一种基于随机能量补给的无线传感网络的通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统通信技术，具体涉及一种基于随机能量补给的无线传感 网络的通信方法。
【背景技术】
[0002] 在电力网中扮演分配电能作用的网络称为配电网。
[0003] 按电压等级，配电网分为高压配电网（35 - 110KV)，中压配电网（6 - 10KV)，和低 压配电网（220/380V)。
[0004] 负载率较大的特大型城市，如220KV电网也有配电功能。
[0005] 按供电区的功能，可分为城市配电网，农村配电网和工厂配电网等。
[0006] 随着配电网规模的不断扩大，现有电网逐步呈现出供电效率低、可靠性不高等问 题，如何采用配电自动化等技术来提升配电网综合服务质量，建设经济、高效、实用的智能 配电网已成为电网重要发展方向。
[0007] 配电网是由一次设备，诸如架空配电线路或电缆线路、配电变压器、断路器、补偿 电容器和各种开关设备等，仪表类设备，例如继电保护、自动装置、测量和计量仪表，以及二 次系统，例如通信和控制设备等组成的，是电力系统中直接和用户相连并向用户分配电能 的环节，和人们的生活息息相关，自然也是电力用户对电力服务质量感受的最直接环节。所 以，提高配电网的运营水平，保障居民用电服务质量，对电网发展和用户服务具有十分重要 的意义。配网智能化是提高供电可靠性和供电质量，提升供电能力，实现配电网高效经济运 行的重要手段。配网通信系统作为配电网各类信息传输的载体，支撑配电自动化、电能质量 监测、分布式电源、用电信息采集及电动汽车充换电等业务。
[0008] 无线传感网络（WirelessSensorNetwork，WSN)以其独有的组网快速灵活、可扩 展性和自组织自恢复能力等优点，在智能配电网通信中得到了广泛关注和应用。通过对部 署在配电网中的传感器或配电终端收集的信息的分析，可以及时了解配网状态信息，实现 对配电网的实时监视，对事故及时发现、处理，消除事故隐患，提高设备的运行可靠性；对故 障位置的及时确定、故障原因的及时发现，不仅提高了服务质量，提高配网的管理效率，也 使安全性得以大大提高。
[0009] 传统的无线传感网中传感器节点的体积小、能量有限，且计算能力不够强大，因此 传统无线传感网，路由设计的首要目标是考虑网络的传输性能和服务质量，其次才是提高 网络的能量效率和延长网络的生存时间。此外，传统无线传感网中基于能量的路由协议受 能耗限制很难获知全局的路由表信息。但随着无线传感网技术的发展，网络传输速率、延时 等传输性能和服务质量逐步改善，需要提供一种提高网络能量效率和延长网络生存时间的 技术方案。
【发明内容】
[0010] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于随机能量补给的无线传感网 络的通信方法。本发明在节点能量能够得到保障的前提下，进一步降低消息传递延时，有效 降低了网络中的累积传输延时，并且减少了网络传输中的跳数。使各个节点能量得到均衡 的同时，网络节点总能量也随着跳数的减低而得到了更有效的利用。
[0011] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0012] 一种基于随机能量补给的无线传感网络的通信方法，所述方法包括如下步骤：
[0013] (1)建立和更新存储传感器节点能量信息的路由表；
[0014] (2)选择数据传输路径；
[0015] (3)接入通信网络的接入层，完成数据传输。
[0016] 本发明提供的优选技术方案中，所述步骤（1)包括如下步骤：
[0017] A.节点j向其邻节点k发送含有自身当前的供电情况ECj和剩余电量ES肩息的 问候信息，并记录发送消息所耗的电能ETjk;
[0018] B.当节点j接收到来自其邻节点k发送的反馈消息后，记录节点k的当前供电情 况ECk和剩余电量ESk;
[0019] C.节点j根据综合能量计算公式计算并更新本地路由表中关于邻节点k的综合能 量信息；
[0020] D.按上述步骤A到C的方法，节点j更新路由表中其所有的邻节点数据；
[0021] E.同样方法，网络中的节点都将路由表更新完毕。
[0022] 本发明提供的第二优选技术方案中，所述综合能量计算公式为：Ejk= ECk+ESk-cjkXETjk，其中cjk为电量保护参数。
