面向智能配用電的無(wú)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(biāo)和方向，其實(shí)現(xiàn)離不開一個(gè)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(wú)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(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，其在智能配用電網(wǎng)中的應(yīng)用正逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。為智能配用電提供可靠的通信技術(shù)保障，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行以光纖和寬帶接入為主的配用電通信網(wǎng)的補(bǔ)充和延伸是必不可少的，通過(guò)對(duì)其承載的通信業(yè)務(wù)進(jìn)行分析并對(duì)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(jì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為智能配用電通信網(wǎng)必要的補(bǔ)充與延伸的應(yīng)用背景下，針對(duì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建通信網(wǎng)的一個(gè)基本問(wèn)題，涉及到節(jié)點(diǎn)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(shí)間等各個(gè)方面的內(nèi)容。其中，網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量

3、的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是數(shù)據(jù)路由方式的選擇問(wèn)題，它擔(dān)負(fù)著如何將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠地從源節(jié)點(diǎn)傳送到目的節(jié)點(diǎn)的任務(wù)。針對(duì)該問(wèn)題本文從三個(gè)方面來(lái)研究，一方面是研究源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間基于鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的路由建立機(jī)制，一方面是研究多路徑路由下一跳節(jié)點(diǎn)選擇的能量?jī)?yōu)化問(wèn)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(duì)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(cè)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(wèn)題，為下一步結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征對(duì)該應(yīng)用背景下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化協(xié)議進(jìn)行研究奠定了基礎(chǔ)。
　　針對(duì)智能配用電網(wǎng)饋線監(jiān)測(cè)環(huán)境下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn)，提出一種基于鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)路由協(xié)議，該協(xié)議采用新方法建鏈，并在選取鏈?zhǔn)坠?jié)點(diǎn)時(shí)采用加權(quán)法，即為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)權(quán)值用來(lái)表示它適合擔(dān)任鏈?zhǔn)椎某潭龋渫瑫r(shí)考慮節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量與節(jié)點(diǎn)到基站的距離兩個(gè)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(guò)強(qiáng)，不能從客觀角度反映無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈?zhǔn)铰酚伤惴ㄖ性u(píng)價(jià)指標(biāo)與鏈?zhǔn)走x取的關(guān)系。在選取鏈?zhǔn)讜r(shí)，為了使評(píng)價(jià)指標(biāo)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?zhǔn)铰酚蓛?yōu)化協(xié)議，該協(xié)議以節(jié)點(diǎn)剩余能量與節(jié)點(diǎn)到基站的距離兩個(gè)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(jìn)行融合判決，根據(jù)判決結(jié)果選取鏈?zhǔn)?。在提高鏈?zhǔn)坠?jié)點(diǎn)選取的準(zhǔn)確性和合理性的同時(shí)，更進(jìn)一步平衡節(jié)點(diǎn)能耗并延長(zhǎng)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(diǎn)數(shù)量大和通信節(jié)點(diǎn)分散等特點(diǎn)，而且在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)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(diǎn)尺寸的限制，其能量供應(yīng)極其有限，因此為了滿足多個(gè)源節(jié)點(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的多跳傳輸。為了進(jìn)一步優(yōu)化路由對(duì)于能量均衡高效使用的改善問(wèn)題，提出一種基于改進(jìn)雷達(dá)圖法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，該協(xié)議進(jìn)行路由下一跳節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)，綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量、節(jié)點(diǎn)到基站距離及鄰居節(jié)點(diǎn)之間距離三個(gè)因素

7、，構(gòu)建基于改進(jìn)后雷達(dá)圖法的備選節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)模型，由備選節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)值判斷并確定下一跳節(jié)點(diǎn)。此外，考慮到無(wú)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(dòng)態(tài)調(diào)整能力不足等問(wèn)題，在上述研究基礎(chǔ)上，提出一種協(xié)議將下一跳節(jié)點(diǎn)選擇轉(zhuǎn)換為一個(gè)多屬性優(yōu)化問(wèn)題，首先利用經(jīng)典物理學(xué)中的勢(shì)能概念創(chuàng)建一個(gè)混合虛擬勢(shì)能場(chǎng)，然后采用混沌遺傳算法解決勢(shì)能場(chǎng)權(quán)重優(yōu)化問(wèn)題，使數(shù)據(jù)包在勢(shì)能場(chǎng)所產(chǎn)生聯(lián)合力的驅(qū)使下轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點(diǎn)并最終到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)。
　　具有集中式流量特性

8、的無(wú)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(duì)該問(wèn)題，提出一種路由協(xié)議綜合考慮節(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)到基站距離、節(jié)點(diǎn)與鄰節(jié)點(diǎn)之間距離和節(jié)點(diǎn)剩余能量四個(gè)影響WSN網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素，建立相應(yīng)的虛擬勢(shì)能場(chǎng)并采用混沌免疫算法對(duì)各個(gè)勢(shì)能場(chǎng)權(quán)重值進(jìn)行優(yōu)化，最后根據(jù)混合勢(shì)能場(chǎng)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(diǎn)的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度、剩余能量和到基站距離三個(gè)特征參量為依