智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法及系统，所述方法包括步骤：获取智能电网无线传感器网络任意两个节点之间的链路开销和每个节点的发送频率；分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频率通过无向加权图计算所述模拟聚合节点所对应的链路总开销；分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应的能量阈值，将剩余能量超过对应能量阈值的节点中链路总开销最小的模拟聚合节点判定为最佳聚合节点。本发明能高效的寻找最佳聚合节点，有利于提高智能电网的效率，保证智能电网的实时性。另外，保证了整个智能电网无线传感器网络的生命周期，提高所述智能电网无线传感器网络的可靠性。
【专利说明】智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法和系统 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及智能电网技术，特别是涉及一种智能电网无线传感器网络聚合节点的 选择方法和系统。 【【背景技术】】
[0002] 智能电网被视作下一代的电力网，它通过电力和信息的双向流动，创建一个广泛 分布的自动能量输送网络。在这个网络中，产生的电量可以根据用户的实时需求来调整。这 不仅能够保证用户需求的满足，也能避免过量电力的产生。智能电网的一个显著特征是传 感器和智能电表的大规模部署。因此，大量的数据和信息将由测量、传感以及监测等产生。 数据聚合旨在合并来自网络节点中各种不同的概念类型和结构类型的数据。由于在智能电 网的通信中产生大量的数据，数据聚合必须在特定的地方产生，以满足不同的信息流的需 求。在智能电网通信网中的数据聚合服务布局是一个重要的设计问题，因此，在智能电网无 线传感器网络中选取用于数据聚合的聚合节点及其重要。
[0003] 目前通常采用洪泛的方式选择聚合节点，每个节点只要收到比原来保存的链路开 销信息小，就用较小的开销代替原开销，并把该开销信息转发给链路中其他所有节点。该算 法可以找出最佳聚合节点，但是会造成大量的链路开销，这种'小则转发'的方式容易导致 智能电网的效率低下，无法保证智能电网的实时性。另外在聚合节点的选择过程中，只考虑 了链路开销因素，而传感器的剩余能量关系到整个网络的生命周期，聚合节点选取不当容 易导致整个智能电网传感器网络生存周期短，降低整个智能电网传感器网络的可靠性。 【
【发明内容】
】
[0004] 基于此，有必要针对现有技术选取聚合节点时链路开销大导致智能电网效率低下 问题，提供一种智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，该方法能够提高智能电网 的效率保证智能电网的实时性。
[0005] -种智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，包括步骤：
[0006] 获取智能电网无线传感器网络任意两个节点之间的链路开销和每个节点的发送 频率；
[0007] 分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频率通过无向加权图 计算所述模拟聚合节点所对应的链路总开销；
[0008] 分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应的能量阈值，将剩余能量超过对 应能量阈值的节点中链路总开销最小的模拟聚合节点判定为最佳聚合节点。
[0009] 相应地，本发明还提供一种智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，包 括：
[0010] 获取模块，用于获取智能电网无线传感器网络任意两个节点之间的链路开销和每 个节点的发送频率；
[0011] 总开销计算模块，用于分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发 送频率通过无向加权图计算该模拟聚合节点所对应的链路总开销；
[0012] 判定模块，用于分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应的能量阈值，将 剩余能量超过对应能量阈值的节点中链路总开销最小的模拟聚合节点判定为最佳聚合节 点。
[0013] 本发明通过获取智能电网无线传感器网络中任意两个节点之间的链路开销和每 个节点的发送频率，然后分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频率 通过无向加权图计算该模拟聚合节点所对应的链路总开销，然后分别判断每一节点的剩余 能量是否超过该节点对应的能量阈值，然后将剩余能量超过对应能量阈值的节点中链路总 开销最小的模拟聚合节点判定为智能电网无线传感器网络的最佳聚合节点。本发明将智能 电网传感器抽象化为一个无向加权图，在无向加权图中选择最佳聚合节点，能高效的寻找 最佳聚合节点，有利于提高智能电网的效率，保证智能电网的实时性。另外，只有在节点剩 余能量超过预设能量阈值时，该节点才有可能成为聚合节点，从而保证了整个智能电网无 线传感器网络的生命周期，提高所述智能电网无线传感器网络的可靠性。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0014] 图1为本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法一种实施例的流程 图；
[0015] 图2为本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法一种实施例的无向 加权图不意图；
[0016] 图3为本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法一种实施例的无向 加权图初始化后的不意图；
