CN104735741A - 一种企业配用电安全无线传感网 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种企业配用电安全无线传感网，将多个ZigBee网络Sink节点划分为多个簇，每个簇内的ZigBee网络Sink节点采用星型拓扑结构连接，且每个簇内其中一个ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，多个簇的簇头节点之间采用线型拓扑结构连接，形成复合线状网络拓扑结构的无线传感器网络。本发明实现对企业配用电网络的有效控制与监测，方便企业管理人员实时的了解系统的详细运行状态、用电质量等信息，及时高效的排除突发的故障，获得有关配用电的合理建议，保证和提高电能质量、提升自动化、智能化水平。

Description

一种企业配用电安全无线传感网

技术领域

本发明涉及无线传感网领域，具体是一种企业配用电安全无线传感网。

背景技术

随着电力系统向高电压、大容量、互联网发展，对电力系统安全可靠性指标的要求也越来越高。尤其大型电力、冶金、煤炭等关系国民经济命脉的生产企业是电力能源的主要用户，停电事故、漏电危险、电能质量低下等隐患对电力设施安全、现场操作人员安全、大规模生产构成巨大威胁。

传统的电气设备检测手段采用的电力线载波、EPON有线光纤通信等传输方式，存在较明显的线路庞杂冗余，受地理位置和环境因素影响等弊端；同时现有的无线网络的路由算法一旦传输节点发生故障就必须重新启动路由查找链接过程，这会造成较大的能量消耗且效率较低，不符合企业配用电安全的实时性监测要求。

因此，建立一个可靠的实时性无线数据传感网络已成为企业配用电安全的一个迫切要求。

发明内容    本发明的目的是提供一种企业配用电安全无线传感网，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种企业配用电安全无线传感网，包括供智能诊断与决策支持系统服务器访问的工业以太网，工业以太网通过网络交换机与供用户访问的互联网通讯连接，其特征在于：还包括有多个ZigBee网络Sink节点，每个ZigBee网络Sink节点分别供多种配电电气设备传感器通讯接入，多个ZigBee网络Sink节点划分为多个簇，每个簇内包含数量相同的多个ZigBee网络Sink节点，每个簇内的ZigBee网络Sink节点采用星型拓扑结构连接，且每个簇内其中一个ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，多个簇的簇头节点之间采用线型拓扑结构连接，形成复合线状网络拓扑结构的无线传感器网络，且无线传感器网络中各个簇再依次通过WIFI无线局域网络、嵌入式网关与工业以太网通讯连接。

所述的一种企业配用电安全无线传感网，其特征在于：所述无线传感器网络中采用一种路由协议完成数据传输，所述路由协议的算法包括：

基于地理位置信息的簇的划分：所述无线传感器网络为分簇网络，每个簇内有一个簇头，簇内为第一层，簇间为第二层，根据物理位置信息进行簇划分，同一区域的多个ZigBee网络Sink节点划分为一个簇；

基于信号强度的节点判别规则：通过测量接收信号的场强值，利用已知信道衰落模型以及节点发射的场强值估算出信源节点到接收节点之间的距离，通过求解节点与节点之间的距离方程组，即能确定信源节点位置，从而确定对所接受的数据包的处理方式；

基于能量的簇头选举机制：在簇内总是选择能量最多的ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，当簇头节点发生故障时，簇内其他节点作为簇头节点的备用节点，通过簇头选举，重新选择新的簇头节点，提高了无线传感器网络的可靠性；

信源定位：为每一个ZigBee网络Sink节点确定全网唯一的标识，节点的物理位置信息相映射，将其作为传输数据的一部分传送给监控和预警平台，为用户及时发现问题，定位故障源提供有效支持。

本发明采用分布式互联的具有多种参量检测功能的新型传感器节点，可以完成多类数据的采集，降低成本，提高灵活性与可靠性。

采用通过个人无线局域网（WiFi）、短距自组无线网路（ZigBee）射频传输的路由算法，运用基于分簇的网络结构和基于能量的簇头选举机制，一旦某一传输节点发生故障，可以通过簇头的选举机制重新选择簇头，实现了传输节点的互为备份。新簇头向其他簇头广播变更信息，迅速建立新的路由，从而提高了系统的灵活性和鲁棒性。这种ZigBee与WiFi技术多网融合的无线网络，可以实现传感器数据的可靠传输；同时采取数据融合技术对多个传感器采集的数据进行处理和优化，大大提高了系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明网络结构示意图。

