[发明专利]一种应用于输电线路在线监测的WSN时延优化方法

权利要求书

1.一种应用于输电线路在线监测的WSN时延优化方法，采用输电线路异构型监测网络，所述输电线路异构型监测网络包括位于输电线路两端的变电站、多个杆塔，每个杆塔附近均布设有多个传感器节点，每个杆塔顶端布设一个中继节点或远传节点，传感器节点采样数据包单跳汇集至该传感器节点所在杆塔的中继节点或远传节点，远传节点利用GSM链路将传感器节点采样数据包传输至公网基站，距离变电站较近的中继节点采用无线接力传输传感器节点采样数据包，即相邻的中继节点经过多跳将传感器节点采样数据包传输至变电站；距离变电站较远的中继节点采用混合传输方式，首先将接收的传感器节点采样数据包通过无线接力传输至附近的远传节点，该远传节点再通过GSM链路将传感器节点采样数据包发送至公网基站，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建异构型监测网络全局网络时延模型Dmax：Dmax＝max{DRG(1),DRG(2),DLG(1),...DLG(g)}；其中，DRG(1),DRG(2)为靠近变压器两端的两个中继网段的最大时延，DLG(1),...DLG(g)为各远传网段的最大时延，g为远传节点的数量；所述中继网段是指通过无线接力传输方式传输传感器节点采样数据包的节点群；所述远传网段是指通过混合传输方式传输传感器节点采样数据包的节点群；中继网段的最大时延DRG包括DRG(1),DRG(2)，根据中继网段的数据传输方式知，中继网段最大时延在网段末端节点b处，因此DRG＝Db，C＝dtrans+dproc，dtrans为j节点传输的传感器节点采样数据包Sj的传输时间，dproc为j节点传输的传感器节点采样数据包Sj的处理时间；H(b)为中继网段末端节点b的数据包到目标节点的总路由跳数；H(j)为j节点传输的传感器节点采样数据包Sj到目标节点的总路由跳数；f,b分别为中继网段的首末端点；Ro为无线通信速率；远传网段的最大时延DLG包括DLG(i),i＝1,2.....g，根据远传网段的数据传输方式知，远传网段最大时延在网段的两个末端节点l,r处，因此DLG＝max(Dl,Dr)，

k为远传节点的位置编号；Rd为公网传输速率，H(r)为远传网段的右末端节点r的采样数据包到目标节点的总路由跳数；H(l)为远传网段的左末端节点l的采样数据包到目标节点的总路由跳数；

2)利用下式求解上述全局网络时延模型Dmax的最优解；

min Dmax＝max{DRG(1),DRG(2),DLG(1),...DLG(g)}

s.t 0＜l(i)＜l(i+1)＜n i＝1,2......,g-1

0＜r(i)＜r(i+1)＜n

l(i)＜k(i)＜r(i)

r(i)＝l(i+1)-1；

其中n为中继节点和远传节点总数，i为远传网段编号，LG为远传网段，RG为中继网段，l(i)为第i个远传网段的左边界位置编号，r(i)为第i个远传网段的右边界位置编号，k(i)为第i个远传网段中的远传节点所在的位置编号；

3)根据上述最优解确定各个中继网段和远传所包含的具体杆塔，以及远传网段中远传节点所在杆塔的具体位置，在远传节点所在杆塔上安装无线公网通信模块，即完成异构型监测网络的初步搭建，利用初步搭建的异构型监测网络完成WSN时延优化；利用下述方法优化所述初步搭建的异构型监测网络后，再利用优化后的异构型监测网络完成WSN时延优化：

1a)确定异构型监测网络将要划分的层次z，设定不同层次对应的基础跳数为1，2…，z，变电站一侧的汇聚节点以一个杆塔档距的通信距离d向全网广播分层信息帧，帧内包含不同层次对应的基础跳数以及使用的信道频段，并记录信息帧传输跳数，初始值为1；

2a)中继节点或远传节点在收到组网信息帧后，保存基础跳数与记录的信息帧传输跳数成倍数关系的层次所对应的信道频段，将记录的信息帧传输跳数加1并按通信距离d转发信息帧，然后将信道调整到记录的信道频段，增大发射功率使通信距离为z*d；

3a)对侧变电站汇聚节点接收到信息帧后，确认分层完成，任务管理节点向汇聚节点和远传节点发送网段成员和频段信息，汇聚节点和远传节点广播组网消息，组网消息包含网段成员和对应频段，中继节点接收到消息后加入对应的网段，完成多层次组网，即得到优化后的异构型监测网络。

2.根据权利要求1的应用于输电线路在线监测的WSN时延优化方法，其特征在于，时延模型Dmax的最优解求解过程如下：

1)随机生成可行解x0；

2)执行“远传节点最佳位置搜索”，计算x0中每一个远传网段的最大时延，对于每一个远传网段，判断网段的最大值是在左末端节点或者右末端节点取得，若最大值在左/右末端节点处取得，则将远传节点的位置编号k的值减/加一，即远传节点向左/右移动一个位置，重新计算此时各个网段的最大时延；如果该最大时延比初始解x0中计算的时延大，则初始解x0中远传节点的位置即是远传节点的最佳位置；如果该最大时延比初始解x0计算的时延小，则远传节点继续向左/右移动一个位置，直到计算的最大时延比初始解x0计算出的时延大，此时远传节点的位置即是其最佳位置；保持x0中每个网段的边界位置不变，远传节点的位置为找到的最佳位置，即形成新解x1；

3)执行“网段划分”，根据Dmax求解范围知，在形成的所有网段中，存在一个时延上界最大的网段m。若m为远传网段，要使该远传网段时延减小，则远传网段m的左末端节点l向右移动一个位置或者右末端节点r向左移动一个位置，即减小远传网段m的节点规模以减小其时延，并相应改变相邻网段的节点位置；若m为中继网段，同样的中继网段的边界节点向使中继网段节点规模减小的方向移动，并相应改变相邻网段的节点位置； 利用“远传节点最佳位置搜索”和减小网段节点规模的方法保证其他网段的时延均比网段m的时延小，在此前提下，更新各网段的边界位置及远传节点的位置生成新解x2；

4)根据新解x2重新计算Dmax，若Dmax减小，则令x1＝x2，返回3)继续搜索，否则输出x1为最优解。