[发明专利]用于变电站的无线测温传感器网络及其组网工作方法

说明书

一种用于变电站的无线测温传感器网络，装置包括：底层测温传感器节点、上层路由节点、网关和监测站。底层无线测温传感器节点收集到的数据经过底层自组网络发送到路由节点，路由节点通过ZigBee网络将这些数据发送到网关处进行相应处理，以完成数据的采集和处理。底层自组网络采用SUB‑G频段自组网络协议，路由器节点之间的采用的为ZigBee网络，为了降低单个传感器节点成功接入信道需进行退避的次数，节点采用基于时隙划分机制的CSMA/CA信道接入方式。同时在ZigBee协议网络中为了寻找最佳路径，采用的是最低丢包率路径优先路由算法，通过总路径的丢包率大小决定最短路由路径。

技术领域

本发明涉及变电站，特别是一种用于变电站环境的无线测温传感器网络及其组网工作方法，该组网方案可以推广至对传感器节点能耗要求比较严苛的其他无线传感器网络应用场合中。

背景技术

当今电力系统中，无线传感器网络(Wireles Sensor Network,WSN)的协作、低成本、易安装以及灵活性使其相对传统的通信技术具有显著优势。无线传感器网络最新的研究进展使得低成本的嵌入式电力监测和诊断系统实现完全可行。在这些系统中，无线多功能传感器节点安装在智能电网的关键设备处并监控各个设备运行的关键参数，使得智能电网可以针对不断变化的环境及时地进行响应。从这方面来说，无线传感器网络技术在创建和维护一个高可靠和高自愈的智能电力系统中至关重要。无线传感器网络在智能电网中现有的和潜在的应用非常广泛，包括无线自动抄表(Wireless Awtomatic Meter Readingsystem,WAMR)，远程系统检测和设备故障检测等。然而，目前这些应用的实现都直接取决于已部署的无线传感器网络可靠有效的通信能力，而苛刻复杂的电力系统环境对无线传感器网络通信的可靠性提出了巨大挑战。另外，考虑到电力系统高温高压环境以及传感器节点安装的位置，经常性地更换传感器节点是非常麻烦不现实的。现在大多数的无线传感器网络都是采用有源供电方式，比如电池供电，导致无线传感器网络的生存周期有限。因此，为了延长整个网络的生存时间，节能是无线传感器网络通信协议设计时需要重点考虑的因素。

经过对现有技术的检索发现，中国公开专利号201120056219.5提出了一种基于ZigBee无线技术的无线测温系统，旨在克服有线测温传感器在抗干扰、绝缘和安装尺寸等方面的缺陷，并具有自组网能力。但该文并没有提出有效的降低传感器节点能耗的方案，以延长系统的免维护时间。中国公开专利号为201420651204.7提出的一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统，该系统提供一种能够全面覆盖变电站母线的温度测点，实现对整个变电站电气设备的智能监控。但与前者类似，虽然功能上解决了电气设备无线测温问题，但未考虑测温传感器节点电池供电有限的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题主要是针对以上系统对于传感器节点能耗的不足，提供一种用于变电站的无线测温传感器网络，降低传感器节点的能耗，延长系统后期的免维护时间。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于变电站的无线测温传感器网络，包括：底层测温传感器节点、上层路由节点、网关和监测站，其特点在于，所述的底层测温传感器节点采用SUB-G频段自组网，所述的底层测温传感器节点与所述的上层路由节点之间采用串行外设接口通信，所述的上层路由节点之间采用低功耗局域网络传输信号，所述的上层路由器节点和所述的网关之间传输信号，所述的网关与所述的监测站之间传输信号。

所述的路由节点包括与底层测温传感器节点通信的SUB-G芯片和与所述的网关通信的ZigBee芯片，这两者之间采用SPI串口协议进行数据通信。

所述的传感器节点采用基于时隙的载波侦听多路访问信道接入机制，传感器叶子节点根据自己所在子网络中传感器节点的数目将一个通信周期进行等分，节点随机选择其中的一个时隙与路由节点进行通信。由于无法完全避免节点同时醒来后发生竞争信道的情况，在随机接入信道时隙时间后加入一段竞争时间解决这一问题。