無線傳感器網絡及其在電力系統(tǒng)應用的基礎研究.pdf

1、計算機技術、傳感器技術、微機電技術和現(xiàn)代無線通信技術的飛速發(fā)展，推動了無線傳感器網絡技術的產生和發(fā)展。無線傳感器網絡提供了一種新的感知世界、信息處理的平臺。無線傳感器網絡由大量的集成數據采集、處理，并且能夠自組織的進行協(xié)調和通信的節(jié)點組成，提供了一種全新的數據獲取和處理的方法，廣泛應用于軍事國防、工農業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、搶險救災、危險區(qū)域遠程控制、生產制造等諸多領域。本文結合國家自然科學基金項目(基金號：50677024)，以當

2、代電力系統(tǒng)網絡化、信息化技術高速發(fā)展的現(xiàn)狀為前提，開展較大規(guī)模的無線傳感器網絡在電力系統(tǒng)中應用的相關理論和基礎研究。 本文在以下幾個方面進行了基礎性研究，為電力系統(tǒng)網絡提供另一種可靠、優(yōu)質的通信平臺打下前期的理論基礎： （1）基于對QoS（可靠性、延時等）的需求，用于電力系統(tǒng)中無線傳感器網絡的性能必須得到實驗驗證。到目前為止，網絡系統(tǒng)性能的驗證都是通過仿真軟件來實現(xiàn)，比如說NS、OPNeT等等。通過仿真軟件來驗證，有許多

3、實際的因為無法得到考慮，例如：障礙物、電磁干擾對性能的影響等等。本文首先應用NDIS（Network Driver Interface Specification）技術和Passthru框架，構建了一個無線自組網絡實驗平臺，給出了平臺的特征和應用前景。通過該平臺，可以利用PC、移動PC構建一個無線自組網絡，在現(xiàn)場環(huán)境下實驗網絡的性能。 （2）無線傳感器網絡拓撲控制技術是無線傳感器網絡的關鍵技術之一。無線傳感器網絡拓撲控制控制的主

4、要目標是降低網絡的能量損耗，增加網絡的生存周期，減少節(jié)點間的通信干擾，為路由提供基礎。本文提出了一種基于局部信息的離散分布式拓撲控制算法（A Localized Discrete Distribution Topology－control Algorithm，LDDTA）。LDDTA可以大大地減少無線傳感器網絡的冗余鏈接。其基本思想是：首先，將無線傳感器網絡離散成許多分離網絡子單元，稱為孤立網絡單元（Isolated Network I

5、sland，ISI）。這些ISI都具有有限節(jié)點度，且具有最佳的連接質量。然后，通過優(yōu)化算法將各個ISI連接起來，形成一個完成的拓撲結構。仿真結果顯示，該算法具有良好的性能。 （3）能量約束是無線傳感器網絡在實際應用中面臨的關鍵挑戰(zhàn)之一。實際應用中的無線傳感器網絡節(jié)點的供電有兩種方式：電池供電或者從周圍環(huán)境中取得能量。通過光電池、振動或者磁感應線圈等裝置可以從環(huán)境中取得能量。無論是電池供電還是從環(huán)境中取得供應能量，由于無線傳感器節(jié)

6、點尺寸的限制，節(jié)點的平均供應功率是十分有限的。通過分析用于電力系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點的工作模式，建立了一種無線傳感器節(jié)點的能量耗費模型，基于一種混合式遺傳算法，對節(jié)點能量耗費進行了優(yōu)化，從而為應用于電力系統(tǒng)中的無線傳感器網絡的工作模式提供了一種有效的參考。同時分析了基于GA的無線傳感器網絡最優(yōu)化能量任務分配。 （4）在電力系統(tǒng)故障檢測和定位方面，給出了一種用于電力系統(tǒng)故障檢測的無線傳感器網絡體系結構、安裝和配置方案。分析了基于無線傳

7、感器網絡的電力系統(tǒng)故障檢測機制、定位方法和節(jié)點的采樣機制，研究分析了用于電力系統(tǒng)故障檢測和定位的無線傳感器網絡可靠性。提出了一種面向事務的可靠性機制。 （5）無線傳感器網絡是一個分布式網絡系統(tǒng)，時間同步是分布式系統(tǒng)協(xié)同工作的重要基礎。本文基于應用于電力系統(tǒng)故障檢測的無線傳感器網絡系統(tǒng)，給出一種新的時間同步方案。當電力系統(tǒng)在發(fā)生故障時，在線路上會產生向線路兩端傳播的行波。利用故障時的行波信號，設計了一種新的無線傳感器網絡時間同步方