基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡應用研究

陳晨

[摘要]近些年我國經(jīng)濟與社會得到了較為長足的發(fā)展，這種發(fā)展同時也推動了我國科學技術(shù)的進步，無線傳感器網(wǎng)絡在電力系統(tǒng)中應用研究的進展正是得益于這一科學技術(shù)進步而實現(xiàn)的，本文就QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡應用進行了具體研究，希望能夠以此推動我國電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

[關(guān)鍵字]QoS 智能配電網(wǎng) 無線傳感網(wǎng)絡

前言：所謂智能配電網(wǎng)，指的是一種現(xiàn)代化的、允許雙向電力流動的電網(wǎng)平臺和遍及系統(tǒng)的雙向通信網(wǎng)絡平臺，其能夠有效實現(xiàn)電網(wǎng)運行和資源運用的優(yōu)化，現(xiàn)已成為世界范圍內(nèi)諸多國家的國家戰(zhàn)略。在我國智能配電網(wǎng)的發(fā)展中，一種以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以信息化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新“堅強智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃在我國已經(jīng)取得了不俗的成果，而為了能夠進一步推動我國“堅強智能電網(wǎng)”的發(fā)展，本文基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡應用進行了具體研究。

一、智能配電網(wǎng)概述

智能配電網(wǎng)本身集成了先進通信、計算機、電氣控制等技術(shù)形式，并以電力基礎(chǔ)設備為根本構(gòu)成了復雜的網(wǎng)絡。在智能配電網(wǎng)的各類數(shù)據(jù)中，不同的數(shù)據(jù)對于通信網(wǎng)絡傳輸性能有著不同的QoS需求，總的來說，智能配電網(wǎng)數(shù)據(jù)可以分為實時操作通信數(shù)據(jù)、管理操作通信數(shù)據(jù)和管理通信數(shù)據(jù)兩種，而在本文這一基于服務質(zhì)量的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡應用的研究，本文提出了一種配電網(wǎng)通信的無線傳感器拓撲結(jié)構(gòu)，能夠滿足不同實時性配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的QoS需求。

二、智能配電網(wǎng)通信WSN拓撲結(jié)構(gòu)

在我國當下的配電網(wǎng)設備分布中，配電系統(tǒng)整體架構(gòu)分散與大量電力用戶和配電設備密集分布于配用電區(qū)域內(nèi)是其本身具備的兩方面特點，而結(jié)合這兩方面特點本文提出了一種采用有線與無線通信相結(jié)合的配電網(wǎng)通信無線傳感器拓撲構(gòu)架，這一配電網(wǎng)通信無線傳感器拓撲構(gòu)架能夠?qū)崿F(xiàn)，采用一個或多個的無線傳感器子網(wǎng)實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸終端/路由器的全覆蓋。

三、配電網(wǎng)WSN的QoS-MAC機制與建模

3.1無線傳感器的QoS-MAC信道訪問機制

為了能夠在無線傳感器協(xié)議的MAC層信道機制中實現(xiàn)QoS支持，并實現(xiàn)無線傳感器子網(wǎng)數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，筆者結(jié)合配電網(wǎng)通信數(shù)據(jù)的需求特點，制定了每個配電網(wǎng)通信節(jié)點設置2個數(shù)據(jù)緩沖隊列與在MAC層載波偵聽多點接入/沖突避免機制等兩種規(guī)則。在第一個規(guī)則中，其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)先發(fā)送與實時數(shù)據(jù)與非實時數(shù)據(jù)的分別存放，這一功能能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點內(nèi)不同實時性數(shù)據(jù)的QoS支持；而在第二個規(guī)則中，其能夠?qū)崿F(xiàn)為實施數(shù)據(jù)設置較小的退避時間與退避次數(shù)并為非實時數(shù)據(jù)設置相反的退避時間和退避次數(shù)，這樣就能夠解決網(wǎng)絡節(jié)點間的信道競爭QoS支持.這一無線傳感器的QoS-MAC信道訪問機制的設計，在不增加網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信開銷的情況下，增加無線傳感器對實時性QoS的支持。

3.2 QoS-MAC機制數(shù)據(jù)模型

為了能夠較好的實現(xiàn)基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡應用，還需對QoS-MAC機制數(shù)據(jù)模型進行具體研究。

3.2.1節(jié)點內(nèi)緩沖隊列狀態(tài)數(shù)學模型

在節(jié)點內(nèi)緩沖隊列狀態(tài)數(shù)學模型的建立中，我們需要根據(jù)配電網(wǎng)無線傳感器的通信需求建立實時和非實時2種數(shù)據(jù)的存放緩沖隊列，這兩種數(shù)據(jù)的存放隊列在建設中需要結(jié)合馬爾可夫鏈建立節(jié)點的緩沖隊列模型。根據(jù)馬爾可夫鏈模型，我們可以得出各配電網(wǎng)無線傳感器節(jié)點的狀態(tài)頻率方程組，而通過對這一方程組的計算，我們可以得出節(jié)點內(nèi)緩沖隊列狀態(tài)數(shù)學模型如下所示。（1）

四、配電網(wǎng)通信WSN的性能分析數(shù)據(jù)模型

為了能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)通信無線傳感器的性能進行分析，我們需要對配電網(wǎng)通信無線傳感器的有效吞吐率、非實時數(shù)據(jù)傳輸延時、數(shù)據(jù)包傳輸失敗概率等進行具體的模型分析。這其中有效吞吐率是衡量網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)包傳輸可靠性的參數(shù)、非實時數(shù)據(jù)傳輸延時指的是傳輸過程中新產(chǎn)生實時數(shù)據(jù)傳輸時間、而數(shù)據(jù)包傳輸失敗概率則是關(guān)系到網(wǎng)絡可靠性和穩(wěn)定性的重要指標，這里介于篇幅原因，我們主要對數(shù)據(jù)包傳輸失敗概率進行數(shù)據(jù)模型建設，F(xiàn)₀=（1-p⁰_i）^K₀代表發(fā)送實時數(shù)據(jù)節(jié)點的數(shù)據(jù)包傳輸失敗概率，而F₁=（1-p¹_i）^K₁則代表發(fā)送非實時數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)據(jù)包傳輸失敗概率。

結(jié)論：本文提出了提出了一種配電網(wǎng)通信的無線傳感器拓撲結(jié)構(gòu)，希望能夠以此實現(xiàn)基于QoS的智能配電通信無線傳感器網(wǎng)絡應用，并推動我國電力系統(tǒng)的相關(guān)發(fā)展。