应用无线传感器网络的输电线路监测装置的制作方法

本发明涉及输电线路监测技术领域，具体涉及应用无线传感器网络的输电线路监测装置。

背景技术：

随着工业化、城镇化进程不断加快，电力需求持续增长，一个坚强、可靠的现代化大电网对于保障国家能源安全，在更大范围内优化能源配置，具有不可替代的作用。建设具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的坚强智能电网是安全、可靠、高效输电的保障，是电力科学发展的方向，对电网的监测也尤其重要。作为电力输送纽带的输电线路具有分散性大、距离长、难以巡视及维护等特点，因此对输电线路本体及周边环境以及气象参数进行远程监测成为一项迫切工作。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供应用无线传感器网络的输电线路监测装置。

本发明的目的采集以下技术方案来实现：

提供了应用无线传感器网络的输电线路监测装置，包括环境监测无线传感器网络、输电线路监控中心，所述环境监测无线传感器网络用于采集输电线路区域环境传感数据，并将采集到的输电线路区域环境传感数据发送到所述输电线路监控中心，所述输电线路监控中心用于接收、存储、显示输电线路区域环境传感数据，并将输电线路区域环境传感数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则执行报警。

优选地，所述输电线路监控中心包括通信模块、中央处理模块、报警模块，所述通信模块与所述中央处理模块连接，所述中央处理模块与所述报警模块连接。

进一步地，还包括用户终端，所述的用户终端通过通信网络与输电线路监控中心连接，用于实时访问输电线路监控中心中的输电线路区域环境传感数据。

优选地，所述的输电线路区域环境传感数据包括输电线路区域温度、湿度、输电线路周围的震动信号。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络监测技术实现了输电线路的无线监测，并在输电线路区域环境传感数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控和防护。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的结构框图；

图2是本发明一个实施例的输电线路监控中心的连接框图。

附图标记：

环境监测无线传感器网络1、输电线路监控中心2、用户终端3、通信模块10、中央处理模块20、报警模块30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的应用无线传感器网络的输电线路监测装置，包括环境监测无线传感器网络1、输电线路监控中心2和用户终端3，所述环境监测无线传感器网络1用于采集输电线路区域环境传感数据，并将采集到的输电线路区域环境传感数据发送到所述输电线路监控中心2，所述输电线路监控中心2用于接收、存储、显示输电线路区域环境传感数据，并将输电线路区域环境传感数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则执行报警；所述的用户终端3通过通信网络与输电线路监控中心2连接，用于实时访问输电线路监控中心2中的输电线路区域环境传感数据。

可选地，所述的用户终端3还用于接收输电线路监控中心2在判定输电线路区域环境传感数据超过正常阈值范围时输出的报警信号。

在一个实施例中，如图2所示，所述输电线路监控中心2包括通信模块10、中央处理模块20、报警模块30，所述通信模块10与所述中央处理模块20、报警模块30连接，所述中央处理模块20与所述报警模块30连接。可选地，通信模块10的功能由收发器进行实现，中央处理模块20的功能由处理器进行实现，报警模块30的功能由报警器进行实现。可选地，该报警器可为声光报警，本实施例对此不作限定。

在一个实施例中，所述的输电线路区域环境传感数据包括输电线路区域温度、湿度和/或输电线路周围的震动信号。例如，输电线路区域环境传感数据包括输电线路周围的震动信号的情况中，当输电线路因有人员攀爬、敲击及其周围有土方施工和大型机械接近等产生震动的现象时，环境监测无线传感器网络1可以采集到信号。

本发明上述实施例利用环境监测无线传感器网络技术实现了输电线路监测，并在输电线路区域环境传感数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

在一个实施例中，所述的环境监测无线传感器网络1包括基站和多个负责采集输电线路区域环境传感数据的传感器节点，其中传感器节点将采集的输电线路区域环境传感数据通过多跳方式发给基站，由基站对传感器节点发送的输电线路区域环境传感数据进行汇聚处理并发送给输电线路监控中心2。

在一个实施例中，环境监测无线传感器网络1采用分簇网络结构为：传感器节点通过分簇路由协议竞选出簇头节点，传感器节点将采集的输电线路区域环境传感数据发送至所属簇的簇头节点，进而由簇头节点对输电线路区域环境传感数据进行融合并发送到基站。

本实施例通过分簇网络结构进行输电线路区域环境传感数据采集，使得输电线路区域环境传感数据的传输路径能够保持在较短的通讯距离，从而能够降低输电线路区域环境传感数据传输的能量消耗。

在一个实施例中，所述的分簇路由协议为改进的leach分簇路由协议，具体包括：

(1)基站通过发送广播信号，启动网络中所有传感器节点运行，每个启动的传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数；

(2)每个启动的传感器节点按照下列公式计算随机阈值，如果生成的随机数小于随机阈值，则成为临时簇头节点：

式中，t(si)表示传感器节点si的随机阈值，pi为传感器节点si成为簇头节点的概率，r是当前分簇的轮次，g是有资格成为簇头节点的传感器节点集合，若传感器节点在最近的轮内没有担任过簇头节点，则该传感器节点属于g；

