面向智能配电网数据通信的无线传感器网络拥塞控制研究

摘要

具有低成本、无布线、自然隔离、易于维护特点的无线传感器网络是智能电网数据通信实践的未来发展趋势。将无线传感器网络用于智能配电网数据通信中具有很好的研究意义与应用价值。由于配电网感知事件的数据存在着突发性特点，且并发数据流互相干扰，均可能造成无线传感器网络数据通信路由路径发生拥塞，导致数据传输延时增大、丢包数量增多等诸多问题的出现，影响智能配电网安全运行。本文面向智能配电网的无线传感器网络的拥塞控制问题，对无线传感器网络实时可靠性服务质量保证机制进行了研究。
　　本文主要研究工作如下:
　　1、对配电自动化系统结构、智能配电网数据通信要求、无线传感器网络架构进行了分析。对智能配电网无线传感器网络的结构进行了设计，分析了造成无线传感器网络数据拥塞的主要因素。
　　2、针对MAC层拥塞问题，将配电网数据按不同传输优先级进行分类，以建立无线传输信道不公平竞争机制。基于非线性流体流量模型，在传统的缓冲队列管理算法基础上，应用一种整体动态拥塞控制策略，设计了一种基于迭代思想的滑模学习控制器进行拥塞控制，从对参考信号的跟踪性能、丢包率和控制信号等指标与传统滑模控制器进行性能比较，并对控制效果进行讨论。
　　3、在建立的拥塞控制策略基础上，提出MAC层性能评价体系，依据IEEE802.15.4标准MAC协议，建立相关评价网络性能的数学模型，在仿真实验中通过网络吞吐率、网络有效吞吐率、信道冲撞率和网络通信延时等性能指标，对MAC层拥塞控制方法的有效性进行评价。
　　4、针对网络层拥塞，根据智能配电网通信性能要求的约束条件，建立了一种智能配电网无线传感器网络数据传输最优路径通信模型。利用庞特里雅金极值的方法构建出所设计智能配电网无线传感器网络通信模型的哈密尔顿函数，通过对极值条件存在的分析，判断路径是否在最优路径，最后给出了最优控制模型的求解过程。通过算例分析和性能对比仿真实验，验证所提出的方法在数据传输延时、网络传输能力以及接受数据的错误率的数据通信性能上均匀优势，对从网络层的层面缓解网络出现的拥塞是有效的。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 智能配电网研究现状

1．2．2 无线传感器网络在智能配电网中的研究现状

1．2．3 拥塞控制技术在无线传感器网络中的研究现状

1．3 本文工作及内容安排

第二章 面向智能配电网的无线传感器网络通信需求分析

2．1 配电网自动化系统结构特点和需求

2．2 智能配电网通信需求

2．2．1 智能配电网数据通信需求

2．2．2 智能配电网终端设备通信需求

2．3 面向智能配电网的无线传感器网络结构方案

2．3．1 面向智能配电网的无线传感器网络结构需求

2．3．2 面向智能配电网的无线传感器网络结构设计

2．3．3 结构方案分析与拥塞问题

2．4 本章小结

第三章 智能配电网无线传感器网络MAC层拥塞控制方法研究

3．1 拥塞控制策略

3．1．1 单一缓冲队列模型描述

3．1．2 实时数据控制策略

3．1．3 非实时数据控制策略

3．2 滑模控制器设计

3．2．1 SMC控制器设计

3．2．2 SMLC控制器设计

3．3 控制系统稳定性分析

3．4 控制器参数设定与仿真分析

3．5 MAC层性能评价体系

3．5．1 IEEE802．1 5．4 标准MAC层协议

3．5．2 节点内缓冲队列状态模型

3．5．3 无线信道竞争机制模型

3．5．4 MAC层性能评价模型

3．5．5 MAC层性能评价仿真实验

3．6 本章小结

第四章 智能配电网无线传感器网络网络层拥塞控制方法研究

4．1 面向智能配电网的无线传感器网络网络层分析

4．1．1 基本约束条件分析

4．1．2 数据传输实时性分析

4．2 智能配电网无线传感器网络数据通信模型建立

4．2．1 基于最优路径的数据通信模型建立

4．2．2 最优路径控制模型的求解

4．3 算例分析

4．4 仿真实验与分析

4．4．1 网络数据通信性能评价指标

4．4．2 参数设定与仿真分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读学位期间的学术活动及成果清单