基于ARM和WLAN的油田配电网终端数据远传关键技术研究

论文摘要

油田配电系统结构复杂、位置分散、可变负荷多、吨油耗电量大、配电网终端数据采集实时性差。为了加强油田配电系统的信息化管理,优化系统的运行,开展了基于ARM和WLAN的油田配电网终端数据远传关键技术研究。主要内容包括:1.针对油田配电网终端数据采集实时性差的现状,开展嵌入式数据采集的研究。以ARM7处理器LPC2210为硬件平台,扩展了基于WLAN的无线通信芯片BWG200和RS232接口,使采集系统可以通过WLAN传输数据,解决了油田配电网终端用电计量难题,提高了数据采集的实时性和安全性。2.针对目前油田数据远程无线传输速度慢、费用高的问题,从网路协议、拓扑结构、传输方式、接入点(AP)的位置和数量优化等方面对油田配电网终端数据无线传输系统进行分析。提出了基于遗传模拟退火算法的AP优化算法,克服了退火算法速度慢的缺点,防止了遗传算法易“早熟”收敛的问题。采用OPNET网络仿真平台对传输系统进行了建模和仿真,优化传输网络的性能。3.为了提高油田配电网终端数据传输系统的吞吐量,减少网络延迟,对WLAN MAC层信道分配机制进行了研究,分析了DCF协议的自适应算法和PCF协议实时业务优先的调度算法。通过分析DCF和PCF的性能,对各站点发送数据帧时的竞争窗口值、发生碰撞时采取的退避机制进行改进,研究了DCF、PCF、DCF/PCF机制下WLAN的吞吐量、延迟服务性能,优化了系统的竞争窗口和退避指数参数。4.为了提高油田配电网终端数据的传输质量,将3G移动通信系统的Turbo码作为信道编码。通过分析Turbo码的最优译码算法——MAP算法及其在对数域中的相关改进算法,提出了一种应用了衰减因子的改进译码算法,仿真结果表明,该算法可以改善Turbo码的译码性能。从帧长、码率、译码算法、交织器等方面对Turbo码进行适合于WLAN的改进,通过仿真分析了相关参数的变化对Turbo码性能的影响,与WLAN中广泛应用的卷积码进行比较,能够较大地提高WLAN传输质量。5.针对现有无线传输网络的安全问题,将TNC超混沌系统用于油田配电网终端数据传输系统进行保密通信,提出了一种改进的超混沌序列加密算法,它具有有效的抵抗穷举法攻击的能力;采用了欠采样间隔来增加密钥空间,它具有抗非线性重组攻击的能力。通过仿真实现了该算法的加密和解密,结果表明本算法有加密速度快、易于软件实现、密钥空间大等优点。通过对基于ARM和WLAN的油田配电网终端数据远传关键技术的研究,有效地解决了油田移动变电所的数据采集与无线传输问题,与现有方法相比,提高了采集数据的实时性和传输质量,为油田配电系统节能减耗提供了可靠依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 绪论
• 1、课题的研究目的和意义
• 2、国内外研究现状
• 3、论文的主要工作
• 第一章 基于ARM 的油田配电网终端数据采集系统
• 1.1 油田配电网终端数据采集系统的结构和功能
• 1.2 基于LPC2210 的嵌入式数据采集系统硬件设计
• 1.2.1 微处理器LPC2210
• 1.2.2 通信模块BGW200
• 1.2.3 RS232 接口
• 1.3 基于LPC2210 的嵌入式数据采集系统软件设计
• 1.3.1 U-Boot 在LPC2210 上的移植
• 1.3.2 μC/OS-II 在LPC2210 上的移植
• 1.4 本章小结
• 第二章 基于WLAN 的油田配电网终端数据远传系统
• 2.1 油田配电网终端数据远传系统总体结构
• 2.2 WLAN 中AP 的优化
• 2.2.1 路径损耗的数学模型
• 2.2.2 AP 的优化
• 2.3 WLAN 标准的确定
• 2.4 WLAN 的传输方式
• 2.5 油田配电网终端数据远传系统的建模与仿真
• 2.5.1 网络模型
• 2.5.2 节点模型
• 2.5.3 进程模型
• 2.5.4 仿真结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 WLAN 中MAC 协议的优化
• 3.1 IEEE802.11 WLAN MAC 层协议分析
• 3.1.1 MAC 层帧格式
• 3.1.2 MAC 结构
• 3.2 DCF 中的自适应RTS 门限调整算法
• 3.2.1 分组发送成功和失败的时间开销
• 3.2.2 最佳RTS 门限
• 3.2.3 RTS 门限的自适应调整算法
• 3.3 实时业务优先的调度算法
• 3.4 DCF 协议的优化
• 3.4.1 DCF 协议的仿真
• 3.4.2 改进的DCF 协议仿真
• 3.5 PCF 协议的优化
• 3.5.1 PCF 协议的仿真
• 3.5.2 改进的PCF 协议仿真
• 3.6 DCF/PCF 混合方式的仿真
• 3.6.1 WLAN 的吞吐量性能
• 3.6.2 WLAN 的延迟性能
• 3.7 本章小结
• 第四章 Turbo 码在 WLAN 中的应用研究
• 4.1 Turbo 码的编译码结构
• 4.1.1 Turbo 码的编码器结构
• 4.1.2 Turbo 码译码器结构
• 4.2 Turbo 码译码算法及改进
• 4.2.1 MAP 算法
• 4.2.2 译码方法的改进
• 4.2.3 算法的收敛性分析
• 4.3 Turbo 码在 WLAN 中的应用仿真
• 4.3.1 基于帧长的考虑
• 4.3.2 基于码率的考虑
• 4.3.3 基于译码算法的考虑
• 4.3.4 基于交织器的考虑
• 4.3.5 与卷积码性能的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 超混沌保密通信在WLAN 中的应用研究
• 5.1 超混沌模型的选取
• 5.1.1 三维Chen 电路方程
• 5.1.2 四维Rossler 方程
• 5.1.3 四维TNC 电路方程
• 5.2 超混沌序列的产生
• 5.2.1 TNC 超混沌加密序列的产生
• 5.2.2 TNC 超混沌加密序列的随机性检验
• 5.3 超混沌序列数据加密算法
• 5.3.1 超混沌序列加密算法流程
• 5.3.2 仿真结果分析
• 5.3.3 算法的抗破译能力分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要