基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法
2023-05-27 02:07:31 1
基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法
【專利摘要】本發明提供的一種基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，包括S1.初始化各節點以及監控中心，各終端採集節點、協調器節點和監控中心通過無線網絡組網並對各節點進行地址分配；S2.各終端採集節點處於激活狀態後，若各終端採集節點無報警信息和通信信息，則終端採集點進入休眠模式；S3.當某個區域有外界入侵，被入侵區域的終端採集節點恢復為激活狀態，終端採集節點併入侵信息上傳到協調器節點，並由協調器節點傳輸到監控中心；S4.當無入侵信息或者通信信息激發時，則終端採集節點重新進入到休眠模式，能夠有效避免各監測節點存在過多的數據通信和網絡時延，有效均衡整個網絡的能量消耗。
【專利說明】基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數據傳輸方法，尤其涉及一種基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息 低功耗傳輸方法。
【背景技術】
[0002] 電纜作為電力傳輸或者通信信號的傳輸渠道，經常發生被盜現象，傳統的方法採 用人工巡視，但是巡視周期長，成本高，因此提出了自動報警式的監測系統，比如紅外線探 測器、電容探測法等，但傳統的自動報警式的監測系統通過線路進行數據交互，隨著無線網 絡的發展，因此人們又逐漸提出了無線的監測系統，比如ZigBee網絡，其由低功耗、低成 本、低數據率等特點可應用於形如電纜溝道的環境，但是電纜溝道的特殊地形狀態，使得組 建的無線傳感器網絡呈現鏈式結構，採用信息的多跳鏈式傳遞方式，勢必會造成離協調器 節點越近的節點數據轉發量越高，負載越重，同時，由於入侵事件發生的隨機性和事件信息 的冗餘性，使得節點能量消耗不均衡，從而造成無線監測系統的數據傳輸的穩定不好，進而 導致最終不能準確監測電纜防盜狀況。
[0003] 因此，需要提出一種新的電纜防盜報警信息低功耗的傳輸方法，能夠有效避免各 監測節點存在過多的數據通信和網絡時延，有效均衡整個網絡的能量消耗，保證準確實時 地將入侵報警信息傳輸到監控中心，並有效延長網絡的壽命。
【發明內容】
[0004] 有鑑於此，本發明的目的是提供一種基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功 耗傳輸方法，能夠有效避免各監測節點存在過多的數據通信和網絡時延，有效均衡整個網 絡的能量消耗，保證準確實時地將入侵報警信息傳輸到監控中心，並有效延長網絡的壽命。
[0005] 本發明提供的一種基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，包括 鏈式結構的多個用於採集電纜入侵狀態的終端採集節點、與終端採集節點連接的協調器節 點以及監控中心，所述終端採集節點和協調器節點以ZigBee網絡進行數據交互，協調器節 點和監控中心通過無線網絡進行數據交互；所述方法包括如下步驟：
[0006] SI.初始化各節點，各終端採集節點、協調器節點和監控中心通過無線網絡組網並 對各節點進行地址分配；
[0007] S2.各終端採集節點處於激活狀態後，若各終端採集節點無報警信息和通信信息， 則終端採集點進入休眠模式；
[0008] S3.當某個區域有外界入侵，被入侵區域的終端採集節點恢復為激活狀態，終端採 集節點將入侵信息上傳到協調器節點，並由協調器節點傳輸到監控中心；或
[0009] 當前終端採集節點被當前終端採集節點以外的終端採集節點選擇為路由中轉傳 輸節點時，該終端採集節點恢復為激活狀態，其他終端採集節點傳輸的數據轉送到協調器 節點；