[0023] 本发明提供的第三优选技术方案中，所述步骤（2)的步骤如下：
[0024] A.当源节点产生需要发送的数据后，根据路由表中关于邻节点的综合能量信息， 选择综合能量信息值最大的邻节点作为下一跳的路由节点；
[0025]B.判断下一跳的路由节点中是否存在汇聚节点，如果是，进入步骤C，否则进入步 骤D;
[0026] C.判断是否存在多个汇聚节点，如果是，进入步骤E，如果否，进入步骤F;
[0027]D.按步骤A中的方法继续选择下一跳节点，并回到步骤B ;
[0028] E.判断路由节点传输数据到汇聚节点消耗的能量是否相等，如果是，选取综合能 量最大的汇聚节点，进入步骤F，如果否，进入步骤G;
[0029] F.数据通过汇聚节点接入到电力通信网络的接入层，完成数据的传输；
[0030]G.选择路由节点传递数据给汇聚节点消耗最小能量的汇聚节点，进入步骤H;
[0031] H.判断到达此汇聚节点是否存在多种路径，如果是，进入步骤I，如果否，通过此 汇聚节点将数据接入到通信网络的接入层，完成数据的传输；
[0032] I.选取能够均衡各传输节点能耗的路径，将数据通过该路径接入到通信网络的接 入层，完成数据的传输。
[0033] 本发明提供的第四优选技术方案中，所述传感器节点能量信息包括：节点供电的 分布式电源产生电能的能力强弱EC、节点的剩余能量ES、节点将消息传递给各邻节点所需 要消耗的能量ET和节点接收其他节点传递的消息所需要消耗的能量ER。
[0034] 与现最接近的现有技术比，本发明的优异效果在于：
[0035] 本发明提供的技术方案在节点能量能够得到保障的前提下，进一步降低消息传递 延时，有效的降低了网络中的累积传输延时。并且减少网络传输中的跳数，在各个节点能量 得到均衡的同时，网络节点总能量也随着跳数的减少而得到了更有效的利用。本发明提供 的技术方案提高了网络能量效率和延长了网络生存时间。
【附图说明】
[0036] 图1是基于无线传感网络的配电网通信架构
[0037] 图2是基于随机能量补给的无线传感网络路由算法流程图
[0038] 图3是传统基于能量的无线传感网络路由
[0039] 图4是基于随机能量补给的无线传感网络路由
[0040] 图5是无线传感网络拓扑图
[0041] 图6是发送一定消息后网络传输累积延时的比较
[0042] 图7是发送一定消息后网络节点总能量的比较
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0044] 如图1所示，一种基于随机能量补给的无线传感网络通信方法，是面向配电网的 可随机补充能量的基于无线传感网络的通信方法。
[0045] 基于随机能量补给的无线传感网的传感器节点能量的包括四个方面：给各节点供 电的分布式电源产生电能的能力强弱EC;各节点的剩余能量ES;各节点将消息传递给各邻 节点所需要消耗的能量ET;各节点接收其他节点传递的消息所需要消耗的能量ER。
[0046] 其中，EC为一个随机变量，ES由节点之前的耗电情况和充电情况决定，ET为一个 与节点间距离相关的变量，而各节点的接收能耗ER则可以取为一个已知的常数。
[0047] 基于随机能量补给的WSN路由算法，路由表的建立更新包括下面步骤：
[0048](1)对于某一个节点j，向其邻居节点k发送含有自身当前的供电情况EC』和剩余 电量ESj信息的问候消息，并记录发送消息所耗的电能ETjk。
[0049] ⑵当节点j接收到来自其邻居节点k发送的反馈消息后，记录其中的数据ECk和 ESk〇
[0050] (3)节点j根据数据ETjk、ECk和ESk计算并更新本地路由表中关于邻居节点k的 综合能量信息：Ejk=ECk+ESk-cjkXETjk，其中cjk为电量保护参数。
[0051] (4)按上述的方法，节点j更新路由表中其所有的邻节点数据。
[0052] (5)同样方法，网络中的节点都将路由表更新完毕。
[0053] 如图2所示，基于随机能量补给的WSN路由算法步骤如下：
[0054] (1)当源节点产生需要发送的数据后，查询其路由表中关于邻节点的能量信息，并 结合自身发送消息至各邻节点所需的能量，根据路由节点选择判别式，选择判别式值最大 的邻节点作为下一跳的路由节点。
[0055] (2)判断下一跳的路由节点中是否存在汇聚节点，如果是，进入步骤（3)，否则进 入步骤（4);
[0056] (3)判断是否存在多个汇聚节点，如果是，进入步骤（5