输电线路监测无线传感器网络数据博弈转发算法的研究

摘要

无线传感器网络为实现智能电网提出的利用通信网络、传感技术、测量技术等先进技术实现电网智能化提供了技术支持，智能电网也为无线传感器网络运用到工业界以及和其他先进技术进行融合提供了平台。尤其在输电线路监测方面无线传感器网络有成本低、效率高等优势。本课题来源于国家自然基金:基于无线传感网络的输电线路监测与故障分析关键问题的研究。
　　 本文首先从传感器网络和输电线路监测的研究现状总结出输电线路监测无线传感器网络主要面临的问题。由面向输电线路监测的无线传感器网络数据转发特点与挑战着手，本文给出输电线路监测无线传感器网络数据转发算法的设计原则。针对输电线路监测系统在数据转发过程中面临负载不均衡，热点区域容易拥塞以及“漏斗”效应等问题，本文对输电线路监测无线传感器网络数据转发进行博弈建模，给出了一种基于博弈论的数据转发算法——Chain—SensorGame数据转发算法（CSG算法），该算法通过借助输电线路监测拓扑结构的特点进行初始优化，并对转发队列长度进行博弈控制，以达到网络负载的动态纳什均衡和数据转发过程优化的目的。多路径转发机制的引入增强了CSG算法的鲁棒性。
　　 本文的实验结果是基于OMNeT++4.1仿真平台进行仿真所得数据进行分析。实验结果表明，该算法通过在基于博弈论的框架下的设计，可以减少网络的过度负载，平衡节点负载，缓解拥塞以及“漏斗”效应，从而为输电线路监测系统提供更好的网络服务质量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 输电线路在线监测研究现状

1．2．2 输电线路监测无线传感器网络特点

1．2．3 针对输电线路监测无线传感器网络数据转发的相关研究

1．3 本文研究内容

1．4 课题来源和内容安排

第2章 无线传感器网络及博弈论介绍

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感器网络结构

2．1．2 无线传感器网络的通信体系结构

2．1．3 WSN的特点与挑战

2．1．4 无线传感器网络典型路由协议比较

2．2 博弈论相关介绍

2．2．1 博弈的分类

2．2．2 博弈的表达

2．2．3 本课题用到的相关博弈理论

2．3 本章小结

第3章 输电线路监测数据转发算法设计原则与博弈建模分析

3．1 输电线路监测WSN数据转发算法的设计原则

3．1．1 监测系统的网络结构

3．1．2 转发数据的特点

3．1．3 输电线路监测WSN的网络拓扑

3．1．4 监测系统数据转发的现存问题

3．1．5 输电线路监测数据转发算法设计原则

3．2 面向输电线路监测WSN的数据转发算法的博弈建模分析

3．2．1 传感器节点理性偏好分析

3．2．2 输电线路监测WSN的数据博弈转发模型

3．3．3 数据转发过程博弈的纳什均衡证明

3．3 本章小结

第4章 Chain-Sensor Game数据转发算法设计

4．1 Chain-Sensor Game算法中涉及的主要参变量

4．1．1 数据等级变量

4．1．2 跳数

4．1．3 转发数据队列

4．1．4 传输时延

4．2 Chain-Sensor Game数据转发算法描述

4．2．1 CSG数据转发算法初始优化

4．2．2 节点数据博弈转发

4．2．3 多路径转发机制

4．2．4 CSG算法结构流程

4．2．5 CSG算法性能分析

4．3 本章小结

第5章 输电线路监测WSN数据转发算法的仿真

5．1 仿真平台

5．1．1 OMNeT++仿真介绍

5．2 CSG数据转发算法的0MNeT++仿真建模流程

5．3 结果分析

5．3．1 初始优化分析

5．3．2 博弈多路径转发分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研情况

致谢