一种配用电力传输监控的wsn网关故障容忍模型及其工作机制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及配用电力环境数据监测领域；具体地说是一种配用电力传输监控的 WSN网关故障容忍模型及工作机制。
【背景技术】
[0002] 目前电力配网监控中所使用的人工巡检方法不仅耗时、费力且效率低下；因此，有 研宄者提出了使用WSN对电力环境进行检测并实现了原型系统。但由于塔杆损毁等事件， 安装在塔杆上的WSN网关依然面临着故障的危险。另一方面，由于电力系统设计中的N-I 原则，不得不考虑在WSN网关中故障容忍问题。因此，构建一个有效的具有故障容忍的WSN 网关故障容忍模型是十分必要的。
[0003] 现有技术中，公开号为CN 102387514A的发明专利公开了一种WSN网关的备份方 法，专利对主WSN在发生故障的情况下，利用备份WSN网关接替主WSN网关进行工作的机制 进行了管理。但主WSN网关节点对所有备份管理的WSN节点的状态、节点信息、以及接替策 略都需要进行不断实时的更新和维护。由于WSN网络拓扑结构复杂，大量的信息更新和维 护造成WSN网关节点的能耗严重损耗，从而影响了该方法的实际应用效果。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明为克服上述现有技术存在的不足之处，提供了一种适应于配用电力传输监 控的WSN网关故障容忍模型及其工作机制，以期能在网关节点发生故障时，对发生故障的 网关节点进行容忍，从而保证数据的顺利传输。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 本发明一种应用于配用电力传输网的WSN网关故障容忍模型，所述配用电力传输 网是由发送方变电站经过配用电力传输线进行电力传输至接收方变电站而构成的配用电 网；其特点是，
[0008] 在所述配用电力传输网中的配用电力传输线上设置所述WSN网关故障容忍模型， 所述WSN网关故障容忍模型的组成包括：η个网关节点记为G= (G1, G2，…，Gi,…，GJ和n-1 个备份节点记为B = (B1, B2，…，Bj,…，BnJ ;n彡2和表示第i个网关节点；B』表示第j个 备份节点；1彡i彡η ;1彡j彡n-1 ;
[0009] 在所述发送方变电站附近设置第1个网关节点匕作为发送方网关节点；在所述接 收方变电站附近设置第η个网关节点G n#为接收方网关节点；
[0010] 所述备份节点是设置在所述发送方网关节点G1和第2个网关节点G2之间、所述接 收方网关节点Gn和第n-1个网关节点Glri之间，以及相邻两个网关节点之间，从而在所述配 用电力传输线上形成交错排列的通讯网络结构；
[0011] 所述第i个网关节点Gi包括无线传输模块T JP数据采集模块R i;所述第j个备份 节点h包括检测模块D p数据备份模块&和无线传送模块Y j。
[0012] 本发明一种应用于配用电力传输网的WSN网关故障容忍模型的工作机制，其特点 是按如下步骤进行：
[0013] 步骤1、初始化i = 1 ;令环境数据Data。= 0 ;
[0014] 步骤2、在所述发送方变电站利用第i个网关节点匕的数据采集模块R败集周围 的环境数据Data i;并将第i-Ι个环境数据Data η附着到自身的环境数据Data i上，形成第 i个附着数据
[0015] 步骤3、所述第i个备份节点Bi利用数据备份模块P i对所述附着数据ω i进行备 份；
[0016] 步骤4、所述第i个备份节点Bi利用自身的检测模块D i对第i+Ι个网关节点G i+1 进行检测，判断第i+1个网关节点Gi+1是否发生故障，若发生故障，则所述第i个备份节点 Bi利用无线传送模块Y ,将附着数据ω 送至第i+Ι个备份节点B i+1;并执行步骤5 ;若没 有发生故障，则所述第i个网关节点Gi利用无线传输模块T i将附着数据ω 送至第i+l 个网关节点Gi+1;并执行步骤6 ;
[0017] 步骤5、将i+Ι的值赋值给i，执行步骤4 ;
