN节点分为参考节点、应答节点以及非应答节点。参考节点与应答节点之间的同步数据包采用双向报文交换，对采集的同步时间戳数据利用最大似然估计进行处理以估算出时钟相偏和频偏。在参考节点与其它非应答节点之间，采用最小二乘法对同步时间戳信息进行处理，以实现两者之间的同步。通过MATLAB仿真，该算法的能耗相比于传统的TPSN算法降低了一个数量级，比RBS算法降低了两个数量级，且同步精度在仿真显示的同步次数范围内能够满足煤矿电网输电线路故障检测对时间同步精度的要求。(2)结合煤矿输电线路的拓扑结构，并在对RBTP算法仿真分析的基础上设计了一种基于W

7、SN的簇状分层时间同步算法CLLTP。该算法分为分簇分层和时间同步两个阶段，同步阶段又可细分为簇头节点以及簇内节点同步。簇头节点与基准节点之间采用双向组播同步机制，并利用最大似然估计计算时钟偏差；簇内节点采用双向广播同步机制，并利用最大似然估计计算簇头节点与二级簇头节点之间的时钟偏差，利用最小方差无偏估计计算簇内其它节点与簇头节点之间的时钟相偏和频偏。仿真表明，此算法与RBTP算法相比能耗略微提高，但获得了较高的同步精度，能够在更长的同步周期内满足煤矿输电线路故障检测对时间同步精度的要求。本文研究的时间同步算法相比于传统的时间同步算法能耗大幅度下降，且能够满足煤

8、矿电网输电线路故障检测对