用于水电机组状态监测的无线传感器网络能量高效机制研究

论文摘要

随着我国经济的飞速发展,对电力的需求量越来越大。水电作为能量转换最有效的绿色能源,近年来不断被开发利用,水电机组的单机装机容量也不断增大,正逐步成为电网的主力机组,对电网安全运行产生着日益重要的影响。因此,水电机组运行的可靠性显得尤为重要和突出。无线传感器网络作为一种新的数据采集技术为水电机组状态监测提供了一种极佳的选择。但由于传感器节点采用电池供电,现有技术条件下电池的寿命不能满足无线传感器网络长期工作的需要,所以采用均衡网络节点消耗的能量、增加冗余节点、采用休眠机制、进行数据融合和数据压缩等机制高效的使用传感器节点的能量、延长网络的寿命是无线传感器网络用于水电机组状态监测必须解决的问题。针对以上需求,本文主要研究内容如下:首先,分析了无线传感器网络用于水电机组状态监测的优势,提出了针对水电机组状态监测的无线传感器网络系统结构,并分析总结了应用过程中的关键技术及延长网络寿命可采用的四种能量高效机制,为进一步的深入研究提供了基础。其次,为了解决整个网络节点能量均衡消耗的问题,研究了无线传感器网络能量多路径路由机制。通过对基于分层网络模型的能量多路径路由协议的分析,为解决其缺陷,提出了改进型能量多路径路由协议（IMP-EA）。以网络寿命和丢包率作为评价指标,对改进的能量多路径路由协议和其它3种路由协议进行了仿真实验。仿真结果表明,改进后的协议有效地延长了网络的生存时间,提高了数据转发效率,进一步均衡了整个网络的能量消耗。最后,为了解决靠近汇聚节点的节点能量消耗过快的问题,研究了冗余节点的分布对无线传感器网络寿命的影响。介绍了基于正六边形网格的分层网络结构;以网格作为网络的最小工作单元,研究了如何分配无线传感器网络的冗余节点来延长网络寿命;通过对网络寿命的分析,获得了由各层网格的冗余节点倍数向量Rn、1-n层节点倍增值Rt和分配剩余冗余节点的概率密度函数f（k）共同构成的网络冗余节点最优分布条件。通过对同一网络结构,但冗余节点按三种不同条件（最优分布、均匀分布和泊松分布）分布的网络进行了仿真分析,仿真结果表明冗余节点在最优分布条件下的网络寿命优于其它两种分布情况,从而实现了在节点数相同的情况下最大限度地延长网络寿命。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.4 无线传感器网络的应用
• 3 用于水电机组状态监测的网络的构建与应用分析
• 3.1 系统结构
• 3.2 应用中的关键技术
• 3.3 延长网络寿命的能量高效机制
• 3.4 小结
• 4 能量多路径路由研究
• 4.1 引言
• 4.2 多路径分层网络模型
• 4.3 改进的能量多路径路由机制（IMP-EA）
• 4.4 性能仿真
• 4.5 小结
• 5 冗余节点分布的研究
• 5.1 引言
• 5.2 网络功能分类
• 5.3 网络结构模型
• 5.4 冗余节点的最优分布
• 5.5 相关算法及节点分布
• 5.6 仿真实验
• 5.7 小结
• 6 总结
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 需进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位论文期间发表的论文目录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书