智能電網(wǎng)作為現(xiàn)代電網(wǎng)建設的目標和方向,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)不能滿足日益復雜的多樣化電力通信業(yè)務需求。無線傳感器網(wǎng)絡具有低成本、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保障,采用無線傳感器網(wǎng)絡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)務進行分析并對網(wǎng)絡架構中關鍵技術路由協(xié)議的優(yōu)化設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)絡作為智能配用電通信網(wǎng)必要的補充與延伸的應用背景下,針對不用應用及通信業(yè)務QoS需求提出相應的路由優(yōu)化協(xié)議,為多種業(yè)務在智能配用電通信網(wǎng)中的傳輸提供可靠的服務質(zhì)量保證。智能配用電通信業(yè)務的QoS保證是采用無線傳感器網(wǎng)絡組建通信網(wǎng)的一個基本問題,涉及到節(jié)點感知信息、網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量、能量消耗需求、網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡服務時間等各個方面的內(nèi)容。其中,網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量的一個關鍵問題是數(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。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)絡的要求、所承載通信業(yè)務的特征以及其QoS需求,并在此基礎上分析了在智能配用電饋線監(jiān)測和用電信息采集作為典型應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)絡的特征對該應用背景下的無線傳感器網(wǎng)絡路由優(yōu)化協(xié)議進行研究奠定了基礎。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)絡的拓撲特點,提出一種基于鏈式拓撲結(jié)構的改進路由協(xié)議,該協(xié)議采用新方法建鏈,并在選取鏈首節(jié)點時采用加權法,即為每個節(jié)點分配一個權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鍵因素以提高能量有效性及能耗均衡性。其次,由于權重系數(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)絡鏈式路由算法中評價指標與鏈首選取的關系。在選取鏈首時,為了使評價指標權重的確定更加合理,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)絡最大生命周期。智能配用電網(wǎng)具有通信終端節(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)絡中,無論是電池供電還是從所在環(huán)境中取得供應能量,由于傳感器節(jié)點尺寸的限制,其能量供應極其有限,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,構建基于改進后雷達圖法的各選節(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)絡中現(xiàn)有節(jié)能路由存在方法單一、自適應動態(tài)調(diào)整能力不足等問題,在上述研究基礎上,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的無線傳感器網(wǎng)絡容易出現(xiàn)擁塞,影響智能配用電信息采集業(yè)務的服務質(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)絡性能的重要因素,建立相應的虛擬勢能場并采用混沌免疫算法對各個勢能場權重值進行優(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據(jù)建立隸屬度函數(shù),對其進行融合判決并根據(jù)判決結(jié)果選擇下一跳節(jié)點。全文的工作圍繞面向智能配用電網(wǎng)的WSN路由優(yōu)化問題展開,根據(jù)智能配用電通信網(wǎng)絡不同應用背景下的業(yè)務QoS需求,提出了具有針對性的路由優(yōu)化協(xié)議,并通過仿真實驗的方法驗證了協(xié)議的有效性。
【學位單位】：華北電力大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TN915.04;TP212.9

【參考文獻】

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1 徐丙垠;李天友;薛永端;;智能配電網(wǎng)與配電自動化[J];電力系統(tǒng)自動化;2009年17期

2 景曉軍,尚勇,余農(nóng);基于三角模融合準則的濾波算法[J];電子學報;2004年06期

3 路保輝;馬永紅;;智能電網(wǎng)AMI通信系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)安全策略研究[J];電網(wǎng)技術;2013年08期

4 何海波,周擁華,吳昕,張有兵,J.NGUIMBIS,程時杰;低壓電力線載波通信研究與應用現(xiàn)狀[J];繼電器;2001年07期

5 孫利民;李波;周新運;;無線傳感器網(wǎng)絡的擁塞控制技術[J];計算機研究與發(fā)展;2008年01期

6 唐勇;周明天;張欣;;無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究進展[J];軟件學報;2006年03期

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1 劉麗榕;智能配用電網(wǎng)通信方式研究[D];華北電力大學（北京）;2011年

本文編號：2812188