[发明专利]面向变电站覆盖增强的无线传感网系统及其中继选择方法

说明书

本发明公开了一种面向变电站覆盖增强的无线传感网系统及其中继选择方法，系统包括：网关和无线传感网；其中，网关为无线传感网提供决策计算服务；无线传感网是多对一两跳传输网络，包括：源节点、中继节点和目标节点。中继选择方法包括：构建传输时延模型；构建传输能耗模型；提出优化目标；依据优化目标，构建匹配理论中的偏好列表；执行中继选择并学习。本发明优点在于：有效解决多个源节点间的中继选择策略冲突问题，降低网络数据传输能耗；实现智能变电站无线传感网不完全信息环境下的最优中继选择决策。

技术领域

本发明涉及智能变电站技术领域，特别涉及一种面向变电站覆盖增强的无线传感网系统及其中继选择方法。

背景技术

变电站是电力传输的关键环节，配电设备稳定运行是变电站供电安全的基础。传统变电站监测采用有线通信方式，可实时、稳定、高质量地将监测数据传输至主站进行处理分析。然而，有线通信方式往往会造成前期施工建设难度高、维护成本高昂等问题。此外，在存在复杂电磁干扰的变电站中，简单的中心式无线通信网络又存在弱覆盖、盲覆盖、低抗毁性等难题。无线传感网络由自组织传感节点构成，通过部署多个中继节点，采用多跳传输的方式实现变电站监测网络覆盖增强，具有强大的容错抗毁性与数据感知能力，可实时感知变电站电力基础设备状态信息。当前，针对变电站无线传感网络中继选择的研究仍然面临着一些技术挑战，具体总结如下：

第一，全局状态信息不可知。在智能变电站实际应用环境中，由于网络资源与信令开销的限制，网关难以准确获取全局时变信息，包括信道增益、电磁干扰等，需要在不完全信息条件下实现最优的中继选择。

第二，强电磁干扰的传输环境。智能变电站内的电力设备在运行过程中产生的电磁干扰严重影响信道传输质量，需要根据源节点、中继节点、目标节点之间的实时信道状态动态优化中继选择策略。

第三，节点间的匹配冲突问题。多个源节点之间存在中继选择策略相互耦合的问题，常出现多个源节点同时选择一个中继节点从而产生冲突的情况，难以实现稳定的中继节点匹配。

第四，智能变电站无线传感网设备对能耗要求苛刻。无线传感器网络由大量具有通信与计算能力的微小传感器节点组成，而每个节点都是采用电池供电，能量消耗问题直接影响着网络的生命周期。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种面向变电站覆盖增强的无线传感网系统及其中继选择方法，实现最优的中继节点选择策略，有效降低传输能耗。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种面向变电站覆盖增强的无线传感网系统，包括：网关和无线传感网；

其中，网关为无线传感网提供决策计算服务；

无线传感网是多对一两跳传输网络，包括：I个源节点、J个中继节点和1个目标节点。

源节点是无线传感器节点，用于监测变电站电气设备运行状态，作为监测数据发送端。

中继节点是无线路由或无线传感器，为源节点提供监测数据转发服务。

目标节点是变电站间隔测控柜及其保护装置，作为监测数据的接收端，并为网关提供网络数据性能数据。

本发明还公开了基于上述无线传感网系统的中继选择方法，包括以下步骤:

步骤1，构建传输时延模型；

设源节点集合表示为S＝{s₁,…,s_i,…,s_I}，中继节点集合表示为R＝{r₁,…,r_j,…,r_J}，目标节点表示为u₀，总时间被划分为T个不等长的时隙，总时隙集合表示为T＝{1,…,t,…,T}。