面向微電網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效和時(shí)滯特性研究.pdf

1、微電網(wǎng)，又稱(chēng)微網(wǎng)，是智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的重要組成部分，能夠?qū)Υ箅娋W(wǎng)中分布式電源的管理提供有效的支持，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的引入能夠給微網(wǎng)通信系統(tǒng)的靈活性和延拓性帶來(lái)顯著提升。但由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量有限，微網(wǎng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的引入也面臨著諸如數(shù)據(jù)傳輸量大、頻譜資源匱乏、節(jié)點(diǎn)定位開(kāi)銷(xiāo)大等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)能耗的嚴(yán)峻考驗(yàn)。節(jié)點(diǎn)能量一旦耗盡，就會(huì)停止工作，對(duì)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常工作造成影響，這不僅會(huì)給微網(wǎng)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定工作造成干擾，甚至還會(huì)對(duì)微網(wǎng)

2、控制系統(tǒng)的調(diào)控速度帶來(lái)負(fù)面影響，削弱了微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此微網(wǎng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建必須要把提高節(jié)點(diǎn)能量效率作為重要目標(biāo)，并且在此基礎(chǔ)上滿(mǎn)足電網(wǎng)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的通信需求。
　　本文將從提升無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在微網(wǎng)中的能效性出發(fā)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行中所起的作用進(jìn)行分析，并針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)壓縮、頻譜分配和節(jié)點(diǎn)定位的能效提升問(wèn)題建立模型，提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。同時(shí)，針對(duì)無(wú)線通信中普遍存在的時(shí)滯問(wèn)題，還將通過(guò)自主研發(fā)的無(wú)線傳

3、感器網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)箱對(duì)微網(wǎng)中的傳輸時(shí)滯數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)算例分析和仿真實(shí)驗(yàn)的方式論證時(shí)滯因素對(duì)微網(wǎng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成的確切影響，為后續(xù)反饋控制策略的研究提供時(shí)滯參數(shù)修訂的依據(jù)。
　　論文的主要工作有：
　?、籴槍?duì)微網(wǎng)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的數(shù)據(jù)量過(guò)大導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能耗過(guò)快和數(shù)據(jù)擁塞的問(wèn)題，采用基于壓縮感知理論的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，減少數(shù)據(jù)處理量，以達(dá)到減輕節(jié)點(diǎn)能耗、降低擁塞延遲的目的。并對(duì)自適應(yīng)壓縮感知算法計(jì)算信息熵來(lái)選擇觀測(cè)向量過(guò)程中

4、只考慮觀測(cè)性能，而不考慮節(jié)點(diǎn)能量的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。提出將節(jié)點(diǎn)能量也作為了觀測(cè)向量選擇的判定因素，從而避免了算法由于重復(fù)選擇相同的傳輸路徑造成網(wǎng)絡(luò)中個(gè)別節(jié)點(diǎn)由于能量消耗過(guò)快而停止工作的情況出現(xiàn)，改進(jìn)的算法在降低整體數(shù)據(jù)傳輸量的同時(shí)，均衡了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，滿(mǎn)足微網(wǎng)能耗要求的目的。最后，在微網(wǎng)仿真模型下對(duì)算法的數(shù)據(jù)壓縮率、收斂速度、重構(gòu)數(shù)據(jù)精度和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間進(jìn)行了比較驗(yàn)證。
　?、卺槍?duì)微網(wǎng)中，無(wú)線傳感

5、器網(wǎng)絡(luò)所頻譜資源缺乏問(wèn)題，論文采用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)，通過(guò)尋找空閑頻譜達(dá)到優(yōu)化頻譜傳輸效率、提升傳輸能效的目的；并對(duì)基于合作博弈頻譜分配算法收斂性不佳的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，引入了時(shí)隙變量和判定函數(shù)對(duì)效用函數(shù)的時(shí)域收斂性進(jìn)行約束，從而避免了多重納什均衡的產(chǎn)生，使得算法在優(yōu)化了頻譜資源分配的同時(shí)，能夠達(dá)到快速收斂，有效降低了傳輸能耗。隨后通過(guò)數(shù)字微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)算法和傳統(tǒng)算法在不同數(shù)量空閑頻道下算法收斂性和能效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?、坩槍?duì)微網(wǎng)中，

6、在線監(jiān)測(cè)和故障定位等功能對(duì)設(shè)備位置信息的精確性要求高，和傳感器節(jié)點(diǎn)能耗要求低的特性，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了研究；論文對(duì)傳統(tǒng)的APIT定位算法復(fù)雜度太高、能耗大的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提出了以未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度指示測(cè)距值為邊構(gòu)造三角形對(duì)未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的改進(jìn)方法，有效降低了定位算法的復(fù)雜度，并提升了相同條件下的定位精度，對(duì)滿(mǎn)足微網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)定位需求有著重要幫助。隨后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)APIT算法和改進(jìn)后算法在相同條件下的定位精度和收斂