基于数据融合的WSN在智能电网中的应用研究

发布时间：2020-10-08 22:41

　　无线传感器网络的特点是造价低廉、能耗低、扩展能力强。应用在输电线路监测上,可以做到无需人工干预,降低系统建设以及运营成本。无线传感器网络在输电线路状态监测的应用场景中,需要网络有一定的生存时间。但是传感器节点所携带的电池能够提供的能量十分有限。所以将数据融合以及分簇路由算法引入到输电线路状态监测网络中,可以提高数据传输效率,降低网络能耗。本文针对输电线路状态监测数据的传输,提出了基于节点能量以及节点之间距离均衡优化算法。通过引入距离门限值来避免长链的产生,减少数据传输的跳数。根据簇内节点所携电池的剩余能量、节点之间的距离选择合适的簇首节点。在已选出的簇首工作一段时间后,其所携带电池剩余能量达到设定阈值时,启动新一轮的簇首选择流程,及时有效的选择出新的簇首节点。使得簇内各个节点消耗能量水平相近,从而延长输电线路监测网络的生命周期。本文采用D-S证据理论与BP神经网络结合的数据融合方式,处理簇首节点数据。利用BP神经网络算法具有自学习,能够进行分布式处理且无需先验信息的特点,进行多路传感器数据融合。采用特征层以及决策层两层融合,充分利用了BP神经网络以及D-S证据理论的优点,以BP神经网络的输出作为D-S证据理论的证据,准确提取出节点所处安全状态的关键信息,根据节点现在的安全状况,推测出未来可能发生安全事故的概率。针对提出的路由算法应用MATLAB进行仿真实验,模拟数据在输电线路监测系统进行传输。通过对比不同路由算法在网络消耗的能量、数据传输量以及节点存活个数三个方面的表现,可以得出本文提出的路由算法可以降低节点传输数据的能耗,扩大节点的数据传输量,延长网络的寿命。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM76;TP212.9;TN929.5
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无线传感器网络在输电线路应用的研究现状
        1.2.2 无线传感器网络的路由协议研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第2章无线传感器网络以及路由算法研究
    2.1 无线传感器网络概述
        2.1.1 无线传感器网络的体系架构
        2.1.2 无线传感器网络的特点
    2.2 无线传感器网络中的路由算法
        2.2.1 平面路由算法
        2.2.2 层次路由算法
    2.3 本章小结
第3章输电线路中基于能量优化的分簇路由算法
    3.1 输电线路监测系统网络结构设计
    3.2 分簇路由算法的选取
    3.3 分簇路由算法在解决长链问题中的应用
        3.3.1 输电线路监测系统中传感器节点能量消耗
        3.3.2 解决方案
    3.4 簇首的选取
    3.5 簇首轮换阶段
    3.6 本章小结
第4章输电线路状态监测网络中的数据融合
    4.1 数据融合的作用
    4.2 数据融合的模型
        4.2.1 功能模型
        4.2.2 状态模型
        4.2.3 属性模型
    4.3 影响数据融合算法的因素
        4.3.1 节点资源的限制
        4.3.2 数据的有效性
        4.3.3 数据传输的实时性
    4.4 基于神经网络的数据融合算法
    4.5 针对输电线路传输设计的数据融合过程
        4.5.1 特征层上的数据融合
        4.5.2 决策层上的数据融合
        4.5.3 具数据融合实现过程
    4.6 本章小结
第5章算法的仿真实验与结果分析
    5.1 实验场景设置
    5.2 仿真结果与分析
        5.2.1 网络消耗能量对比
        5.2.2 数据传输量对比
        5.2.3 节点存活个数对比
    5.3 本章小结
第6章总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

【参考文献】