输电线路无线传感器网络的路由规划及故障诊断备份方法技术

一种输电线路无线传感器网络的路由规划及故障诊断备份方法，针对分簇，路由规划及故障备份三个方面进行优化，在分簇方面提出了一种基于能量均衡和能耗最优的均匀分簇算法，考虑了剩余能量和通信负载两个因素，再根据距离因素对簇头的分布进行均匀化处理；在路由规划方面提出了一种基于业务区分的数据转发机制，在满足时延要求的情况下，对不同时延要求业务分配相应路径进行数据转发；在故障备份方面提出了一种基于剩余能量和最优能耗的故障备份机制，分为链路备份和节点备份两部分。本发明专利技术方法能够在满足业务时延约束要求及可靠性的情况下，均衡各个簇头的通信负载，降低数据传输过程的总能耗，最终延长网络的生命周期。

【技术实现步骤摘要】
输电线路无线传感器网络的路由规划及故障诊断备份方法
本专利技术属于电力物联网
，涉及输电线路无线传感器网络，为一种基于能耗均衡的输电线路物联网传感和监测应用的路径规划及故障备份方法。
技术介绍
电力行业是物联网技术应用较为广泛的领域之一，例如输电线路在线监测、智能变电站、智能机房等，这些物联网(IoT)中的传感器设备将满足智能家居，身体/健康监测，环境监测，基于状态的维护等应用。输电线路是电网资产最大、分布最广、设备运行环境复杂恶劣及外力影响因素多发的电力环节。由于输电线路的设备安全问题，如导线运行温度过高、弧垂变化、风偏放电、微风振动、杆塔倾斜等，迫切需要输电线路上安装有效的传感设备。故障在线监测系统将各类设备参数通过物联网网关传送到数据处理中心，然后采用先进的数据分析技术处理各类设备数据，判断输电线路是否有故障发生。这为电网安全决策提供依据。为了解现有技术的发展状况，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本专利技术相关度比较高的技术信息：技术方案1：《一种能量高效的无线传感器网络路由方法》，专利公告号CN101360051B，涉及一种能量高效的分层路由方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电线路无线传感器网络的路由规划方法，其特征是先是对传感器网络进行均匀分簇，然后在进行数据传输时，簇头节点收集邻接簇头节点及簇内节点发送的信息，并进行基于业务区分的路由转发，包括以下部分：1)簇头选择，基于能量和节点通信负载两种因素建立簇头选择机制，使剩余能量高，通信负载大的节点更可能成为簇头节点；2)簇头分布，对选出的簇头进行优化处理，设定相邻簇头节点的最佳距离范围，并以此为依据通过增删簇头节点使簇头节点分布更加均匀；3)数据传输，基于业务优先级进行路由规划，簇头对接收到的不同业务的数据包进行优先级排序，根据数据包的业务优先级规划不同的路径进行数据转发。

【技术特征摘要】
1.一种输电线路无线传感器网络的路由规划方法，其特征是先是对传感器网络进行均匀分簇，然后在进行数据传输时，簇头节点收集邻接簇头节点及簇内节点发送的信息，并进行基于业务区分的路由转发，包括以下部分：1)簇头选择，基于能量和节点通信负载两种因素建立簇头选择机制，使剩余能量高，通信负载大的节点更可能成为簇头节点；2)簇头分布，对选出的簇头进行优化处理，设定相邻簇头节点的最佳距离范围，并以此为依据通过增删簇头节点使簇头节点分布更加均匀；3)数据传输，基于业务优先级进行路由规划，簇头对接收到的不同业务的数据包进行优先级排序，根据数据包的业务优先级规划不同的路径进行数据转发。2.根据权利要求1所述的一种输电线路无线传感器网络的路由规划方法，其特征是簇头选择和簇头分布具体为：设网络中所有节点的初始能量相同，所有节点除了传感业务不同外，其他参数均相同，设N个传感器节点在输电线路的三相线路上均匀分布，区域大小设定为L·W，汇聚节点布置在输电线路的一侧，在每个分簇周期中，每个簇节点发送t比特数据给簇头，根据能耗公式(1)，每个分簇周期的整个网络的总能量消耗等于：其中，Eelec表示发射电路损耗的能量，dave-sink表示簇头节点到汇聚节点的平均距离，dave-ch表示簇节点到相应簇头节点的平均距离，εfs和εmp为对应的功率放大所需的能量，M表示簇头节点的数量，由于所有节点是均匀分布的，得到如下公式：通过对公式(3)中的簇头节点数量M求导，并使其等于0，得最佳簇头节点数量为：确定簇头节点数量后，设定Tro为每个簇头节点的轮换周期，即每个节点以概率p当选为簇头节点后，至少要经过Tro个分簇周期后才能再次以概率p当选为簇头节点，则设第i个节点在第r轮分簇周期中成为簇头节点概率如下：其中，pave为理想状态下每个节点成为簇头的概率，Ei(r)为第i个节点第r轮的剩余能量，为所有节点在第r轮的平均剩余能量，表示如下：其中，R为理想状态下整个网络的生命周期：则第r轮中，第i个节点的轮换周期由下式表示：其中，Eround由式(3)给出，Etotal为整个传感器网络初始总能量，表示如下：Einit为每个节点的初始剩余能量，初始剩余能量相同；簇头选择过程分为两个阶段，第一阶段产生预簇头节点，第二阶段对第一轮产生的预簇头节点进行调整，最终确定真正的簇头节点：在第一阶段中，预簇头节点的选举过程如下：节点产生一个随机数，该数处于0～1之间，假如此随机数小于阈值T(n)，则该节点在当前轮中被选为预簇头节点，T(n)的表达式如下：式中，G为各个节点的最佳轮换周期中未当选簇头的节点集合，不属于该集合的节点T(n)＝0；r为当前轮数，节点的平均剩余能量公式如下：设某节点n在距离范围dmax范围内有k个临节点，每个临节点发送相关业务的数据包含有t比特数据，则接收每个节点数据对应耗能为Er(t)＝t·Eelec，则对于该节点n来说，接收临节点发送t比特数据的总能耗为：整个网络平均每个节点接收相邻节点信息的能耗为：Dmax为簇间路由多跳中簇头节点转发数据包的通信范围，Dmax由下列推导得出：假设簇节点到簇头节点的通信距离dch满足：则：考虑到输电线路拓扑结构的特殊性，添加因数和使最终dmax满足：dmax为簇节点到簇头节点的最佳通信距离，dmax与Dmax关系如下：在第二阶段，各个预簇头节点向周围广播成为预簇头节点信息，如果两预簇头节点的距离小于设定的距离Dmin，则两预簇头节点中，权重较小的预簇头节点降为普通节点，权重较大的升为簇头节点，最小距离Dmin由下式确定：节点的权重ω(n)由下式确定：式中，α，β和χ分别为节点剩余能量，节点接收邻节点发送相关业务数据包能耗以及距离汇聚节点距离的权重系数。3.根据权利要求2所述的一种输电线路无线传感器网络的路由规划方法，其特征是在簇头节点确定后，簇头节点向周围其他节点发送邀请信息，各个普通节点归属于在通信范围内距离最近的簇头节点，若通信范围内没有簇头节点，则该节点成为未归属节点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红，李维，陆忞，徐思雅，李秋生，邵明驰，彭旭静，郦竞伟，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，国网江苏省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32