一种用于监测电力设备的无线网络结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力设备的监控监测，特别涉及一种用于监测电力设备的无线网络结构。
【背景技术】
[0002]当今社会对电能的依赖性极高，电力系统的安全运行关系到整个国民经济的发展和人民生活的稳定。随着电力供应量的持续快速增长，电力向着高电压、大机组、大容量迅速发展，对电力系统供电可靠性的要求越来越高，电力设备的实时监控、具备故障的早期预测和快速故障处理能力的重要性更加凸显。另一方面，在我国配电系统中很多还实行无人值守方式，通过定期巡检、维修或故障用户主动反映的方式对运行中的设备进行监控和维护，这不仅造成工作效率低下，而且还具备极大的安全隐患。随后发展的监控系统主要通过串行总线RS232或RS485将数据传送到监控中心，该方法传输距离受限，且需要长距离的复杂布线，改动监测位置需要重新布线，同时维护成本高。
[0003]作为先进的信息获取和处理技术，无线传感器网络已经在医疗、工业、农业、商业、公共管理、国防等领域得到了广泛应用。近几年来，无线传感器网络在电力设备监控中应用的研宄在国内也取得了一些成果，比如构成配电开关柜无线测温系统、设计变电站自动化系统的无线传感器网络等，但是这些方案有的扩展性不强、不能应用于大范围、数量多的电力设备监控，有的系统过于复杂、实际应用有难度。
[0004]针对上述问题，对现有的通讯网络进行改进，使其可以满足电力设备监测信息无线传输的同时具有较高的扩展性能。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种用于监测电力设备的无线网络结构，使其可以满足电力设备监测信息无线传输的同时具有较高的扩展性能。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，一种用于监测电力设备的无线网络结构，其特征在于:所述的无线网络结构为监测单个电力设备的多个传感器节点和相应的簇头节点组成以簇为单位的底层网络，再由各个簇头节点和汇聚节点组成顶层网络；顶层网络各个节点的数据通过节点间的无线中继路由汇聚到汇聚节点，汇聚节点再通过GPRS/Internet公众网络完成整个网络数据的远程传输。
[0007]所述的传感器节点设置在电力设备内需要监测的各个部位，并采用锂电池供电进行温度、湿度、电压和电流等信息的实时采集；
[0008]所述的无线网络结构对于每个监测的电力设备部署一个簇头节点，收集所有传感器节点数据，并通过其它簇头节点进行数据的中继转发。
[0009]所述的无线网络结构将汇聚节点设置在具有GPRS/Internet公众网络覆盖的地方，通过顶层网络的路由协议收集各个簇头节点数据，并通过GPRS/Internet公众网络远程传输监测数据。
[0010]所述的底层网络采用简单的星型网络结构。
[0011]所述的顶层网络采用网状网结构。
[0012]所述的顶层网络中每个簇头节点的数据由多个簇头的中继路由传输到汇聚节点。
[0013]所述的簇头节点上设有RF前端芯片增加发射功率。
[0014]所述的簇头节点上设有一个780MHz无线收发模块和一个2.4GHz无线收发模块，底层网络节点之间通过780MHz无线收发模块进行通信，顶层网络节点之间通过2.4GHz无线收发模块进行通信。
[0015]一种用于监测电力设备的无线网络结构，由于采用上述的结构，本实用新型的优点在于:1、节省了传感器节点的发射功率，延长了能量受限的传感器节点的生命周期，避免了与其它簇之间的无线通信干扰。2、保证了大规模无线监测网络的数据吞吐量。同时这种双频覆盖技术设计避免了底层网络和顶层网络之间的相互干扰。3、降低了通信开销和维护路由表的内存开销，提高了簇头节点数量较多时的通信实时性。4、减少了传输的数据量，减轻了网络的传输拥塞，降低了数据的传输延迟。而顶层网络通过多个簇头节点间的多跳路适合对电力系统中分布范围广、距离长、数量多的电力设备组建大规模的无线监控网络。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明；
[0017]图1为本实用新型一种用于监测电力设备的无线网络结构的结构示意图；
[0018]图2为本实用新型一种用于监测电力设备的无线网络结构中传感器节点的结构框图；
[0019]图3为本实用新型一种用于监测电力设备的无线网络结构中簇头节点的结构框图；
[0020]图4为本实用新型一种用于监测电力设备的无线网络结构中底层网络数据通信方式中的两轮示意图。
【具体实施方式】
[0021]本实用新型包括了监测单个电力设备的多个传感器节点和相应的簇头节点组成以簇为单位的底层网络，以及由各个簇头节点和汇聚节点组成的顶层网络。其中，单个底层网络完成单个电力设备监测数据的采集和融合，各个底层网络又作为单个节点构成顶层网络，顶层网络各个节点的数据通过节点间的无线中继路由汇聚到汇聚节点，汇聚节点通过GPRS/Internet公众网络完成整个网络数据的远程传输。其中:
[0022]传感器节点，部署在电力设备内需要监测的各个部位，并采用锂电池供电，完成温度、湿度、电压和电流等信息的实时采集；
[0023]簇头节点，监测的每个电力设备部署一个簇头节点，采用锂电池和太阳能电池双重供电机制，簇头节点完成簇内所有传感器节点数据的收集和融合，并通过其它簇头节点完成数据的中继转发；
[0024]汇聚节点，部署在具有GPRS/Internet公众网络覆盖的地方，通过顶层网络的路由协议完成各个簇头节点数据的收集，并通过GPRS/Internet公众网络完成监测数据的远程传输以实现远程监控。
[0025]每个电力设备构成单个底层网络，即由部署在电力设备上的多个传感器节点和单个簇头节点组成，底层网络采用简单的星型网络结构，具有低数据传输速率、无线传输距离短和低功耗的特点。
[0026]每个电力设备上的簇头节点和单个汇聚节点组成顶层网络，顶层网络采用网状网结构，具有高数据传输速率、无线传输距离长、数据能无线中继路由的特点。
[0027]底层网络中每轮数据传输包含N+2个时间片，第一个时间片为簇头节点发送数据、簇内所有传感器节点接收数据的时间，中间的N个时间片为N个传感器节点发送数据、簇头节点接收数据的时间，并且每个传感器节点对应一个时间片，最后一个时间片E传感器节点不作任何操作。
[0028]顶层网络中每个簇头节点的数据由多个簇头的中继路由传输到汇聚节点，通过多个簇头的中继路由增加顶层网络的传输距离。
[0029]传感器节点要完成监测部位的温度、湿度、电压和电流等数据的实时采集，然后传输到簇头节点。传感器节点监测状况分为正常情况和异常情况，正常情况下传感器采样周期以秒为单位，异常情况下传感器采样周期以毫秒为单位。传感器节点，平时处于休眠状态，只有在相应的接收数据和发送数据的时间片才唤醒完成监测数据的采集和数据的无线传输。
[0030]簇头节点具有RF前端芯片以增加发射功率，使得簇头节点的无线传输距离达到1000米以上。簇头节点具有一个780MHz无线收发模块和一个2.4GHz无线收发模块，底层网络节点之间通过780MHz无线收发模块进行通信，顶层网络节点之间通过2.4GHz无线收发