[发明专利]可防止无线传感网络拥塞的输电线路监测信息传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于输电线路监测系统的ZigBee无线传感网络信息传输中防信道拥塞的方法，属检测技术领域。

背景技术

输电线路监测系统需要监测绝缘子泄漏电流、线路短路电流等波形，以便进行绝缘子和线路的故障分析。输电线路拥有在地理上分散的大量绝缘子，监测系统的传感节点（由信号采集板和无线模块构成）多，每个节点电流波形高速采样所得数据量大。考虑到GPRS在偏僻山区存在通信盲区和大流量数据传输带来的高通信费用问题，输电线路监测信息适于采用无线传感网络接力式传输。然而无线传感网络是一种低速网络，当一条线路上同时有较多的传感节点需要传送较多数据时，这种接力传输方式势必造成通道拥塞，而且输电线路监测系统中传感网络呈带状结构，节点间的距离一般较大，在这种情况下传感网络的路由方案相对较少，网络拥塞将对系统整体性能产生严重后果，可能造成线路重要的异常状态信息的丢失。

无线传感器网络的通信拥塞是与网络应用密切相关的，不同的应用场合拥塞产生的原因及表现不同，需要针对不同的应用进行细分才能保证拥塞防控方法的有效性。对于输电线路监测系统来说，数据所属种类的不同，其上传重要性和及时性要求有较大差别，如故障数据要保证上传，而未越限的定时监测数据可在通道紧张时不予上传。而现有拥塞控制方法一般对不同种类的数据采用相同的优先级来进行处理，容易导致信道拥塞，不利于重要监测数据的顺利上传。此外，在输电线路故障发生时，无线传感网络中多个节点同时发送故障波形数据，很容易造成信道拥塞。因此，如何避免网络拥塞是基于无线传感网络的输电线路监测系统需要解决的一个难题。

发明内容

本发明提供了一种当采用ZigBee无线传感网络传输输电线路监测信息时可防止无线传感网络拥塞的方法，以确保重要监测信息的及时上传。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案来实现：

一种可防止无线传感网络拥塞的输电线路监测信息传输方法，它将输电线路监测系统中由信号采集板、无线模块和服务器组成的通信子系统在逻辑上分为七层，分别称之为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层和物理层；它在ZigBee通信协议的链路层、传输层和应用层同时采取防拥塞措施，从总体上对拥塞进行预防和控制，其中，链路层根据网络的忙闲程度对数据发送速率进行实时调整；传输层采用QoS分级服务以保证重点信号的传输实时性；应用层采用告警摘要、告警排队和按照排队进行具体告警数据呼叫的方法，并防止大量具体告警数据直接上传对信道造成拥塞。

上述可防止无线传感网络拥塞的输电线路监测信息传输方法，ZigBee通信协议的链路层、传输层和应用层的具体防拥塞方法如下： 

（1）链路层：无线模块通过两根Ｉ/O线向信号采集板提供信道忙闲信号，信道忙闲程度分成四级，分别是：信道空闲、信道相对忙、信道绝对忙和信道拥塞，信号采集板根据无线模块提供的忙闲信号按以下方法调整数据发送速率：

a．如果信道空闲，则在发送一次报文后的等待时间为0；如果信道连续累计空闲次数1000以上，则向上调数据采集板和无线模块之间的通信波特率一个档位；

b．如果信道相对忙，则发送时以原速率发送，各种速率参数不做调整；

c．如果信道绝对忙，则在发送一次报文后的等待时间为一次报文发送时间，如果信道连续累计绝对忙的次数100以上，则向下调整通信波特率一个档位，并在发送后等待；

d．如果信道拥塞，则将暂停发送，并检测信道状态；

（2）传输层：信号在采集板与无线模块之间及多个无线模块之间传输时，信号采集板和无线模块的传输控制程序将对不同级别的数据提供不同的QoS服务，首先在传输报文中增加描述数据对网络服务实时性要求的字节Real_Byte，该字节将监测数据分为八种类型，在无线模块以及数据采集板均采用八个优先队列以对应Real_Byte的八种类型，队列之间的优先级采用Real_Byte定义的大小关系设置，其次信号在采集板和无线模块传输控制程序对不同级别的数据提供不同的QoS服务，队列内部采用一般队列的FIFO（先进先出）机制；

（3）应用层：在信号采集板中将采样信号分为严重故障、轻微故障、疑似故障和正常数据四个类别，并生成故障信息摘要，打包成告警报文，同时将故障信号采样数据存储在本地SD卡中以备监控软件呼叫，在服务器上的监控软件收到报警报文后，对报警摘要信息进行分析和判断，定位故障点附近的传感节点，然后对这些节点呼叫故障录波数据。