智能電網(wǎng)是對于傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造和升級。借助無線傳感網(wǎng),智能電網(wǎng)可以有效改善傳統(tǒng)電網(wǎng)在供能效率、能源經(jīng)濟性、能源安全以及環(huán)境友好等方面的不足。受覆蓋范圍和傳輸速率的制約,無線傳感網(wǎng)主要服務(wù)于電網(wǎng)的配電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié),支持高級計量基礎(chǔ)設(shè)施（Advanced Metering Infrastructure,AMI）、需求側(cè)響應(yīng)（Demand Response,DR）和配電自動化（Distribution Automation,DA）等應(yīng)用。由于無線傳感網(wǎng)本身資源受限,而智能電網(wǎng)具體應(yīng)用的業(yè)務(wù)特點和通信要求多樣,因此在實際部署前往往需要進行理論分析。目前針對智能電網(wǎng)的無線傳感網(wǎng)理論研究工作存在以下局限和不足:1)大多數(shù)傳統(tǒng)無線傳感網(wǎng)理論模型及優(yōu)化算法沒有明確應(yīng)用場景,且忽視無線傳感器設(shè)備的實際性能參數(shù),導(dǎo)致研究結(jié)果不適用于智能電網(wǎng)應(yīng)用場景;2)智能電網(wǎng)中新應(yīng)用的加入以及新舊設(shè)備的替換會引起無線傳感網(wǎng)規(guī)模和負(fù)載的變化,而傳統(tǒng)信道接入?yún)?shù)優(yōu)化算法無法有效分辨數(shù)據(jù)包送達(dá)率的變化是由信道接入的隨機性引起還是源于無線傳感網(wǎng)負(fù)載的變化,因此無法應(yīng)對智能電網(wǎng)應(yīng)用場景中的無線傳感網(wǎng)負(fù)載變化問題。3)傳統(tǒng)針對智能... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)

緒論2圖1.1無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)Figure1.1Structureofwirelesssensornode（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通常包含半功能節(jié)點、全功能節(jié)點、協(xié)調(diào)節(jié)點和路由節(jié)點。典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系包含現(xiàn)場的監(jiān)測區(qū)域和遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心，二者之間依靠互聯(lián)網(wǎng)連接。在監(jiān)測區(qū)域，大量的無線傳感器節(jié)點部署在檢測目標(biāo)內(nèi)部或者附近。由于傳感器節(jié)點通常是廉價的微型嵌入式節(jié)點，受到節(jié)點體積、制造成本和能量供給等因素的限制，其通信距離一般較短，只能與通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點交換數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點在捕捉到信息后將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給自己的鄰居節(jié)點，由鄰居節(jié)點再進行轉(zhuǎn)發(fā)。通過若干次的轉(zhuǎn)發(fā)，監(jiān)測數(shù)據(jù)最終到達(dá)匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點通過互聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心。圖1.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure1.2Structureofwirelesssensornetworksystem如圖所示，監(jiān)測區(qū)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包含兩種節(jié)點，傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點。傳感器節(jié)點具有感知能力和通信能力，也可以進行簡單的數(shù)據(jù)處理和有限的數(shù)據(jù)存儲。此外，傳感器節(jié)點的能量模塊普遍由微型電池夠成。匯聚節(jié)點負(fù)責(zé)接收監(jiān)測區(qū)域內(nèi)所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測信息，進行匯總后發(fā)送給上層網(wǎng)絡(luò)。相比于普通的傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點擁有充足的計算能力以及存儲能力。此外，匯聚節(jié)點的電能往往由大容量電池或者電路提供。2．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧包含通信部分和管理部分。通信部分的協(xié)議一共包含五層，從底層到頂層分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。管理部分

緒論3的協(xié)議包含三個跨層平面，即電源管理平面、連接管理平面、任務(wù)管理平面。這些層用于管理網(wǎng)絡(luò)連接，并允許節(jié)點協(xié)同工作以提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率。圖1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)Figure1.3Structureofwirelessssensornetworkprotocal物理層是無線傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的最底層通道。物理層負(fù)責(zé)產(chǎn)生載波頻率，進行頻率選擇，信號檢測，信號調(diào)制以及數(shù)據(jù)加密的工作。此外，物理層還負(fù)責(zé)從傳感器模塊收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在無線傳感器節(jié)點進行通信的過程中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收消耗能量最大，因此物理層對于節(jié)點能耗效率以及生存時間的影響非常重要。數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)媒體接入控制（MediumAccessControl，MAC）以及差錯控制。節(jié)點之間成功發(fā)送數(shù)據(jù)包需要建立可靠的通信鏈路并且目標(biāo)節(jié)點可以收到完整無誤的數(shù)據(jù)包。媒體接入?yún)f(xié)議的作用就是幫助節(jié)點之間建立起可靠的通信鏈路，并且保證在有限的帶寬中所有節(jié)點都可以公平有效地接入信道。常用的MAC協(xié)議可以按照接入方式分為競爭接入和非競爭接入。競爭接入是指需要傳輸數(shù)據(jù)包的節(jié)點對信道進行嘗試接入，如果信道空閑則接入成功，反之則接入失敗。非競爭接入方式是指節(jié)點按照預(yù)先規(guī)定的時間進行接入，無需與其他節(jié)點競爭。由于數(shù)據(jù)包在無線信道的傳輸中容易受到噪聲的干擾，因此數(shù)據(jù)鏈路層的檢錯糾錯機制可以用于對節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包進行檢錯和糾錯。常用的檢錯糾錯模式有前向錯誤修正（ForwardErrorCorrection，F(xiàn)EC)和自動重復(fù)請求（AutomaticRepeatRequest，ARQ）。前者的方式是在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中加入冗余信息，接收節(jié)點在收到數(shù)據(jù)包后可以根據(jù)冗余信息檢查數(shù)據(jù)包是否有錯誤并進行糾錯。后者是發(fā)送節(jié)點對已發(fā)送的數(shù)據(jù)包臨時保留，當(dāng)接收節(jié)點收到數(shù)據(jù)包檢查沒有錯誤后回復(fù)確認(rèn)信息。如果發(fā)送節(jié)點在

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于效用分類的智能電網(wǎng)實時電價算法[J]. 原冠秀,高巖,王宏杰.  上海理工大學(xué)學(xué)報. 2020(01)
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本文編號：3333415