[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

摘要

本发明公开了一种应用于输电线路在线监测的WSN时延优化方法，该方法包括基于局部搜索思想的网络优化部署方法和多层次组网方法。网络优化部署方法是在传统长链型监测网络结构的基础上，通过引入远传节点，形成能够直接与数据中心通信的无线链路，从而优化网络时延。多层次组网方法在此基础上，进一步考虑实际中可能出现的同一区域内连续多个杆塔的数据量均很大，仅利用网络优化部署无法有效分散该类区域杆塔数据量的情况，借鉴隐式分簇理论的基本思想，提出多层次组网方法优化网络时延。所述方法能够有效解决传统长链型网络中存在的传输路径长、网络时延大以及汇聚节点的瓶颈效应，提高输电线路监测网络的通信能力。

主权项

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-10＜r(i)＜r(i+1)＜nl(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。