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输电线路传感网络功耗优化技术研究
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2016 年(第五届)电力安全与信息技术研讨会 32 输电线路传感网络功耗优化技术研究 国网大连供电公司,刘林、祁广源、刘冰、栾敬钊、孙婷 摘 要:针对输电线路无线传感网业务的周期性特点和传感器野外长时间工作要求,综合考虑了节点间能量标准化 后的统计参数、路径上的能耗与节点的总能量、路由跳数,提出了基于休眠唤醒机制的传感网络低功耗通信技术,之后 提出算心跳信息预测和功耗智能分配方法,来寻求路径上节点个数的最小化,满足电力输电线路状态监测感器网络对时 延的需求,一方面考虑网络路由的低功耗,需要寻找整体功耗最小的路径,减少网络消耗的总能量;另一方面考虑节点 能源消耗因素,使能量较高的节点能够更频繁的参与网络数据的转发,能量较低的节点尽量少的参与网络路由,延长网 络寿命。 关键词:休眠唤醒;心跳优化;功耗智能分配 1.引言 近年来,低功耗节电通信技术在无线传感网、 无线自组织网络中得到了广泛的研究和应用。许多 学者根据无线传感网和无线自组织网的结构特点, 在物理层和媒体接入控制层提出了各种降低功耗的 方法。大量文献研究了无线传感网络物理层调制编 码与能量消耗的关系,并有系统利用区域簇首节点 集算法实现了 ZigBee 网络时间同步,为网络节点的 同步休眠与唤醒提供了可靠保证;也有文献提出了 基于冗余节点休眠和分阶段唤醒策略的传感器网络 覆盖控制方法,提高了传感器网络的网络性能。输 电线路的数据采集对传输实时性要求以及周期性特 点与现有的许多民用工业无线传感网络中的数据业 务有着较大差异。因此,本文借鉴现有休眠唤醒通 信方法的基础上,提出了一种针对输电线路无线传 感网络业务要求的高效、可靠的低功耗通信技术。 2.传感节点工作状态切换机制 基于以上设计思路,将网络中所有通信节点的 工作状态分为设备初始化(INI) 、休眠(SLP)和激 活(ACT)3 种,工作状态间的转换如图 1 所示。其 中,INI 状态用于完成设备在网络中的注册和路由、 端口等初始化配置;当处于 SLP 状态时,通信设备 关闭业务数据收发端口,仅保留低功耗的信号检测 模块继续工作,设备供电保持在最低水平;当处于 ACT 状态时,通信设备各端口可以进行数据的收发, 包括实时业务和非实时业务的传输。 SLP ACT SLP to INT INI ACT to SLP SLP to ACT INI to ACT ACT to ACT 图 1 工作状态转换 SLP和ACT状态的保持时间由相应的定时器和特 定触发条件决定。 SLP 状态的默认周期长度由定时器 timer_slp 控制;ACT 状态的默认周期长度由定时器 timer_act 控制。 状态转换条件: (1)INI to ACT:当设备上电初始化结束后, 即进入 ACT 状态。同时,定时器 timer_act 启动。

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