基于QoS的智能配电通信无线传感器网络应用研究

陈晨

[摘要]近些年我国经济与社会得到了较为长足的发展，这种发展同时也推动了我国科学技术的进步，无线传感器网络在电力系统中应用研究的进展正是得益于这一科学技术进步而实现的，本文就QoS的智能配电通信无线传感器网络应用进行了具体研究，希望能够以此推动我国电力系统的进一步发展。

[关键字]QoS 智能配电网 无线传感网络

前言：所谓智能配电网，指的是一种现代化的、允许双向电力流动的电网平台和遍及系统的双向通信网络平台，其能够有效实现电网运行和资源运用的优化，现已成为世界范围内诸多国家的国家战略。在我国智能配电网的发展中，一种以特高压电网为骨干网架，以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新“坚强智能电网”发展规划在我国已经取得了不俗的成果，而为了能够进一步推动我国“坚强智能电网”的发展，本文基于QoS的智能配电通信无线传感器网络应用进行了具体研究。

一、智能配电网概述

智能配电网本身集成了先进通信、计算机、电气控制等技术形式，并以电力基础设备为根本构成了复杂的网络。在智能配电网的各类数据中，不同的数据对于通信网络传输性能有着不同的QoS需求，总的来说，智能配电网数据可以分为实时操作通信数据、管理操作通信数据和管理通信数据两种，而在本文这一基于服务质量的智能配电通信无线传感器网络应用的研究，本文提出了一种配电网通信的无线传感器拓扑结构，能够满足不同实时性配电网数据通信的QoS需求。

二、智能配电网通信WSN拓扑结构

在我国当下的配电网设备分布中，配电系统整体架构分散与大量电力用户和配电设备密集分布于配用电区域内是其本身具备的两方面特点，而结合这两方面特点本文提出了一种采用有线与无线通信相结合的配电网通信无线传感器拓扑构架，这一配电网通信无线传感器拓扑构架能够实现，采用一个或多个的无线传感器子网实现区域内配电网数据采集传输终端/路由器的全覆盖。

三、配电网WSN的QoS-MAC机制与建模

3.1无线传感器的QoS-MAC信道访问机制

为了能够在无线传感器协议的MAC层信道机制中实现QoS支持，并实现无线传感器子网数据的优先传输，笔者结合配电网通信数据的需求特点，制定了每个配电网通信节点设置2个数据缓冲队列与在MAC层载波侦听多点接入/冲突避免机制等两种规则。在第一个规则中，其能够实现数据的优先发送与实时数据与非实时数据的分别存放，这一功能能够实现网络节点内不同实时性数据的QoS支持；而在第二个规则中，其能够实现为实施数据设置较小的退避时间与退避次数并为非实时数据设置相反的退避时间和退避次数，这样就能够解决网络节点间的信道竞争QoS支持.这一无线传感器的QoS-MAC信道访问机制的设计，在不增加网络数据通信开销的情况下，增加无线传感器对实时性QoS的支持。

3.2 QoS-MAC机制数据模型

为了能够较好的实现基于QoS的智能配电通信无线传感器网络应用，还需对QoS-MAC机制数据模型进行具体研究。

3.2.1节点内缓冲队列状态数学模型

在节点内缓冲队列状态数学模型的建立中，我们需要根据配电网无线传感器的通信需求建立实时和非实时2种数据的存放缓冲队列，这两种数据的存放队列在建设中需要结合马尔可夫链建立节点的缓冲队列模型。根据马尔可夫链模型，我们可以得出各配电网无线传感器节点的状态频率方程组，而通过对这一方程组的计算，我们可以得出节点内缓冲队列状态数学模型如下所示。（1）

四、配电网通信WSN的性能分析数据模型

为了能够对配电网通信无线传感器的性能进行分析，我们需要对配电网通信无线传感器的有效吞吐率、非实时数据传输延时、数据包传输失败概率等进行具体的模型分析。这其中有效吞吐率是衡量网络内数据包传输可靠性的参数、非实时数据传输延时指的是传输过程中新产生实时数据传输时间、而数据包传输失败概率则是关系到网络可靠性和稳定性的重要指标，这里介于篇幅原因，我们主要对数据包传输失败概率进行数据模型建设，F₀=（1-p⁰_i）^K₀代表发送实时数据节点的数据包传输失败概率，而F₁=（1-p¹_i）^K₁则代表发送非实时数据节点数据包传输失败概率。

结论：本文提出了提出了一种配电网通信的无线传感器拓扑结构，希望能够以此实现基于QoS的智能配电通信无线传感器网络应用，并推动我国电力系统的相关发展。