發(fā)布時(shí)間：2020-08-20 17:06

【摘要】：智能用電是智能電網(wǎng)的重要組成部分,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是支撐智能用電系統(tǒng)的重要通信技術(shù)之一,智能用電的行業(yè)性特點(diǎn)對WSN研究提出了新的挑戰(zhàn)。論文結(jié)合智能用電業(yè)務(wù)特點(diǎn),開展面向智能用電的WSN關(guān)鍵技術(shù)研究,對于智能電網(wǎng)建設(shè)以及WSN技術(shù)行業(yè)化應(yīng)用具有重要理論參考意義。首先針對智能用電信息采集業(yè)務(wù)的通信服務(wù)質(zhì)量問題,分析了用電信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性,從理論上證明了用電信息數(shù)據(jù)滿足壓縮感知建模條件；建立了智能用電低壓用電信息的壓縮感知模型；并在模型基礎(chǔ)上提出了一種基于雙正交小波矩陣和隨機(jī)高斯矩陣的用電信息的壓縮感知算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明用電信息壓縮感知模型及其算法能夠有效保持原始數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)并有效減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量。其次針對智能用電WSN的擁塞控制問題,從數(shù)據(jù)聚合出發(fā)提出一種數(shù)據(jù)壓縮感知的擁塞控制算法,通過數(shù)據(jù)源壓縮減少網(wǎng)絡(luò)通信量實(shí)現(xiàn)擁塞控制；從速率控制出發(fā)提出一種流量預(yù)測的擁塞控制算法,通過局部和全局的節(jié)點(diǎn)速率控制實(shí)現(xiàn)擁塞控制。仿真實(shí)驗(yàn)表明算法能夠改善網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)下的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(性能。然后針對智能用電WSN的功率控制問題,在實(shí)驗(yàn)分析功率控制對用電信息業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量影響和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?dǎo)致節(jié)點(diǎn)間干擾影響基礎(chǔ)上,提出一種基于業(yè)務(wù)分級的自適應(yīng)功率控制算法。算法采用業(yè)務(wù)分級策略保證不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求,同時(shí)通過自適應(yīng)功率調(diào)整機(jī)制減少節(jié)點(diǎn)間干擾影響,仿真實(shí)驗(yàn)表明算法功率控制的有效性。最后針對智能用電WSN的路由優(yōu)化問題,在構(gòu)建基于匯聚節(jié)點(diǎn)跳數(shù)、節(jié)點(diǎn)剩余能量和區(qū)域能量的混合虛擬勢能場模型基礎(chǔ)上,提出一種區(qū)域能量混合勢能場路由優(yōu)化算法,將區(qū)域能量混合勢能場虛擬力作為路由選擇中下一跳節(jié)點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)以均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量消耗,仿真實(shí)驗(yàn)表明算法能夠均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5;TP212.9;TM76
【圖文】：

圖１－１多路分流類擁塞控制原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍｕｌｔｉ－ｐａｔｈ邋ｄｉｖｉｄｅｄ－ｆｌｏｗ邋ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑如圖１－１所示，在網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)下，構(gòu)建新的傳輸路徑進(jìn)行傳輸，更多節(jié)點(diǎn)參與逡逑路徑構(gòu)建與數(shù)據(jù)傳輸，減少了單一路徑的傳輸數(shù)據(jù)量并增大了網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，因此逡逑將緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。多路分流類典型算法（或協(xié)議）有ＡＲＣ［Ｗ、ＣＡＲｔ４７ｌ、ＢＧＲｔＷ和逡逑多媒體ＷＳＮ多路徑方法ｔＷ。逡逑ＡＲＣｌＷ采用冗余節(jié)點(diǎn)構(gòu)建非最優(yōu)路由轉(zhuǎn)發(fā)路徑實(shí)現(xiàn)擁塞區(qū)域內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)量分逡逑流。算法在擁塞狀態(tài)下啟動冗余節(jié)點(diǎn)，在擁塞區(qū)域附近構(gòu)建多條可用轉(zhuǎn)發(fā)路徑，擁逡逑塞信息沿原最優(yōu)路徑向上游節(jié)點(diǎn)反向反饋，尋找符合條件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建分流路徑，分逡逑流路徑在繞開擁塞區(qū)域后將與原最優(yōu)路徑匯合節(jié)點(diǎn)靠拔，仍然使用原最優(yōu)路徑未擁逡逑塞段傳輸數(shù)據(jù)；若解除擁塞狀態(tài)后，將向數(shù)據(jù)分流點(diǎn)發(fā)送解除多路分流控制信息，逡逑恢復(fù)使用原最優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。逡逑ＣＡＲＩ４７１采用與ＡＲＣｔＷ相近方法，實(shí)現(xiàn)分優(yōu)先級數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿砣刂�。算法在擁逡逑塞狀態(tài)下使用原最優(yōu)路徑傳輸高優(yōu)先級數(shù)據(jù)，同時(shí)構(gòu)建用于新分流的次優(yōu)路徑對低逡逑優(yōu)先級數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸

２．３．１邋ＷＳＮ用電信息采集分析逡逑在用電信息采集網(wǎng)絡(luò)中，主要包括主站、集中器、采集器Ｗ及智能電表終端ｆｗｉ，逡逑典型拓化如圖２－２所示。逡逑（＇＇１邋主逡逑去站逡逑Ｖ邐集中器逡逑．．．．：；＊：：；：：：－■－．逡逑Ｖ集中器邐／＇擊＼邐＼逡逑．．．＂＊邐吸邐宙采集器逡逑ｍ邋：邐—逡逑ｍ邐念逡逑嫩采集器逡逑圖２－２用電信息采集ＷＳＮ拓?fù)鋱D逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋ＷＳＮ邋ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋ｐｏｗｅｒ邋ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｇａｔｈｅｒｉｎｇ逡逑圖２－２為用電信息采集ＷＳＮ拓?fù)鋱D，公用配電變壓器臺區(qū)作為采集系統(tǒng)的基逡逑本組成單元，每個(gè)配電變壓器安裝一臺集中器，集中器連接采集器，采集器連接智逡逑能電表。先由采集器按照預(yù)定時(shí)間間隔采集周圍相連的居民電能表及單相和Ｈ逡逑相非居民用戶電能表）計(jì)量數(shù)據(jù)或信息，然后集中器通過電力載波通信方式收集和逡逑匯總各采集器的信息，最后由集中器將相關(guān)配電臺區(qū)所轄的用戶通過ＷＳＮ通信方逡逑式，將用電信息上傳至系統(tǒng)主站實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的自動抄收。逡逑用電信息采集ＷＳＮ方案中，電能數(shù)據(jù)從電能表匯聚到采集器，再由集中器采逡逑集通過ＷＳＮ上傳至系統(tǒng)主站，這種傳輸方式ｙ？及頻繁的采集導(dǎo)致ＷＳＮ數(shù)據(jù)量龐大，逡逑ＷＳＮ在集中器節(jié)點(diǎn)處易發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞

周期的采集數(shù)據(jù)作為ＣＳ理論數(shù)據(jù)壓縮的壓縮對象，選取適當(dāng)?shù)南∈杈仃�，�?shí)現(xiàn)采逡逑集數(shù)據(jù)的稀疏表示，通過傳遞為數(shù)不多的稀疏矩陣數(shù)據(jù)替代原數(shù)據(jù)，達(dá)到降低ＷＳＮ逡逑數(shù)據(jù)量的目的，ＷＳＮ壓縮感知模型分析示例如圖２－４所示。逡逑ｙ邋重構(gòu)尶法＞邋Ｊ－逡逑＇？丟逡逑ｙ邋＝奪NB邋ｆ逡逑集中器逡逑，１邐＼采集昂逡逑ｉ采集器逡逑圖２－４邋ＷＳＮ壓縮感知模型逡逑Ｆｉｇ．邋２－４邋ＷＳＮ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ邋ｓｅｎｓｉｎｇ邋ｍｏｄｅｌ逡逑在圖２－４的ＷＳＮ壓縮感知模型的數(shù)據(jù)傳輸中，矩陣Ｆｎｘｐ＝品．．．，方．．，．７，］，，為采集逡逑數(shù)據(jù)，表示集中器下有《個(gè)用戶Ｗ及每個(gè)用戶每天采集Ｐ次：向量；；為第ｙ采樣周期逡逑？個(gè)用戶采集數(shù)據(jù)；為觀測矩陣，＝［；，．．．，；．．．，；Ｕｐ為壓縮感知后的傳輸系數(shù)逡逑矩陣，0為重構(gòu)方法；矩陣表示主站接收到壓縮感知系數(shù)后對的重構(gòu)數(shù)逡逑據(jù)。逡逑設(shè)每個(gè)用戶數(shù)據(jù)為Ｗ字節(jié)（對應(yīng)矩陣中元素ａ。．）且７；．與采用相同數(shù)據(jù)格式存逡逑儲（＞；＆．也占用Ｗ字節(jié)）。若按照現(xiàn)有傳輸方式直接將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到主站，則一逡逑天的傳輸通信總量為（ｎｘｐｘｗ）字節(jié)；若按照壓縮感知方式傳輸則只需要發(fā)送壓縮數(shù)逡逑據(jù)矩陣｝；到主站

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 于凱;謝志軍;金光;唐建華;;基于功率控制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2013年09期

2 池智偉;張穎;鄭州;;數(shù)據(jù)壓縮在用電信息采集遠(yuǎn)程通信中的應(yīng)用[J];電力信息化;2013年04期

3 張大鵬;康會莉;王新生;;WSNs中一種基于EIETX的自適應(yīng)功率控制的機(jī)會路由[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年03期

4 任智;徐中浩;曹建玲;陳前斌;;基于跨層設(shè)計(jì)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能雙向梯度路由算法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2013年01期

5 曹軍威;萬宇鑫;涂國煜;張樹卿;夏艾tD;劉小非;陳震;陸超;;智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2013年01期

6 曹敏;李波;畢志周;陳波;張建偉;;低壓電力線載波通信性能測試方法研究[J];電測與儀表;2012年10期

7 王坤赤;鄭月節(jié);徐晨;周暉;慶棟良;;一種改進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最小跳數(shù)路由協(xié)議[J];傳感器與微系統(tǒng);2012年08期

8 黨小超;閻林;;基于短相關(guān)ARIMA模型的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測[J];計(jì)算機(jī)工程;2012年13期

9 胡莘;程良倫;;一種基于ARIMA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量預(yù)測方法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2012年06期

10 陳志濤;;淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用;2012年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 沈躍;基于壓縮感知理論的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測與壓縮方法研究[D];江蘇大學(xué);2012年

2 唐亮;壓縮感知及其在超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 劉國華;基于壓縮傳感的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

2 王彪;壓縮傳感中的觀測矩陣研究[D];天津理工大學(xué);2012年

3 韓軍偉;電力無線通信網(wǎng)路由優(yōu)化研究[D];華北電力大學(xué);2012年

4 苗桂君;壓縮感知電能質(zhì)量信號采樣與檢測方法研究[D];北京化工大學(xué);2011年

5 董夢麗;WSN環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測模型研究[D];南京郵電大學(xué);2011年

6 徐文君;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化協(xié)議研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

本文編號：2798220