用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，屬于電力通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法中所述輸電線路上設(shè)有用于檢測輸電線路狀態(tài)的感知裝置，所述感知裝置監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號匯總至通信終端后通過所述通信終端發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，所述感知裝置和通信終端均通過電池供電；所述感知裝置和通信終端之間通過ZigBee組網(wǎng)形成主通信網(wǎng)絡(luò)，同時所述感知裝置和通信終端之間還通過藍(lán)牙組網(wǎng)形成備用通信網(wǎng)絡(luò)；所述通信終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過WinMAX鏈接。該方法可以充分利用兩種短距離無線通信技術(shù)的優(yōu)點，打破單一技術(shù)的局限性，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，保證感知裝置能源合理消耗，提升輸電線路狀態(tài)監(jiān)測水平。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，屬于數(shù)字信息傳輸?shù)碾娡ㄐ?br>
技術(shù)介紹
輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電力系統(tǒng)的動脈，然而遠(yuǎn)距離輸電線路基本上暴露在外，容易受到氣候、地質(zhì)、人為因素的影響，每年污閃、雷擊、覆冰、舞動等災(zāi)害給電網(wǎng)造成了巨大的損失，其運行狀態(tài)直接決定電力系統(tǒng)的安全和效益，所以對輸電線路進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測工作對于智能輸電的實現(xiàn)意義重大。目前，短距離無線通信技術(shù)是輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的重要支撐技術(shù)，而其中ZigBee技術(shù)和藍(lán)牙4.0技術(shù)近幾年得到了快速發(fā)展，對狀態(tài)監(jiān)測工作有著積極促進(jìn)作用。ZigBee技術(shù)是IEEE研發(fā)的新一代無線通訊技術(shù)。該技術(shù)主要針對低速率傳感器網(wǎng)絡(luò)而提出，它能夠滿足小型化、低成本設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)要求，而且由于功耗低、成本低、容量大、時延短、自組織能力強、數(shù)據(jù)安全等優(yōu)勢在醫(yī)療監(jiān)護、安防報警、無線點餐、水利監(jiān)測、油田測控、電力測控等多個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)受傳輸距離、功耗等因素的影響應(yīng)用范圍有限，而藍(lán)牙4.0的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，藍(lán)牙4.0極低的運行和待機功耗可以使一粒紐扣電池連續(xù)工作數(shù)年之久，另外，低成本和跨廠商互操作性，自適應(yīng)跳頻、1Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率、3毫秒低延遲、100米以上超長距離、AES-128加密等諸多特色，可以用于計步器、心律監(jiān)視器、智能儀表、物聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域，大大擴展藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用范圍。據(jù)申請人了解：1）ZigBee技術(shù)也存在一定的局限性，比如由于數(shù)據(jù)傳輸速率低導(dǎo)致應(yīng)用場合有限，而采用直接序列擴頻技術(shù)雖然有利于降低損耗，但對抗干擾能力不足，另外在2.4GHz頻段提供工作信道較少，容易造成節(jié)點之間的干擾和沖突；2）藍(lán)牙4.0技術(shù)也存在著自身的局限性，和ZigBee技術(shù)相比，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持類型少，組網(wǎng)方式單一，不支持網(wǎng)狀組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)魯棒性不強，網(wǎng)絡(luò)可容納節(jié)點數(shù)量少。另外，制約短距離無線通信技術(shù)的主要因素之一是 能耗問題。研究表明，短距離無線通信的能耗主要包括兩部分，一部分是節(jié)點自身的功耗，可以通過采用低功耗節(jié)點來解決；另一部分，也是占能耗最大的部分是節(jié)點發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時的耗能。基于此背景國內(nèi)外也提出了很多能耗均衡的路由協(xié)議，通過分簇的方法來保證各節(jié)點的能量均衡消耗，防止節(jié)點因轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)過多而能量耗盡進(jìn)而停止工作，但分簇的思想在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的場景下不太適應(yīng)，主要表現(xiàn)在：1）桿塔之間的監(jiān)測節(jié)點數(shù)量有限，而且呈帶狀分布，分簇意義不大；2）分簇是把對同一對象監(jiān)測的較多節(jié)點劃分為一個簇，而在同一輸電線路上對同一對象監(jiān)測的節(jié)點較少，而且一般分布較散，不適合分簇。輸電線路帶狀監(jiān)測場景決定了離匯聚節(jié)點越遠(yuǎn)的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)越少，進(jìn)而消耗的能量越少，離得越近的節(jié)點因轉(zhuǎn)發(fā)過多而消耗能量越多，最終因能量耗盡而停止工作。同時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中容易收到多個轉(zhuǎn)發(fā)請求從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)沖突的現(xiàn)象，不能保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，數(shù)據(jù)傳輸速率不高。因此，提出一種適應(yīng)于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點選擇機制，對平衡節(jié)點能量消耗，延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命有著重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種可以平衡通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點能量消耗從而可延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命的用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：一種用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，所述輸電線路上設(shè)有用于檢測輸電線路狀態(tài)的感知裝置，所述感知裝置監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號匯總至通信終端后通過所述通信終端發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，所述感知裝置和通信終端均通過電池供電；其特征在于：所述感知裝置和通信終端之間通過ZigBee組網(wǎng)形成主通信網(wǎng)絡(luò)，同時所述感知裝置和通信終端之間還通過藍(lán)牙組網(wǎng)形成備用通信網(wǎng)絡(luò)；所述通信終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過WinMAX鏈接；任一感知裝置向所述通信終端發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號時，首先監(jiān)測該感知裝置的三個鄰居感知裝置的電池剩余容量以及上述三個鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值，按照以下規(guī)則選擇轉(zhuǎn)發(fā)裝置：1）如果鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值相同時，選擇電池剩余容量大的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；2）如果鄰居感知裝置的電池剩余容量相同時，選擇距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值最小的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；3）如果鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值不同且電池剩余容量相同時也不同時，選取跳數(shù)數(shù)量值/電池剩余容量的比值最小的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置，而比值相同時選取剩余能耗大的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；然后再根據(jù)以下規(guī)則選擇待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)：如待發(fā)送的輸電線路狀態(tài)信號的數(shù)據(jù)量和信號干擾度均低于預(yù)定閾值，且待發(fā)送的輸電線路狀態(tài)信號安全級別高于預(yù)設(shè)值，則待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)均選擇主通信網(wǎng)絡(luò)，否則選擇備用通信網(wǎng)絡(luò)；將所述轉(zhuǎn)發(fā)裝置作為待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置，并依次類推直到輸電線路狀態(tài)信號傳輸至所述通信終端。本專利技術(shù)中所述備用通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選采用藍(lán)牙4.0協(xié)議組網(wǎng)；所述通信終端以多跳通信方式將匯總后的輸電線路狀態(tài)信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心。本專利技術(shù)帶來的有益效果是：1）本專利技術(shù)融合ZigBee技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)用于傳輸輸電線路狀態(tài)信號，可以根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)大小及數(shù)據(jù)安全需求，對ZigBee技術(shù)和藍(lán)牙4.0技術(shù)進(jìn)行融合，自動選擇待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)，即自適應(yīng)地進(jìn)行多模通信方式選擇，從而有效地彌補了單一通信技術(shù)的局限性，提升了輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的水平。2）本專利技術(shù)基于多參量的轉(zhuǎn)發(fā)裝置選擇機制，考慮到輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置的能耗因素限制以及輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的特殊性，提出適用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的基于多參量的轉(zhuǎn)發(fā)裝置選擇機制，保證各感知裝置實現(xiàn)合理的能源消耗，防止感知裝置因轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)過多而耗能較快，最終因能源耗盡而停止工作，從而可以平衡通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點能量消耗，延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。上述技術(shù)方案在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中容易收到多個轉(zhuǎn)發(fā)請求從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)沖突的現(xiàn)象，因此選擇合適的沖突解決方法有利于保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、提高數(shù)據(jù)傳輸速率，在此背景下，本專利技術(shù)提出了一種用于傳輸路徑建立之后數(shù)據(jù)傳輸沖突解決方法，即：所述感知裝置向通信終端發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)時，按輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)的優(yōu)先級進(jìn)行傳輸，其中所述輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)按優(yōu)先級從高到低分為故障狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、異常狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和正常狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)三種。當(dāng)傳輸?shù)乃鲚旊娋€路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)屬于同一優(yōu)先級時，至少可以采用以下兩種方法來傳輸數(shù)據(jù)：1）按待轉(zhuǎn)發(fā)的監(jiān)測對象的優(yōu)先級進(jìn)行傳輸，其中監(jiān)測對象具有預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級；2）按平分時隙的方法，分時對各類所述輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。