[0017] 图4为本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法一种实施例的无向 加权图一个求解过程示意图；
[0018] 图5本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法一种实施例的无向加 权图另一求解过程示意图；
[0019] 图6为本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择系统一种实施例的结构 框图。 【【具体实施方式】】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步地详细描述。
[0021] 请参阅图1，其是本发明智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法一种实施 例的流程图。
[0022] 一种智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，包括步骤：
[0023] SlOl :获取智能电网无线传感器网络任意两个节点之间的链路开销和每个节点的 发送频率；
[0024] 在智能电网无线传感器网络中，所述节点包括部署在电网中的传感器、无线监测 设备、无线测量设备等。获取智能电网无线传感器网络中任意两个节点之间的链路开销，其 中，所述两个节点之间的链路开销指，两个节点在单位时间内不经过其他节点转发而直接 向对方发送一个数据包所消耗的能量。然后获取每个节点的发送频率，其中，所述发送频率 为单位时间内节点向其他节点所发送数据包的数量。
[0025] S102:分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频率通过无向 加权图计算所述模拟聚合节点所对应的链路总开销；
[0026] 创建基于各个节点的无向加权图，然后分别用每个节点模拟为聚合节点，即分别 以每一节点为模拟聚合节点，然后根据任意两个节点之间的链路开销代入无向加权图中， 并对所述无向加权图进行求解获得每一个节点对应的实际开销，然后将实际开销与对应的 发送频率相乘后相加，即可获得所述模拟聚合节点所对应的链路总开销。
[0027] S103:分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应的能量阈值，将剩余能量 超过对应能量阈值的节点中链路总开销最小的模拟聚合节点判定为最佳聚合节点。
[0028] 获取各个节点的剩余能量，然后分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应 的能量阈值，其中，节点对应的能量阈值与该节点的发送频率成正比，也就是说发送频率越 高，那么该节点对应的能量阈值也越高，从而可以针对每个节点的发送频率不同，而设定对 应的能量阈值。筛选出能量超过对应能量阈值的节点，然后从这些节点中寻找链路总开销 最小的模拟聚合节点，然后将该模拟聚合节点判定为最佳聚合节点。也就是说，如果某一节 点的剩余能量不大于该节点对应的能量阈值，那么该节点将不会成为最佳聚合节点。
[0029] 本发明通过获取智能电网无线传感器网络中任意两个节点之间的链路开销和每 个节点的发送频率，然后分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频率 通过无向加权图计算该模拟聚合节点所对应的链路总开销，然后分别判断每一节点的剩余 能量是否超过该节点对应的能量阈值，然后将剩余能量超过对应能量阈值的节点中链路总 开销最小的模拟聚合节点判定为智能电网无线传感器网络的最佳聚合节点。本发明将智能 电网传感器抽象化为一个无向加权图，在无向加权图中选择最佳聚合节点，能高效的寻找 最佳聚合节点，有利于提高智能电网的效率，保证智能电网的实时性。另外，只有在节点剩 余能量超过预设能量阈值时，该节点才有可能成为聚合节点，从而保证了整个智能电网无 线传感器网络的生命周期，提高所述智能电网无线传感器网络的可靠性。
[0030] 在一个实施例中，上述步骤S102中根据所述链路开销和发送频率通过无向加权 图计算该模拟聚合节点所对应的链路总开销的步骤，具体可以包括以下子步骤：
[0031] S201 :以模拟聚合节点为主节点其他节点为子节点建立智能电网无线传感器网络 的无向加权图；
[0032] 在选取了模拟聚合节点后，以该模拟聚合节点为主节点，以其他节点为子节点建 立所述主节点和子节点的无向加权图，即建立智能电网无线传感器网络的无向加权图。以 一个4个节点的智能电网传感器网络为例，例如选取节点1为主节点，以节点2、节点3以及 节点4为子节点，创建的无向加权图如图2所示，其中，（In，Jn)，n = (1，2, 3. .. N)，In为第n 个节点的当前开销，Jn为第n个节点的时间参量,Kpq, p = (1，2, 3... N), q = (1，2, 3... N) 为节点P和节点q之间的权重，可以表示为节点P和节点q之间的链路开销。
[0033] S202 :以每个子节点与主节点之间的链路开销作为该子节点的当前开销，并以每 一链路所连接的两个节点之间的链路开销作为该链路的权重，并依据所述当前开销通过预 设的开销时间比例关系计算每个子节点的时间参量；
[0034] 创建了无向加权图之后，对无向加权图上的数值进行初始化。其中，将每个子节点 与主节点之间的链路开销作为该子节点的当前开销，然后将每一链路所连接的两个节点之 间的链路开销作为该链路的权重，最后依据所述当前开销通过预设的开销时间比例关系计 算每个子节点的时间参量。优选地，所述时间参量应为所述当前开销的整数倍，以使个子节 点的时间参量能够相互区分。
