一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法技术

本申请公开了一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，包括构建监测微电网中分布式可再生能源的无线传感器网络模型；根据无线传感器网络中不同类型的传感器和不同监视任务，构建协作覆盖集；利用层次聚类方式连通无线传感器网络中各组监视任务的协作覆盖集；在无线传感器网络运行过程中，利用改进蚁群算法对协作覆盖集进行调度。本申请能够更好地实现电力物联网中无线传感器网络的监测任务，同时无线传感器网络的生命周期也远远长于传统的传感器协作模型，且性能随着传感器节点数目的增多更加明显。

A cooperative coverage based energy consumption optimization method for wireless sensor networks in microgrid

【技术实现步骤摘要】
一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法
本专利技术属于电力物联监测网络
，涉及一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法。
技术介绍
为了充分利用电网可灵活接入的特性，以微电网的形式组织分布式可再生能源作为一种能源补充方案成为智能电网中的一个重点问题。然而，可再生能源的现状和环境变化带来的能源补充的内在随机性和间歇性可能使微电网运营商难以实现对分布式可再生能源的有效控制和管理，并对智能电网的稳定性产生影响。因此，有必要监视微电网中的设备，网络，资源和环境，以进行科学决策和有效的运营管理。为了获得有关电压，电流，相角，温度，湿度，频率等大量准确而全面的信息数据，需要部署各种不同的相应类型的传感器，形成微电网无线传感器网络(WSN)来采集、传输和处理监测数据。对于微电网监控业务，需要各种类型的数据合作来共同完成相关的数据分析。为了更好地管理和控制可再生能源的使用，需要同时分析微电网某些枢轴点的电压，电流，相角等监测数据，以获得有关功率分配和功率损耗的信息。此外，应一起分析温度，湿度，频率和其他状态信息数据，以检测故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，其特征在于：/n所述方法包括以下步骤：/n步骤1：构建监测微电网中分布式可再生能源的无线传感器网络模型；/n步骤2：根据无线传感器网络中不同类型的传感器和不同监视任务，构建协作覆盖集；/n步骤3：利用层次聚类方式连通无线传感器网络中各组监视任务的协作覆盖集；/n步骤4：在无线传感器网络运行过程中，利用改进蚁群算法对协作覆盖集进行调度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：构建监测微电网中分布式可再生能源的无线传感器网络模型；
步骤2：根据无线传感器网络中不同类型的传感器和不同监视任务，构建协作覆盖集；
步骤3：利用层次聚类方式连通无线传感器网络中各组监视任务的协作覆盖集；
步骤4：在无线传感器网络运行过程中，利用改进蚁群算法对协作覆盖集进行调度。


2.根据权利要求1所述的一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，其特征在于：
步骤1所述无线传感器网络中部署不同类型的传感器来监测其监视区域内充电、太阳能设备、风力涡轮机和储能装置的状态信息和环境信息；
所述无线传感器网络中，每种类型的传感器均覆盖一个固定大小的监视区域，监视数据通过不同类型的传感器之间的数据协作通信发送到接入点和数据中心；
每个传感器覆盖至少一个监视目标点，每个监视目标点被至少一个传感器覆盖；
所述传感器的工作状态包括仅承担通信任务、仅承担监视任务和同时承担通信和监视任务三种，传感器的工作状态随时间转换，传感器仅承担通信任务时称之为通信传感器，传感器仅承担监视任务时称之为监视传感器，传感器同时承担通信和监视任务时称之为多功能传感器。


3.根据权利要求2所述的一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，其特征在于：
步骤1构建的无线传感器网络模型中，传感器的信号强度随着r(si,pj)增加而降低，r(si,pj)为传感器si与监视目标点pj之间的距离，设定传感器si与监视目标点pj之间的距离阈值r0，若r(si,pj)≤r0，则监视目标点的传感器监视数据有效，否则监视数据无效；
在时间段t中，传感器的能量消耗为：



ei,t为传感器si在时间段t的能量消耗，et为传感器接收数据的能量消耗，er为传感器发送数据的能量消耗，ki,t为传感器在时间段t内收到的所有后继传感器节点发送过来的数据量，k0为传感器在时间段t内监视的数据量，erd为无线电设备消耗的能量，eamp为功率放大器消耗的能量；
当ki,t＝0时，即为监视传感器能耗公式；当k0＝0时，即为通信传感器能耗公式；当两者都不为0时，即为多功能传感器公式。


4.根据权利要求1所述的一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，其特征在于：
步骤2所述构建协作覆盖集的过程为：
如果传感器si能够和协作覆盖集CCSl中的某个传感器通信且那么si加入CCSl并且成为CCSl的传感器成员，计算公式如下：



一直重复此过程以构建一组监视任务的协作覆盖集，直到没有传感器可以加入为止；
其中，si(j,TP)为单个传感器si，j(j＝1,2,...,m)为传感器类别，i为传感器id，TP为在si覆盖范围内的监测目标点集合；
m是负责监视任务MB(m,TP1,TP2,...,TPm)的传感器类型数量，TPj(j＝1,2,…,m)是类型j传感器的监测目标点集合；
CCSl(SS,TP1,TP2,...,TPm)为协作覆盖集，l为协作覆盖集的id，SS是协作覆盖集中传感器的集合。


5.根据权利要求1所述的一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法，其特征在于：
步骤3所述利用层次聚类方式连通无线传感器网络中各组监视任务的协作覆盖集，包括以下步骤：
步骤301：初始化每个协作覆盖集并将每个协作覆盖集作为一个通信组；
步骤302：计算任意两个通信组的距离，并选择距离最短的两个通信组；
步骤303：选择最少的传感器连接步骤302选择的两个通信组；
步骤304：将步骤302选择的两个通信组和步骤303选择的传感器合并为一个新的通信组并返回执行步骤302，直到负责一组监视任务的所有通信组全部互连。


6.根据权利要求5所述的一种基于协作覆盖的微电网无线传感器网络能耗优化方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王徐延，辛辰，邵苏杰，夏伟栋，许洪华，司小庆，周俊，吴磊，吴冠儒，丁达成，张庆航，孔玥，魏玲燕，
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南京市高淳区供电分公司，北京邮电大学，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32