輸电线路在线监测的无线传感器网络通信抗干扰技术研究.docVIP

输电线路在线监测的无线传感器网络通信抗干扰技术研究 摘要：目前的架空输电线路状态自动监测系统中,传感器获取的监测数据大多是使用无线无线公网GPRS/CDMA 通信技术，监测系统需要长期租用电信部门的通信服务,费用高。无线传感器网络是一种低成本、低功耗的无线网络，采用无需申请频点的短距离通信技术。输电线路的传感器节点呈辐射长链状分布,数量相对较少,传输数据量大，传感器节点的电源可以采用太阳能蓄电池供电、激光供电、取能电源等多种电源供给方法，因此传感器节点能量相对不受限。为获取较好的网络性能而需要提高节点发射功率。在较大发射功率的又会带来新的问题，将会造成节点间严重的信道竞争和干扰,影响网络传输实时性。所以研究输电线路在线监测的无线传感器网络通信抗干扰技术是非常有必要的。 关键词：输电线路在线监测、无线传感器网络、抗干扰技术 1.输电线路在线监测 输电网络覆盖广阔、地理复杂、运行环境恶劣、巡线困难、维护工作量大。从近几年的欧美大停电到2008年中国南方罕见的冰雪灾害都证明了输电线路的重要，也证明了输电网络的脆弱。 正由于输电线路运行过程中会出现一些问题，所以对于输电线路采用线路巡视的方式，以便掌握线路运行的状况，及时发现设备缺陷和隐患。但目前的输电线路运行维护方式仍较多采用传统的人工巡线方式，存在着设备落后、工作量大的缺点。要保证输电网络安全稳定运行，解决人力资源紧缺和线路长度不断增长的矛盾，需要转变生产管理模式，引进先进的输电线路运行状态在线监测技术和先进的离线监测设备，建立监控中心，为实现从“周期巡检”到“状态检修”的转变提供信息收集、分析处理及设备评估等技术支持。 输电线路在线监测技术是指直接安装在线路设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量系统及技术,是实现状态监测、状态检修的重要手段,状态检修的实现与否很大程度取决于在线监测技术的成功与否。 先进的传感器是实现预测性维修的重要手段,也是一个长期的研究热点。因为故障诊断技术的发展首先取决于能否获取尽可能多的有用信息,这是数据处理和诊断决策的基础。一些原来用于军事方面的传感技术已有一部分移植到电气设备的状态监测上来,如光纤传感器等。目前的研究重点是发展集成化、阵列化、智能化的传感器和压敏、热敏及气敏等敏感元器件产品。 2.无线传感器网络 电系统、、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给用户。自组织网络 3.存在的问题 用于工业监测领域的传感器网络与用于军事侦察领域的有所差别,特别是用于输电线路监测数据传输的ZigBee网络存在以下特点:传感器节点呈辐射长链状分布,数量相对较少,传输数据量大;传感器节点的电源可以由导线电流感应获得,因此传感器节点能量相对不受限,为获取较好的网络性能而需要提高节点发射功率,节能成为次要因素。而主要的问题是节点能量相对不受限,在较大发射功率的情况下,会造成节点间严重的信道竞争和干扰,影响网络传输实时性。 4.解决方案 网络协议栈中减轻或者消除干扰的技术主要分为两类:一是从物理层的角度，通过多信道、定向天线等方式来减轻相同频带的重叠。二是从上层协议栈的角度通过干扰感知的算法减轻干扰。 4.1物理层的角度 4.1.1信道分配问题 信道分配问题具有如下两个特征: 1、要从一个可用信道集合里面挑选一些信道，分配给一组无线通信链路，以减少它们之间的通信干扰; 2、如果两个无线通信链路在空间上很接近，而且所使用的信道相同或者在频谱上很接近，那么这两个链路之间必然产生通信干扰。 总体来说可以分为静态分配和动态分配两类。 信道静态分配： 在信道静态分配问题中，网络的拓扑给定，而且不随时间发生变化，另外可用的信道和相应的干扰限制也往往给定。因此，信道静态分配问题往往退化为数学上的整数规划问题。根据优化目标和干扰限制的不同，信道静态分配可以分为如下几种: 最小阶分配问题： 如果能够轻易地找到一个信道分配使得所有链路的通信都不相互干扰，那么往往希望寻找一个代价最小的分配方式。一般来说，使用的信道数目越多，需要支付的费用越多.因此，在这种情况下，往往希望找到一个信道分配使得整个网络的通信相互不干扰，同时所用信道数目最小。这种分配方式称为最小阶分配。 最小间隔分配问题： 跟上一个分配问题相似，也需要寻找一个代价最小的分配方式，但是与上一个分配问题不同的是:我们需要为网络所占据的整个频段付费，即所分配信道中最小信道到最大信道所跨越的整个频段。