[0035] 以图3为例，子节点2、子节点3以及子节点4与主节点1之间的链路开销分别为 1，3, 5。子节点2和子节点3之间的链路开销为1，子节点2和子节点4之间链路开销为2， 子节点3和子节点4之间链路开销为1，而各子节点的时间参量是当前开销的1倍，所以子 节点2、子节点3以及子节点4的时间参量分别为1，3,5。所以，初始化的无向加权图如图 3所示。
[0036] S203:依据所述当前开销、时间参量以及各链路的权重通过预设的实际开销模型 计算所述子节点在时间参量减至零时的实际开销，并根据每个节点的实际开销和发送频率 通过预设的加和模型计算获得该模拟聚合节点对应的链路总开销。
[0037] 在对无向加权图进行初始化之后，根据初始化时得到的每个子节点的当前开销、 时间参量以及各链路的权重通过预设的实际开销计算模型对所述无向加权图进行求解，获 得所述子节点在时间参量减至零时的实际开销。最后将所述实际开销和每个节点对应的发 送频率代入预设的加和模型即可计算获得该模拟聚合节点对应的链路总开销。
【权利要求】
1. 一种智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，其特征在于，包括步骤： 获取智能电网无线传感器网络任意两个节点之间的链路开销和每个节点的发送频 率； 分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频率通过无向加权图计算 所述模拟聚合节点所对应的链路总开销； 分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应的能量阈值，将剩余能量超过对应能 量阈值的节点中链路总开销最小的模拟聚合节点判定为最佳聚合节点。
2. 根据权利要求1所述的智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，其特征在 于，根据所述链路开销和发送频率通过无向加权图计算该模拟聚合节点所对应的链路总开 销的步骤，具体包括： 以模拟聚合节点为主节点其他节点为子节点建立智能电网无线传感器网络的无向加 权图； 以每个子节点与主节点之间的链路开销作为该子节点的当前开销，并以每一链路所连 接的两个节点之间的链路开销作为该链路的权重，并依据所述当前开销通过预设的开销时 间比例关系计算每个子节点的时间参量； 依据所述当前开销、时间参量以及各链路的权重通过预设的实际开销模型计算所述子 节点在时间参量减至零时的实际开销，并根据每个节点的实际开销和发送频率通过预设的 加和模型计算获得该模拟聚合节点对应的链路总开销。
3. 根据权利要求2所述的智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，其特征在 于，依据所述当前开销、时间参量以及各链路的权重通过预设的实际开销模型计算所述子 节点在时间参量减至零时的实际开销的步骤，具体包括： 当前子节点分别接收其他子节点所发送的实际开销，并递减当前子节点的时间参量； 如果所述实际开销与对应权值的和小于当前子节点的当前开销小，则实际开销与对应 权值的和更新为当前子节点的当前开销，并重复接收其他子节点所发送的实际开销直到当 前子节点的时间参量为零； 在当前子节点的时间参量为零时，将当前子节点的当前开销判定为实际开销，并向所 有时间参量不为零的子节点发送当前子节点的实际开销。
4. 根据权利要求3所述的智能电网无线传感器网络聚合节点的选择方法，其特征在 于，如果所述实际开销与对应权值的和大于或等于当前子节点的当前开销，则丢弃所接收 的实际开销。
5. -种智能电网无线传感器网络聚合节点的选择系统，其特征在于，包括： 获取模块，用于获取智能电网无线传感器网络任意两个节点之间的链路开销和每个节 点的发送频率； 总开销计算模块，用于分别以每一节点为模拟聚合节点，根据所述链路开销和发送频 率通过无向加权图计算该模拟聚合节点所对应的链路总开销； 判定模块，用于分别判断各节点的剩余能量是否超过该节点对应的能量阈值，将剩余 能量超过对应能量阈值的节点中链路总开销最小的模拟聚合节点判定为最佳聚合节点。
6. 根据权利要求5所述的智能电网无线传感器网络聚合节点的选择系统，其特征在 于，所述总开销计算模块包括： 加权图创建模块，用于以模拟聚合节点为主节点其他节点为子节点建立智能电网无线 传感器网络的无向加权图； 初始化模块，用于以每个子节点与主节点之间的链路开销作为该子节点的当前开销， 以每一链路所连接的两个节点之间的链路开销作为该链路的权重，并依据所述当前开销通 过预设的开销时间比例关系计算每个节点的时间参量； 实际开销计算模块，用于依据所述当前开销、时间参量以及各链路的权重通过预设的 实际开销模型计算所述子节点在时间参量减至零时的实际开销，并根据每个节点的实际开 销和发送频率通过预设的加和模型计算获得该模拟聚合节点对应的链路总开销。
7. 根据权利要求6所述的智能电网无线传感器网络聚合节点的选择系统，其特征在 于，所述实际开销计算模块包括： 开销接收模块，用于当前子节点分别接收其他子节点所发送的实际开销，并递减当前 子节点的时间参量； 开销更新模块，用于在所述实际开销与对应权值的和小于当前子节点的当前开销小 时，实际开销与对应权值的和更新为当前子节点的当前开销，并重复接收其他子节点所发 送的实际开销直到当前子节点的时间参量为零； 开销发送模块，用于在当前子节点的时间参量为零时，将当前子节点的当前开销判定 为实际开销，并向所有时间参量不为零的子节点发送当前子节点的实际开销。
8. 根据权利要求7所述的智能电网无线传感器网络聚合节点的选择系统，其特征在 于，还包括： 开销丢弃模块，用于在如果所述实际开销与对应权值的和大于或等于当前子节点的当 前开销时，丢弃所接收的实际开销。
【文档编号】H04W84/18GK104394567SQ201410708993
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】黄达林, 吴赞红, 高伟, 熊刚, 丘奕林, 伦杰勇 申请人:广东电网有限责任公司电力调度控制中心