面向智能配用電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化協(xié)議研究.pdf

1、智能電網(wǎng)作為現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)的目標和方向，其實現(xiàn)離不開一個現(xiàn)代化的電力通信網(wǎng)。傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)不能滿足日益復(fù)雜的多樣化電力通信業(yè)務(wù)需求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低成本、低功耗、自組織、靈活性、可靠性及可擴展性強的特點，其在智能配用電網(wǎng)中的應(yīng)用正逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點。為智能配用電提供可靠的通信技術(shù)保障，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行以光纖和寬帶接入為主的配用電通信網(wǎng)的補充和延伸是必不可少的，通過對其承載的通信業(yè)務(wù)進行分析并對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議的

2、優(yōu)化設(shè)計展開研究具有重要的意義。在上述背景下，本文研究了在引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為智能配用電通信網(wǎng)必要的補充與延伸的應(yīng)用背景下，針對不用應(yīng)用及通信業(yè)務(wù)QoS需求提出相應(yīng)的路由優(yōu)化協(xié)議，為多種業(yè)務(wù)在智能配用電通信網(wǎng)中的傳輸提供可靠的服務(wù)質(zhì)量保證。
　　智能配用電通信業(yè)務(wù)的QoS保證是采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建通信網(wǎng)的一個基本問題，涉及到節(jié)點感知信息、網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量、能量消耗需求、網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時間等各個方面的內(nèi)容。其中，網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量

3、的一個關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)路由方式的選擇問題，它擔負著如何將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實時可靠地從源節(jié)點傳送到目的節(jié)點的任務(wù)。針對該問題本文從三個方面來研究，一方面是研究源節(jié)點和目的節(jié)點之間基于鏈式拓撲結(jié)構(gòu)的路由建立機制，一方面是研究多路徑路由下一跳節(jié)點選擇的能量優(yōu)化問題，另一方面是研究基于擁塞控制的路由優(yōu)化協(xié)議，主要工作如下:
　　研究和分析了智能配用電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)的要求、所承載通信業(yè)務(wù)的特征以及其QoS需求，并在此基礎(chǔ)上分析了在智能配用電饋線監(jiān)測和用

4、電信息采集作為典型應(yīng)用背景下的路由方式選擇問題，為下一步結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征對該應(yīng)用背景下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化協(xié)議進行研究奠定了基礎(chǔ)。
　　針對智能配用電網(wǎng)饋線監(jiān)測環(huán)境下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲特點，提出一種基于鏈式拓撲結(jié)構(gòu)的改進路由協(xié)議，該協(xié)議采用新方法建鏈，并在選取鏈首節(jié)點時采用加權(quán)法，即為每個節(jié)點分配一個權(quán)值用來表示它適合擔任鏈首的程度，其同時考慮節(jié)點當前能量與節(jié)點到基站的距離兩個關(guān)鍵因素以提高能量有效性及能耗均衡性。其

5、次，由于權(quán)重系數(shù)的確定主觀性過強，不能從客觀角度反映無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈式路由算法中評價指標與鏈首選取的關(guān)系。在選取鏈首時，為了使評價指標權(quán)重的確定更加合理，提出了一種基于三角膜融合算子的鏈式路由優(yōu)化協(xié)議，該協(xié)議以節(jié)點剩余能量與節(jié)點到基站的距離兩個特征參量為依據(jù)建立隸屬度函數(shù)，利用三角模融合算子進行融合判決，根據(jù)判決結(jié)果選取鏈首。在提高鏈首節(jié)點選取的準確性和合理性的同時，更進一步平衡節(jié)點能耗并延長網(wǎng)絡(luò)最大生命周期。
　　智能配用電網(wǎng)具

6、有通信終端節(jié)點數(shù)量大和通信節(jié)點分散等特點，而且在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無論是電池供電還是從所在環(huán)境中取得供應(yīng)能量，由于傳感器節(jié)點尺寸的限制，其能量供應(yīng)極其有限，因此為了滿足多個源節(jié)點海量數(shù)據(jù)傳輸需求，需要采用合理的節(jié)能路由協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的多跳傳輸。為了進一步優(yōu)化路由對于能量均衡高效使用的改善問題，提出一種基于改進雷達圖法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，該協(xié)議進行路由下一跳節(jié)點選擇時，綜合考慮節(jié)點剩余能量、節(jié)點到基站距離及鄰居節(jié)點之間距離三個因素

7、，構(gòu)建基于改進后雷達圖法的備選節(jié)點評價模型，由備選節(jié)點的評價值判斷并確定下一跳節(jié)點。此外，考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有節(jié)能路由存在方法單一、自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整能力不足等問題，在上述研究基礎(chǔ)上，提出一種協(xié)議將下一跳節(jié)點選擇轉(zhuǎn)換為一個多屬性優(yōu)化問題，首先利用經(jīng)典物理學(xué)中的勢能概念創(chuàng)建一個混合虛擬勢能場，然后采用混沌遺傳算法解決勢能場權(quán)重優(yōu)化問題，使數(shù)據(jù)包在勢能場所產(chǎn)生聯(lián)合力的驅(qū)使下轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點并最終到達匯聚節(jié)點。
　　具有集中式流量特性

8、的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)擁塞，影響智能配用電信息采集業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。針對該問題，提出一種路由協(xié)議綜合考慮節(jié)點緩存隊列長度、節(jié)點到基站距離、節(jié)點與鄰節(jié)點之間距離和節(jié)點剩余能量四個影響WSN網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素，建立相應(yīng)的虛擬勢能場并采用混沌免疫算法對各個勢能場權(quán)重值進行優(yōu)化，最后根據(jù)混合勢能場的值完成多條優(yōu)化路徑的建立。此外，提出一種基于融合判決的擁塞控制路由協(xié)議，該協(xié)議以前向傳播鄰居節(jié)點的緩存隊列長度、剩余能量和到基站距離三個特征參量為依