图2为本发明路由机制原理图。

具体实施方式

参见图1、图2所示，一种企业配用电安全无线传感网，包括供智能诊断与决策支持系统服务器访问的工业以太网，工业以太网通过网络交换机与供用户访问的互联网通讯连接，还包括有多个ZigBee网络Sink节点，每个ZigBee网络Sink节点分别供多种配电电气设备传感器通讯接入，多个ZigBee网络Sink节点划分为多个簇，每个簇内包含数量相同的多个ZigBee网络Sink节点，每个簇内的ZigBee网络Sink节点采用星型拓扑结构连接，且每个簇内其中一个ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，多个簇的簇头节点之间采用线型拓扑结构连接，形成复合线状网络拓扑结构的无线传感器网络，且无线传感器网络中各个簇再依次通过WIFI无线局域网络、嵌入式网关与工业以太网通讯连接。

无线传感器网络中采用一种路由协议完成数据传输，路由协议的算法包括：

基于地理位置信息的簇的划分：所述无线传感器网络为分簇网络，每个簇内有一个簇头，簇内为第一层，簇间为第二层，根据物理位置信息进行簇划分，同一区域的多个ZigBee网络Sink节点划分为一个簇；

基于信号强度的节点判别规则：通过测量接收信号的场强值，利用已知信道衰落模型以及节点发射的场强值估算出信源节点到接收节点之间的距离，通过求解节点与节点之间的距离方程组，即能确定信源节点位置，从而确定对所接受的数据包的处理方式；

基于能量的簇头选举机制：在簇内总是选择能量最多的ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，当簇头节点发生故障时，簇内其他节点作为簇头节点的备用节点，通过簇头选举，重新选择新的簇头节点，提高了无线传感器网络的可靠性；

信源定位：为每一个ZigBee网络Sink节点确定全网唯一的标识，节点的物理位置信息相映射，将其作为传输数据的一部分传送给监控和预警平台，为用户及时发现问题，定位故障源提供有效支持。

数据层的融合包括多传感器系统反映的直接数据及其必要的预处理或分析等过程, 如信号滤波、各种谱分析、小波分析等。特征层融合需要数据层的融合结果及电力设备诊断知识的融合结果。决策层融合的信息来源是特征层的数据融合结果和对策知识融合的结果, 根据决策层数据融合的结果, 实时显示企业配用电系统中每条线路的运行状态，并给出相应的故障诊断建议等。

对于多传感器系统来说，信息具有多样性和复杂性，因此，对信息融合方法的基本要求是具有鲁棒性和并行处理能力。此外，还有方法的运算速度和精度；与前续预处理系统和后续信息识别系统的接口性能；与不同技术和方法的协调能力；对信息样本的要求等。一般情况下，基于非线性的数学方法，如果它具有容错性、自适应性、联想记忆和并行处理能力，则都可以用来作为融合方法。

本发明采用产生式规则数据融合法，产生式规则其实就是产生式系统的主体，是产生式系统知识表示的核心。这里所说的“规则”，是指人们思维判断中的一种固定逻辑结构关系。基本形式为“IF A THEN B”，A是产生式的前提（前件），用于指出该产生式是否可用的条件，B是一组结论或操作（后件），用于指出当前提 A所指示的条件满足时，应该得出的结论或应该执行的操作。

Claims (2)

1.一种企业配用电安全无线传感网，包括供智能诊断与决策支持系统服务器访问的工业以太网，工业以太网通过网络交换机与供用户访问的互联网通讯连接，其特征在于：还包括有多个ZigBee网络Sink节点，每个ZigBee网络Sink节点分别供多种配电电气设备传感器通讯接入，多个ZigBee网络Sink节点划分为多个簇，每个簇内包含数量相同的多个ZigBee网络Sink节点，每个簇内的ZigBee网络Sink节点采用星型拓扑结构连接，且每个簇内其中一个ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，多个簇的簇头节点之间采用线型拓扑结构连接，形成复合线状网络拓扑结构的无线传感器网络，且无线传感器网络中各个簇再依次通过WIFI无线局域网络、嵌入式网关与工业以太网通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种企业配用电安全无线传感网，其特征在于：所述无线传感器网络中采用一种路由协议完成数据传输，所述路由协议的算法包括：

基于地理位置信息的簇的划分：所述无线传感器网络为分簇网络，每个簇内有一个簇头，簇内为第一层，簇间为第二层，根据物理位置信息进行簇划分，同一区域的多个ZigBee网络Sink节点划分为一个簇；

基于信号强度的节点判别规则：通过测量接收信号的场强值，利用已知信道衰落模型以及节点发射的场强值估算出信源节点到接收节点之间的距离，通过求解节点与节点之间的距离方程组，即能确定信源节点位置，从而确定对所接受的数据包的处理方式；

基于能量的簇头选举机制：在簇内总是选择能量最多的ZigBee网络Sink节点作为簇头节点，当簇头节点发生故障时，簇内其他节点作为簇头节点的备用节点，通过簇头选举，重新选择新的簇头节点，提高了无线传感器网络的可靠性；

信源定位：为每一个ZigBee网络Sink节点确定全网唯一的标识，节点的物理位置信息相映射，将其作为传输数据的一部分传送给监控和预警平台，为用户及时发现问题，定位故障源提供有效支持。