[0018] 步骤6、第i+Ι个网关节点Gi+1接收第i个网关节点Gi*送的附着数据ω i;并利用 所述数据采集模块Ri+1收集自身周围的环境数据Data i+1;并将自身周围的环境数据Data i+1 附着到所接收到的第i个网关节点匕发送的附着数据ω ，从而形成第i+1个网关节点 Gi+1的附着数据ω 1+1;执行步骤7、
[0019] 步骤7、将i+Ι的值赋给i后，判断i = η是否成立，若成立，则所述接收方变电站 的接收方网关节点Gn接收附着数据ω i，从而完成所述发送方变电站和接收方变电站之间 的环境数据传输；否则执行步骤3。
[0020] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0021] 1、本发明利用无线传感器网络对部署于野外的电力配电环境不断进行监测并通 过网关将监测数据进行收集和传送到变电站，从而克服了在实际配用电传输监控网络中， 传统的利用人工巡检配用架空电力线耗时、费力和低效的缺点，在提高监测效率的同时降 低了维护成本。
[0022] 2、本发明利用WSN网络收集和传输配用电环境监测数据。由于变电站之间电力传 输线基本呈现线性结构的特点，导致WSN网关拓扑也呈现出线性拓扑的特征，与传统的WSN 网关数据备份方法相比，线性拓扑大大简化了网络的复杂性。
[0023] 3、本发明需要在传输过程中对WSN网关数据进行备份，备份节点只需对传输方向 反方向上的WSN网关节点数据进行备份。与传统的WSN网关数据对所有传感器节点配置信 息相比，备份数据类型单一，数据量较小，从而节省了能耗，减少了数据冗余和数据量。
[0024] 4、当WSN网络中的网关节点发生故障时或当电杆或者电塔损毁时，模型的备份节 点可以通过监测模块监测到损毁节点，并通过自身传输模块以"绕过"损毁的电杆或者电塔 的方式进行数据中继传输，从而达到对损毁的网关节点的故障容忍，构成具有故障容忍特 征的传输模型，形成"坚强"的通信网络，有效延长网络的生命周期。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明WSN网关故障容忍模型示意图；
[0026] 图2为本发明网关节点和备份节点组成模块示意图；
[0027] 图3为本发明故障容忍的网关模型工作机制流程图；
[0028] 图4为本发明模型的平均连接度和平均粘聚度随着节点增多变化示意图；
[0029] 图5为本发明生存因子随着节点增多变化示意图。
【具体实施方式】
[0030] 本实例施中，配用电力传输网是由发送方变电站经过配用电力传输线进行电力传 输至接收方变电站而构成的配用电网，变电站之间往往通过位于户外，相距不远的电线杆 或者电线塔上搭载的电力传输线相互连接组成配用电传输网。该模型工作机制在符合变电 站间实际的线性拓扑的基础上，充分挖掘拓扑冗余和备份机制，形成两者相互补充的工作 机制。该机制的形成对容忍发生故障的网关节点具有重要的意义。
[0031] 为了监控和收集配用电力传输线的环境数据，如图1所示，在配用电力传输网中 的配用电力传输线上设置WSN网关故障容忍模型，WSN网关故障容忍模型的组成包括：η个 网关节点记为G= (G1, G2,…，Gi,…，GJ，网关节点安装在电杆或者电塔上，用来收集散落在 电杆或者电塔周边的无线传感器所监测到的数据，以及η-1个备份节点记为B =取，B2，… ,Bj，…，BnJ ;η多2，备份节点用来实时的备份传输过程中的网关数据；Gi表示第i个网关 节点％表示第j个备份节点；1彡i彡η ;1彡j彡n-1 ;备份节点的安装位置一般位于两 个电杆或者电塔中间。假如备份节点的位置不在中间而靠近某一电杆或者远离某一电塔， 那么发送数据的电杆和电塔上的网关节点的能耗将会导致不均匀，由于无法预测网关节点 的相对能耗，那么会对更换电池的频率和周期造成困难。
[0032] 在发送方变电站附近，具体实施中，是在变电站墙外20米范围内的电杆或者电塔 上，设置第1个网关节点匕作为发送方网关节点；在接收方变电站附近，具体实施中，在接 收方变电站墙外20米范围内的电杆或者电塔上，设置第η个网关节点G n#为接收方网关 节点；
[0033] 备份节点是设置在发送方网关节点G1和第2个网关节点G2之