智能配电网无线传感器网络数据通信实时性和可靠性服务质量的研究

摘要

随着社会经济的发展与科学技术的进步,无线传感器网络技术由于低功耗、快速自组织和优越协同性等一系列特点,被认为在智能配电网中有着广泛的应用前景。针对在智能配电网无线传感器网络数据通信中,特定数据在节点传输中无法满足对实时性和可靠性的保证性要求,本文研究了一种信道访问机制QoS-MAC,也进一步研究了基于最优路径选择模型的静态路由机制,这对保证智能配电网无线传感器网络数据通信的高效运行具有很好的理论依据和应用价值。本文主要工作:
　　1、依据无线传感器网络的架构特点,结合智能配电网网络接线与电力终端设备分布模式,设计出了智能配电网无线传感器网络的整体与局部框架结构。
　　2、依据中国电力工业通信规范,给出了在IEEE802.15.4标准媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)层协议中引入服务质量(Quality of Service, QoS)支持的信道访问机制QoS-MAC模型,建立节点内三级数据(遥信、遥控、遥测)缓冲队列状态的马尔可夫链模型。依据该模型建立了每个节点的信道访问冲突模型、不同优先级数据网络有效吞吐率模型、传输延时模型、节点的无线信道冲撞率模型,并对以上反映网络本质属性的各个模型进行仿真实验分析。
　　3、通过对网络中节点和链路的可靠性与延时性进行赋权值计算,依据数据通信路径选择优化模型求解所有路径中的延时性和可靠性服务质量问题,进而建立静态路由机制,并给出算例。
　　4、选用黄山供电公司智能配电网无线传感器网络通信系统为实例,对改进的QoS-MAC层模型,不同优先级数据的网络有效吞吐率模型、传输延时模型、节点的无线信道冲撞率模型以及路径选择模型进行验证。
　　结果表明,提出的QoS-MAC模型可为基于无线传感器网络的配电网数据通信提供有效的QoS保障。通过实例也验证了路径选择模型在节点正常通信与失效情况下的可行性,同时实现了数据通信中传输数据可靠性与实时性的有效平衡,满足中国电力工业通信规范要求。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 智能配电网无线传感器网络的研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势的分析

1.3 课题来源

1.4 课题研究的主要内容和章节安排

第二章 智能配电网无线传感器网络的网络框架分析

2.1 智能配电网网络构架特点

2.2 智能配电网无线传感器网络的框架分析与设计

2.3 本章小结

第三章 智能配电网无线传感器网络数据通信的QoS-MAC研究

3.1 配电网通信数据的优先级分类

3.2 改进的配电网无线传感器网络的QoS-MAC模型

3.3 智能配电网无线传感器网络的性能分析

3.4 无线传感器网络数据通信的可靠性

3.5 仿真实验分析

3.6 本章小结

第四章 智能配电网无线传感器网络数据通信的路由机制研究

4.1 智能配电网无线传感器网络数据通信的网络模式

4.2 智能配电网无线传感器网络数据通信的路径选择模型

4.3 智能配电网无线传感器网络数据通信的路径选择算例分析

4.4 本章小结

第五章 智能配电网无线传感器网络数据通信的工程实例

5.1 黄山供电公司智能配电网无线传感器网络数据通信的网络设计

5.2 基于实例的QoS-MAC模型的仿真测试分析

5.3 基于实例的路径选择模型的求解分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 工作展望

参考文献

附录 1

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况