[0010] S4.當無入侵信息或者通信信息激發時，則終端採集節點重新進入到休眠模式。
[0011] 進一步，步驟S2中，各終端採集節點處於激活狀態後，在本終端採集節點的通信 範圍內廣播本節點的地址信息並接受前向終端採集節點的節點信息，並根據單跳最大可達 距離，建立下一跳的備選節點集。
[0012] 進一步，步驟S3中，當終端採集節點為一跳的區域存在外界入侵，對於入侵報警 信息的傳輸包括如下步驟：
[0013] S31.當存在外界入侵時，最先感應到入侵的終端採集節點被激活，且該終端採集 節點採集異常信息，並生成入侵信息數據包；
[0014] S32.最先感應到入侵的終端採集節點向前一終端採集節點以及後一終端採集節 點廣播入侵信息數據包，前一終端採集節點和後一終端採集節點反饋數據包，最先感應到 入侵的終端採集節點根據反饋的數據包判斷前一終端採集節點和後一終端採集節點是否 有入侵發生；
[0015] S33.若最先感應到入侵的終端採集節點判斷在前一終端採集節點和後一終端採 集節點有入侵發生，則確定該一跳的區域內離協調器節點最近的終端採集節點為源節點， 且該區域內的其他終端採集節點將入侵報警信息發送到源節點，源節點將入侵報警信息上 傳到協調器節點；
[0016] S34.若最先感應到入侵的終端採集節點判斷前一終端採集節點和後一終端採集 節點沒有入侵發生，則最先感應到入侵的終端採集節點作為源節點並上傳入侵報警信息到 協調器節點。
[0017] 進一步，在步驟S33和步驟S34中，源節點上傳入侵報警信息包括如下步驟：
[0018] S301.激活節點檢查下一跳的備選節點集，並定義單跳最大可達距離處節點為邊 界節點，若邊界節點為備選節點集中的協調器節點，則轉入步驟S304,否則，激活節點掃描 下一跳的備選節點集的能量狀態，並計算局部能量均衡指標值S;
[0019] S302.若指標值δ在設定的閾值範圍內，則採用多跳傳輸方式，當前激活節點將 RREQ分組沿著網絡前向鏈路傳送到邊界節點，此時，邊界節點被激活，轉向步驟S301 ;
[0020] S303.若指標值δ不在設定的閾值範圍內，則當前節點的下一跳的備選節點集中 最大剩餘能量的節點作為下一跳的節點，則當前激活節點採用單跳方式將RREQ分組傳送 到下一跳節點並激活該節點，轉向步驟S301 ;
[0021] S304.協調器節點接收到RREQ分組後就沿著反向路由發送路由回復分組RREP到 源節點，並沿途更新中轉節點的備選節點集列表信息；
[0022] S305.源節點接收到RREP分組後，沿著RREQ分組的路徑傳輸入侵報警信息。
[0023] 進一步，步驟S301中，局部能量均衡指標值δ根據如下公式計算： η ( F-Fr^2
[0024] § =合，" η W
[0025] 其中，η為備選節點集的節點個數，，為η個節點的剩餘能量均值，E 且當 ?, S在設定的閾值範圍內或者等閾值範圍的邊界值為局部能量均衡。
[0026] 進一步，所述終端採集節點為用於檢測入侵發生的電纜防盜檢測裝置，且至少包 括用於檢測入侵的傳感器模塊、用於無線傳輸的ZigBee模塊I以及中央控制電路，傳感器 模塊向中央控制電路發送信號，中央控制電路通過Zigbee模塊I上傳數據。
[0027]進一步，所述協調器節點包括主控單元、ZigBee模塊II、GPRS模塊以及預留接口 模塊，所述ZigBee模塊II接收終端採集節點傳送的入侵報警信息並發送到主控單元，主控 單元將入侵報警信息發送到監控中心，所述預留接口模塊與主控單元連接。
[0028] 本發明的有益效果：本發明能夠有效避免各監測節點存在過多的數據通信和網絡 時延，有效均衡整個網絡的能量消耗以及降低數據傳輸的能量消耗，保證準確實時地將入 侵報警信息傳輸到監控中心，並有效延長網絡的壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：
