面向智能电网业务与应用的无线传感网若干理论方法研究

发布时间:2021-08-10 04:03
  智能电网是对于传统电网的改造和升级。借助无线传感网,智能电网可以有效改善传统电网在供能效率、能源经济性、能源安全以及环境友好等方面的不足。受覆盖范围和传输速率的制约,无线传感网主要服务于电网的配电环节和用电环节,支持高级计量基础设施(Advanced Metering Infrastructure,AMI)、需求侧响应(Demand Response,DR)和配电自动化(Distribution Automation,DA)等应用。由于无线传感网本身资源受限,而智能电网具体应用的业务特点和通信要求多样,因此在实际部署前往往需要进行理论分析。目前针对智能电网的无线传感网理论研究工作存在以下局限和不足:1)大多数传统无线传感网理论模型及优化算法没有明确应用场景,且忽视无线传感器设备的实际性能参数,导致研究结果不适用于智能电网应用场景;2)智能电网中新应用的加入以及新旧设备的替换会引起无线传感网规模和负载的变化,而传统信道接入参数优化算法无法有效分辨数据包送达率的变化是由信道接入的随机性引起还是源于无线传感网负载的变化,因此无法应对智能电网应用场景中的无线传感网负载变化问题。3)传统针对智能... 

【文章来源】:北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:126 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

面向智能电网业务与应用的无线传感网若干理论方法研究


无线传感器节点结构

网络系统


绪论2图1.1无线传感器节点结构Figure1.1Structureofwirelesssensornode(2)无线传感器网络系统结构无线传感器网络中的节点通常包含半功能节点、全功能节点、协调节点和路由节点。典型的传感器网络体系包含现场的监测区域和远程的监控中心,二者之间依靠互联网连接。在监测区域,大量的无线传感器节点部署在检测目标内部或者附近。由于传感器节点通常是廉价的微型嵌入式节点,受到节点体积、制造成本和能量供给等因素的限制,其通信距离一般较短,只能与通信范围内的邻居节点交换数据。传感器节点在捕捉到信息后将监测数据发送给自己的邻居节点,由邻居节点再进行转发。通过若干次的转发,监测数据最终到达汇聚节点。汇聚节点通过互联网将监测数据转发至远端的监控中心。图1.2无线传感网络系统结构Figure1.2Structureofwirelesssensornetworksystem如图所示,监测区域的无线传感器网络主要包含两种节点,传感器节点和汇聚节点。传感器节点具有感知能力和通信能力,也可以进行简单的数据处理和有限的数据存储。此外,传感器节点的能量模块普遍由微型电池够成。汇聚节点负责接收监测区域内所有传感器节点的监测信息,进行汇总后发送给上层网络。相比于普通的传感器节点,汇聚节点拥有充足的计算能力以及存储能力。此外,汇聚节点的电能往往由大容量电池或者电路提供。2.无线传感器网络协议层次无线传感器网络的协议栈包含通信部分和管理部分。通信部分的协议一共包含五层,从底层到顶层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。管理部分

协议结构,数据包,节点


绪论3的协议包含三个跨层平面,即电源管理平面、连接管理平面、任务管理平面。这些层用于管理网络连接,并允许节点协同工作以提高网络的整体效率。图1.3无线传感器网络协议结构Figure1.3Structureofwirelessssensornetworkprotocal物理层是无线传感器节点发送数据和接收数据的最底层通道。物理层负责产生载波频率,进行频率选择,信号检测,信号调制以及数据加密的工作。此外,物理层还负责从传感器模块收集的监测数据。在无线传感器节点进行通信的过程中,数据的发送和接收消耗能量最大,因此物理层对于节点能耗效率以及生存时间的影响非常重要。数据链路层主要负责媒体接入控制(MediumAccessControl,MAC)以及差错控制。节点之间成功发送数据包需要建立可靠的通信链路并且目标节点可以收到完整无误的数据包。媒体接入协议的作用就是帮助节点之间建立起可靠的通信链路,并且保证在有限的带宽中所有节点都可以公平有效地接入信道。常用的MAC协议可以按照接入方式分为竞争接入和非竞争接入。竞争接入是指需要传输数据包的节点对信道进行尝试接入,如果信道空闲则接入成功,反之则接入失败。非竞争接入方式是指节点按照预先规定的时间进行接入,无需与其他节点竞争。由于数据包在无线信道的传输中容易受到噪声的干扰,因此数据链路层的检错纠错机制可以用于对节点接收到的数据包进行检错和纠错。常用的检错纠错模式有前向错误修正(ForwardErrorCorrection,FEC)和自动重复请求(AutomaticRepeatRequest,ARQ)。前者的方式是在传输的数据包中加入冗余信息,接收节点在收到数据包后可以根据冗余信息检查数据包是否有错误并进行纠错。后者是发送节点对已发送的数据包临时保留,当接收节点收到数据包检查没有错误后回复确认信息。如果发送节点在

【参考文献】:
期刊论文
[1]基于效用分类的智能电网实时电价算法[J]. 原冠秀,高岩,王宏杰.  上海理工大学学报. 2020(01)
[2]基于效用函数的电力普遍服务综合效用评价[J]. 李春杰,程艳从,赵会茹.  电力系统自动化. 2012(22)



本文编号:3333415

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