(3)若两个临时簇头节点间距小于其中任意一个传感器节点的通信半径，则该两个传感器节点互为邻居临时簇头节点，当选为临时簇头节点的传感器节点在对应的通信半径范围内广播当选消息，并接收其他临时簇头节点的广播消息，若一个临时簇头节点的剩余能量大于其所有的邻居临时簇头节点，则自动成为真正的簇头节点，否则恢复到普通传感器节点状态；

(4)每个当选的簇头节点向周围的传感器节点广播当选消息，传感器节点根据接收到的当选消息确定周边的簇头节点集合，进而传感器节点计算与该簇头节点集合中每个簇头节点的接近度，并从中选择最小接近度对应的簇头节点作为自己的簇头节点加入形成簇，其中，接近度的计算公式为：

式中，scη为所述簇头节点集合中第η个簇头节点，ζ(sj,scη)表示传感器节点sj与簇头节点scη的接近度，d(sj,scη)为传感器节点sj与簇头节点scη的距离，为簇头节点scη的通信半径，簇头节点scη的当前剩余能量，为簇头节点scη的初始能量。

传统方式经常采用leach分簇协议进行传感器节点的分簇。leach分簇协议中，网络的工作周期被分为若干轮，所有传感器节点轮流担任簇头节点以达到能量均衡消耗的目的。在簇生成阶段，每个传感器节点产生一个0-1之间的随机数，并根据当前轮数计算出一个门限值，如果某传感器节点在前(为簇头节点的比率)轮内未担任过簇头节点，并且随机数小于门限值，则该传感器节点成为簇头节点，然后，簇头节点向所有节点广播自己成为簇头节点的消息，普通节点则根据接收到的广播信号的强度来判断自己与簇头节点的距离，并以簇成员的身份加入与之最近的簇。

本实施例对leach分簇路由协议进行改进，将通过阈值筛选的传感器节点作为临时簇头节点，并根据剩余能量对相邻的临时簇头节点进行进一步的筛选，能够避免相邻两个传感器节点同时被选为簇头节点，相对于leach分簇路由协议中直接将通过阈值筛选的传感器节点作为簇头节点的方式，提高了簇头节点分布的均匀性；

本实施例中，传感器节点选择最小接近度对应的簇头节点作为自己的簇头节点加入形成簇，能够使得通信半径更大、能量更多的簇头节点能够管理更多的传感器节点，相对于leach分簇路由协议中直接选择距离最近的簇头节点加入的方式，更能够平衡各簇头节点的能耗，延长环境监测无线传感器网络1的工作周期，有利于节省输电线路监测装置的通信成本。

在一个实施例中，传感器节点由簇头节点进行负载分配，负载分配结束后，传感器节点根据簇头节点分配的负载开始输电线路区域环境传感数据采集的工作，其中，传感器节点由簇头节点进行负载分配，具体包括：

(1)簇头节点计算簇内各传感器节点的状态值：

式中，sk为簇头节点所在簇内的第k个传感器节点，为传感器节点sk的状态值，为传感器节点sk的当前剩余能量，为传感器节点sk的初始能量，为传感器节点sk到其簇头节点的距离，为簇头节点的簇半径；

(2)设定状态值阈值qt，若存在传感器节点的状态值低于qt，则簇头节点令该传感器节点进入睡眠状态；

(3)簇头节点对剩余未睡眠的传感器节点进行负载分配。

其中，由基站进行总负载调度，基站将接收到的总负载分成若干个子负载，然后将子负载分配给各簇头节点，每个簇头节点将分到的子负载按照上述方式分配给簇内的未睡眠的传感器节点。

本实施例中，传感器节点的负载由所属簇的簇头节点依据自身从基站得到的负载进行分配；本实施例基于传感器节点的剩余能量以及距离簇头节点的距离设计了传感器节点的状态值计算公式，簇头节点在给簇内的各传感器节点分配负载时，对于状态值不佳的传感器节点不分配负载，并且令该部分传感器节点进入睡眠状态以减少该部分传感器节点的能量消耗，使得传感器节点之间的能量消耗得到平衡，从而增加输电线路区域环境传感数据采集工作的持续时间。

在一个实施例中，所述簇头节点对剩余未睡眠的传感器节点进行负载分配，具体包括：

(1)设簇头节点从基站得到的负载为w，簇头节点对剩余未睡眠的传感器节点按照状态值由小到大的顺序进行排列，生成的传感器节点序列为s＝7s1,s8,…,sn；，其中n为簇头节点所在簇内包含的未睡眠的传感器节点个数；

(2)簇头节点依次计算传感器节点序列中各传感器节点应分配到的负载：

式中，sl表示传感器节点序列中第l个传感器节点，sm表示传感器节点序列中第m个传感器节点，m＝1,2,…,n，wl为sl应分配到的负载，为sl的状态值，为sm的状态值；

(3)簇头节点按照(2)中计算的结果对传感器节点序列中各传感器节点进行负载分配。

本实施例提出了簇头节点对剩余未睡眠的传感器节点进行负载分配的具体策略，依照该策略进行传感器节点的负载分配，能够使得状态值较小的传感器节点分配到一个相应较小的负载，从而减少状态值较小的传感器节点的能耗，进一步平衡传感器节点间的能量消耗，使得传感器节点的能源耗尽时间推迟，最终延长环境监测无线传感器网络1的生命周期；本实施例提出了相应的负载分配公式，使得簇头节点能够依据负载分配公式直接计算各传感器节点应当分配到的负载，提高了簇头节点分配负载的速度和科学性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。