基于ZigBee技术的铁路集装箱信息采集系统的研究与设计

论文摘要

集装箱运输以其高效、便捷、安全的特点成为交通运输现代化的重要形式。随着我国经济的飞速发展,近年来集装箱运输吞吐量高速增长。在信息和网络技术如此发达的当今社会,作为货物运输主要载体的集装箱,信息化技术的应用非常滞后,这与现代物流所要求的信息透明化、实时化是极其不吻合的。目前,铁路在集装箱运输作业过程中,信息采集主要通过人工进行,效率非常低,工作繁重且极容易出现差错。由于在整个集装箱信息管理系统中,集装箱信息的自动采集是关系到工作效率高低的最重要的环节,所以如何在保证安全的情况下提高信息采集的速度和准确性就成了解决问题的关键。而ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术。如果将ZigBee技术很好的融入到集装箱运输过程中,将会使铁路集装箱的运输水平得到进一步的提高。首先,本文指出了目前集装箱信息采集系统中存在的问题,并针对这些问题分析了ZigBee技术在集装箱信息采集中的优势,介绍了ZigBee技术的特点和ZigBee协议栈的体系结构,并且分析、比对各种无线连接技术,研究了ZigBee技术运用在铁路集装箱运输中的可行性。其次,结合集装箱办理站的物理环境,设计了相应的ZigBee网络拓扑结构。并根据集装箱信息采集要求,探讨了基于ZigBee技术的集装箱信息采集系统的工作原理,同时,对ZigBee无线传感器网络的定位、安全性等关键技术做了相应研究。设计了基于ZigBee技术的集装箱信息采集系统的总体框架,并在此基础上结合集装箱办理站的环境,通过对集装箱信息采集作业的分析,总结了信息采集过程中涉及到的建立网络、加入网络、传输数据和离开网络等相关关键技术。最后,根据设置的网络拓扑结构和铁路站场设备条件,基于CC2430芯片和NS2平台开发了仿真程序并进行了模拟,得到了静止节点的ZigBee无线传感器网络的性能数据和不同运动速率下的ZigBee无线传感器网络的性能数据。从而论证了在集装箱信息采集中运用ZigBee技术的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 铁路集装箱运输概述
• 1.2 国内外铁路集装箱信息采集自动化系统现状
• 1.3 本论文研究的内容
• 第2章 ZigBee标准及协议研究
• 2.1 ZigBee无线技术概述
• 2.1.1 ZigBee技术特点
• 2.1.2 ZigBee节能技术探讨
• 2.2 ZigBee协议栈的体系结构
• 2.2.1 ZigBee协议概述
• 2.2.2 IEEE 802.15.4通信层
• 2.2.3 ZigBee网络层
• 2.2.4 ZigBee应用层
• 2.3 ZigBee传感器网络的关键技术
• 2.4 技术可行性分析
• 2.4.1 蓝牙技术
• 2.4.2 Wi-Fi
• 2.4.3 UWB技术
• 第3章 集装箱信息采集系统设计
• 3.1 集装箱信息采集系统需求分析
• 3.1.1 系统业务需求分析
• 3.2 系统设计目标和原则
• 3.2.1 系统设计目标
• 3.2.2 系统设计原则
• 3.3 系统框架设计
• 3.4 系统功能模块设计
• 3.4.1 数据采集子系统
• 3.4.2 数据传输子系统
• 3.4.3 数据库管理子系统
• 3.4.4 数据查询子系统
• 第4章 系统实现及关键技术
• 4.1 节点设计
• 4.1.1 网络拓扑结构
• 4.1.2 协调器节点
• 4.1.3 路由节点
• 4.1.4 车载终端节点
• 4.1.5 集装箱结点站场无线网络节点分布设计
• 4.2 信息采集实现
• 4.2.1 信息采集流程
• 4.2.2 网络建立
• 4.2.3 节点加入网络
• 4.2.4 重新连接网络
• 4.2.5 网络地址分配机制
• 4.2.6 车载终端节点离开网络
• 4.3 串口传输实现
• 4.4 车站数据管理
• 第5章 仿真平台的建立以及网络性能测试
• 5.1 NS-2网络仿真软件简介
• 5.2 NS-2平台上ZigBee节点的模型框架
• 5.3 NS-2平台上ZigBee仿真的关键Tcl配置
• 5.3.1 设定仿真基本属性
• 5.3.2 移动节点的创建
• 5.3.3 移动节点的运动
• 5.3.4 结点SSCS层启动
• 5.3.5 应用层数据流
• 5.4 模拟站场ZigBee网络的仿真实验
• 5.4.1 实验一
• 5.4.2 实验二
• 5.5 试验统计结果和分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文