風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法

2023-06-08 18:14:31

風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法，利用本發明的風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法，當進行數據傳輸的節點與目的節點位於不同的子樹簇中時，只要存在滿足路由條件和能量儲備要求的鄰節點，則不必要再經過根節點（即網絡協調器）進行轉發，而直接進行跨樹簇的路由傳輸，有效縮短了路由路徑，減少了路由傳輸延遲，提高了風電場無線自主監控網絡的數據傳輸實時性；並且，本發明方法還通過對鄰節點進行能量儲備情況判斷，避免了跨樹簇路由傳輸時出現因鄰節點能量儲備不足而無法支持繼續進行數據路由傳輸的情況發生，提升了風電場無線自主監控網絡的數據傳輸安全性。
【專利說明】風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電設備【技術領域】及通信【技術領域】，尤其涉及一種風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著大型風力發電機(也簡稱為風電機)容量的迅猛增加，現在風力發電機正在從百千瓦級向兆級發展，機械結構也日趨複雜，不同部件之間的相互聯繫、耦合也變得更加緊密，一個部件出現故障，將可能引起整個發電過程中斷。另外，近年來隨著風力發電機的快速發展，其技術的成熟度跟不上風力發電機的發展速度，在媒體上大量出現了關於風力發電機齒輪箱、主軸、葉片的損壞，甚至有風力發電機倒塌的報導。遠程監測系統是近20年來發展起來的一門新興的交叉性技術，這是由於近代機械工業向機電一體化的方向發展，機械設備高度的自動化、智能化、大型化和複雜化，在很多情況下都需要確保工作過程中的安全性與可靠性，因此對其工作的監視日益重要。在這種環境下，在線監測在風力發電機行業得到了飛速的發展。國外在線監測技術發展得比較成熟，有專門用於風力發電機監控設備，例如德國的普魯夫公司(pruftechnik);在監測服務方面，國外有專門的風力發電機監測服務公司，例如德國的flender公司等。而國內由於風力發電機行業本身起步較晚，因此在線監測系統在國內風力發電機的運用還處於起步狀態，大多還停留在布線監控系統技術的基礎上，不僅建設、維護成本高，而且存在控制方式單一、監測範圍受限的問題。
[0003]無線通信和嵌入式微傳感器技術的快速發展促進了無線傳感器網絡技術(Wireless Sensor Network,縮寫為WSN)的崛起。無線傳感器網絡技術中，應用最為廣泛的網絡協議就是ZigBee協議，ZigBee協議基於IEEE802.15.4無線標準制定，包括應用層、網絡層、安全層等，能夠實現網絡的自組織和自維護的功能。基於ZigBee技術的無線傳感器網絡(以下簡稱ZigBee網絡)已在工業控制、工業無線定位、家庭網絡、汽車自動化、樓宇自動化、電子消費、醫療設備等多個領域實現廣泛應用。Zigbee網絡的數據傳輸方向是雙向的，支持3種網絡拓撲結構，分別是星形(Star)網絡、網狀形(Mesh)網絡和簇樹(Cluster-Tree)網絡。其中簇樹網絡結構適用於大型自主網絡。因此，已有基於簇樹結構的ZigBee網絡技術來構建風電場無線自主監控網絡的相關研究，實現對風電場的遠程無線監控，以解決目前帶線監控的建設維護成本高、控制方式單一、監測範圍受限等問題。但具體研究過程中卻發現，目前慣用的簇樹結構無線傳感網絡技術難以滿足風電場無線自主監控網絡的工業應用要求。
[0004]目前慣用的簇樹網絡採用Cluster-Tree路由協議進行數據路由傳輸，以一個網絡協調器作為中心的根節點，與若干個全功能無線路由器(Full Functional Device,簡稱FFD)和精簡功能無線路由終端(Reduced Function Device,簡稱RFD)聯網構成簇樹網絡；其中，全功能無線路由器設置於簇樹路由路徑上，網絡協調器和全功能無線路由器都具備路由轉發功能；而精簡功能無線路由終端設置於簇樹路由末端位置，不具備路由轉發功能，只能連接一個全功能無線路由器作為其父節點，當需要傳輸數據時將數據發送給其父節點(即其連接的全功能無線路由器)進行轉發；簇樹網絡中的各個設備不需要存儲路由表，按照簇樹路由地址分配算法為各個設備分配對應的路由地址。依照Cluster-Tree路由協議的簇樹路由地址分配算法，簇樹網絡中的每個子節點的路由地址，都需要依賴於網絡中作為父節點存在的協調器或全功能無線路由器來分配確定；假設，簇樹網絡中協調器可以攜帶的最大子節點個數為Cm，全功能無線路由器可以攜帶的子節點最大個數為Rm，Lm代表簇樹網絡的最大路由深度，首先作為簇樹網絡中心的根節點的路由地址為O，若一個作為父節點且路有深度為d的全功能無線路由器為其子節點分配路由地址，該作為父節點的全功能無線路由器的路由地址為Aparait，那麼該作為父節點的全功能無線路由器的第k個子節點的路由地址Ak分配為:
[0005]Ak=Aparent+Cskip (d).(k_l)+l;
[0006]該作為父節點的全功能無線路由器所在子樹簇中第η個末端節點的路由地址分配為:
[0007]An = Aparent+Cskip (d).Rm+n ；
[0008]其中，Cskip(d)表示該路有深度為d的全功能無線路由器作為父節點時為其子節點分配路由地址的地址空間，具體為:
【權利要求】
1.風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法，其特徵在於，所述風電場無線監控網絡中的每個風電機配備一個全功能無線路由器或精簡功能無線路由終端，並與一個無線網絡協調器構成簇樹網絡，用以進行風電場無線監控網絡中的數據路由傳輸；其中，無線網絡協調器作為簇樹網絡的根節點，並用於與風電場監控工作站進行數據通信；位於簇樹路由路徑位置的風電機配備全功能無線路由器，位於簇樹路由末端位置的風電機配備精簡功能無線路由終端；每個全功能無線路由器和精簡功能無線路由終端分別作為簇樹網絡中的一個路由節點，並按照簇樹路由地址分配算法分配有相應的節點地址；同時,每個全功能無線路由器中還存儲有預設的功耗閾值Eth以及各自對應的鄰節點表，每個全功能無線路由器中存儲的鄰節點表用於記錄其自身周邊位置相鄰的各鄰節點的節點地址； 所述簇樹網絡中，每個路由節點進行數據路由傳輸時，根據數據路由傳輸的目的節點按如下方式進行路由傳輸控制: 1)將本路由節點的節點地址A與目的節點的節點地址D進行比較；若A=D,則判定本路由節點為目的節點，接收數據並進行處理，跳轉至步驟6 ;若A>D，則判定目的節點為本路由節點的前輩節點，執行步驟2 ;若A〈D〈A+Cskip (d)，則判定目的節點為本路由節點的後代節點，執行步驟3 ;若D>A+Cskip (d)，則判定目的節點在本路由節點的後代節點範圍之外，執行步驟4 ;其中，d表示在簇樹網絡中本路由節點的後代節點路由深度，Cskip (d)表示在簇樹網絡中本路由節點的後代節點按照簇樹路由地址分配算法所獲得的路由地址分配空間； 2)將數據傳輸至本路由節點的父節點，跳轉至步驟6； 3)將數據傳輸至本路由節點的子節點，跳轉至步驟6； 4)判斷本路由節點是否為全功能無線路由器；若本路由節點為全功能無線路由器，則執行步驟5 ;若本路由節點為精簡功能無線路由終端，則返回執行步驟2 ; 5)查詢本路由節點的鄰節點表，將本路由節點的鄰節點與目的節點進行比較判斷；具體為: 51)從本路由節點的鄰節點表中提取一個尚未與目的節點進行比較的鄰節點作為當前的比較對象鄰節點，記當前的比較對象鄰節點的節點地址為AneighbOT，繼續執行步驟52 ； 52)將當前的比較對象鄰節點的節點地址Aneighto與目的節點的節點地址D進行比較；若AneighbOT=D，則判定當前的比較對象鄰節點為目的節點，將數據傳輸至當前的比較對象鄰節點，跳轉至步驟 6 ;若 Aneighbor>D 或者 AMighbOT〈D〈AMighbOT+Cskip (dneighbor)，則執行步驟 53 ;若D>Aneighbor+Cskip (dneighbor)，則執行步驟 54 ； 53)本路由節點通過與當前的比較對象鄰節點通信，獲取當前的比較對象鄰節點的路由供電電池的初始電量Etl和當前電量EMighbOT，並計算當前的比較對象鄰節點的路由傳輸功耗係數E

2.根據權利要求1所述的風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法，其特徵在於，所述簇樹路由地址分配算法為Cluster-Tree簇樹路由地址分配算法。
3.根據權利要求1所述的風電場無線自主監控網絡的數據路由傳輸控制方法，其特徵在於，所述功耗閾值Eth的取值範圍為_7dbmW ( Eth ( 4dbmW。
【文檔編號】H04W84/18GK103442403SQ201310424692
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】王磊, 宋永端, 王弼堃, 陳柳, 王玉興 申請人:重慶大學