另外，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)裝置（同時也是感知裝置）正在轉(zhuǎn)發(fā)鄰居感知裝置發(fā)來的數(shù)據(jù)時，如果轉(zhuǎn)發(fā)裝置需要發(fā)送自身監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)，則該轉(zhuǎn)發(fā)裝置等待轉(zhuǎn)發(fā)的一幀數(shù)據(jù)傳輸完畢后，開始傳輸自身監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)，此時該鄰居感知裝置等待該轉(zhuǎn)發(fā)裝置傳輸完自身監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)后繼續(xù)傳輸未轉(zhuǎn)發(fā)完的數(shù)據(jù)，或者重新選擇轉(zhuǎn)發(fā)裝置用來傳輸未轉(zhuǎn)發(fā)完的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，在轉(zhuǎn)發(fā)裝置的剩余帶寬充裕且不影響該轉(zhuǎn)發(fā)裝置傳輸自身監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)時，該轉(zhuǎn)發(fā)裝置也可以同時發(fā)送自身監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，所述輸電線路上設(shè)有用于檢測輸電線路狀態(tài)的感知裝置，所述感知裝置監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號匯總至通信終端后通過所述通信終端發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，所述感知裝置和通信終端均通過電池供電；其特征在于：所述感知裝置和通信終端之間通過ZigBee組網(wǎng)形成主通信網(wǎng)絡(luò)，同時所述感知裝置和通信終端之間還通過藍(lán)牙組網(wǎng)形成備用通信網(wǎng)絡(luò)；所述通信終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過WinMAX鏈接；任一感知裝置向所述通信終端發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號時，首先監(jiān)測該感知裝置的三個鄰居感知裝置的電池剩余容量以及上述三個鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值，按照以下規(guī)則選擇轉(zhuǎn)發(fā)裝置：1）如果鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值相同時，選擇電池剩余容量大的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；2）如果鄰居感知裝置的電池剩余容量相同時，選擇距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值最小的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；3）如果鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值不同且電池剩余容量相同時也不同時，選取跳數(shù)數(shù)量值/電池剩余容量的比值最小的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置，而比值相同時選取剩余能耗大的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；然后再根據(jù)以下規(guī)則選擇待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)：如待發(fā)送的輸電線路狀態(tài)信號的數(shù)據(jù)量和信號干擾度均低于預(yù)定閾值，且待發(fā)送的輸電線路狀態(tài)信號安全級別高于預(yù)設(shè)值，則待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)均選擇主通信網(wǎng)絡(luò)，否則選擇備用通信網(wǎng)絡(luò)；將所述轉(zhuǎn)發(fā)裝置作為待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置，并依次類推直到輸電線路狀態(tài)信號傳輸至所述通信終端。...

【技術(shù)特征摘要】
1. 一種用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，所述輸電線路上設(shè)有用于檢測輸電線路狀態(tài)的感知裝置，所述感知裝置監(jiān)測的輸電線路狀態(tài)信號匯總至通信終端后通過所述通信終端發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，所述感知裝置和通信終端均通過電池供電；其特征在于：所述感知裝置和通信終端之間通過ZigBee組網(wǎng)形成主通信網(wǎng)絡(luò)，同時所述感知裝置和通信終端之間還通過藍(lán)牙組網(wǎng)形成備用通信網(wǎng)絡(luò)；所述通信終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過WinMAX鏈接；任一感知裝置向所述通信終端發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號時，首先監(jiān)測該感知裝置的三個鄰居感知裝置的電池剩余容量以及上述三個鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值，按照以下規(guī)則選擇轉(zhuǎn)發(fā)裝置：1）如果鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值相同時，選擇電池剩余容量大的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；2）如果鄰居感知裝置的電池剩余容量相同時，選擇距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值最小的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；3）如果鄰居感知裝置距離通信終端的跳數(shù)數(shù)量值不同且電池剩余容量相同時也不同時，選取跳數(shù)數(shù)量值/電池剩余容量的比值最小的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置，而比值相同時選取剩余能耗大的鄰居感知裝置作為轉(zhuǎn)發(fā)裝置；然后再根據(jù)以下規(guī)則選擇待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)：如待發(fā)送的輸電線路狀態(tài)信號的數(shù)據(jù)量和信號干擾度均低于預(yù)定閾值，且待發(fā)送的輸電線路狀態(tài)信號安全級別高于預(yù)設(shè)值，則待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置與對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)裝置之間的通信網(wǎng)絡(luò)均選擇主通信網(wǎng)絡(luò)，否則選擇備用通信網(wǎng)絡(luò)；將所述轉(zhuǎn)發(fā)裝置作為待發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號的感知裝置，并依次類推直到輸電線路狀態(tài)信號傳輸至所述通信終端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，其特征在于：所述感知裝置向通信終端和發(fā)送輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)時，按輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)的優(yōu)先級進(jìn)行傳輸，其中所述輸電線路狀態(tài)信號數(shù)據(jù)按優(yōu)先級從高到低分為故障狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、異常狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和正常狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)三種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的多模通信方法，其特征在于：當(dāng)傳輸?shù)乃鲚旊娋€路...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋磊，陸忞，邵明馳，徐威，李秋生，郭闖，陳殿欣，嚴(yán)東，蔣陵，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，國網(wǎng)江蘇省電力公司，國家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32