[0030] 圖1為本發明的方法流程圖。
[0031] 圖2為本發明的第一實施例的流程圖。
[0032] 圖3為本發明的第二實施例的流程圖。
[0033] 圖4為本發明入侵報警信息傳輸的第一不意圖。
[0034] 圖5為本發明入侵報警信息傳輸的第二示意圖。
[0035] 圖6為本發明的各節點連接的原理框圖。
[0036] 圖7為電纜防盜系統安裝的示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 圖1為本發明的方法流程圖，圖2為本發明的第一實施例的流程圖，圖3為本發明 的第二實施例的流程圖，圖4為本發明入侵報警信息傳輸的第一示意圖，圖5為本發明入侵 報警信息傳輸的第二示意圖，圖6為本發明的各節點的連接的原理框圖，圖6中僅僅針對 一個終端採集節點和一個協調器節點的連接，多個終端採集節點與協調器節點的關係如圖 4和圖5所示，如圖所示，本發明提供的一種基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗 傳輸方法，包括鏈式結構的多個用於採集電纜入侵狀態的終端採集節點、與終端採集節點 連接的協調器節點以及監控中心，所述終端採集節點和協調器節點以ZigBee網絡進行數 據交互，協調器節點和監控中心通過無線網絡進行數據交互；所述方法包括如下步驟：
[0038] SI.初始化各節點以及監控中心，各終端採集節點、協調器節點和監控中心通過無 線網絡組網並對各節點進行地址分配，即是說：終端採集節點和協調器節點加入到ZigBee 網絡中，然後對各節點進行地質分配，；
[0039] S2.各終端採集節點處於激活狀態後，若各終端採集節點無報警信息和通信信息， 則終端採集點進入休眠模式；
[0040] S3.當某個區域有外界入侵，被入侵區域的終端採集節點恢復為激活狀態，終端採 集節點並將入侵信息上傳到協調器節點，並由協調器節點傳輸到監控中心；或
[0041]當前終端採集節點被當前終端採集節點以外的終端採集節點選擇為路由中轉傳 輸節點時，該終端採集節點恢復為激活狀態，並其他終端採集節點傳輸的數據轉送到協調 器節點；
[0042] S4.當無入侵信息或者通信信息激發時，則終端採集節點重新進入到休眠模式； 本發明能夠有效避免各監測節點存在過多的數據通信和網絡時延，有效均衡整個網絡的能 量消耗，保證準確實時地將入侵報警信息傳輸到監控中心，並有效延長網絡的壽命。
[0043] 如圖7所示，以變電站一條T字型的電纜溝道為例，共有1#，2#，3#三條電纜溝道， 電纜溝道的每個井蓋入口處下方安裝一個終端採集節點，並且在每條溝道的一端安裝一個 協調器節點，也就是說，一個協調器節點是對應多個終端採集節點的，鑑於電纜溝道實際特 殊的地理環境，終端採集節點組成鏈式的傳感器網絡，協調器節點負責處理和向上傳報警 信息，也就是說：終端採集節點為最下層，協調器節點為第二層，監控中心為最高層，並且終 端採集節點向協調器節點發送信息。
[0044] 本實施例中，如圖4和圖5所示，nl為協調器節點，n2_n8共7個終端採集節點為 例，且將nl-n8均簡稱為節點，步驟S2中，各終端採集節點處於激活狀態後，即是說nl-n8 節點均處於激活狀態，在本終端採集節點的通信範圍內廣播本節點的地址信息並接受前向 終端採集節點的節點信息，並根據單跳最大可達距離dmax，建立下一跳的備選節點集，其 中，備選節點集均為前向節點，其中以一個d的距離為一跳，兩個節點之間的即為一跳，力口 入單跳的最大距離dmax為4d，那麼n7的在單跳最大距離4d的情況下，備選的節點集為 n3-n6共四個節點，若nl-n7沒有採集到入侵信息，也沒有接收到其他節點發送的通信信 息，那麼nl-n7均進入到休眠模式，其中nl到n7僅僅是指其中央控制電路進入到休眠模 式。
[0045] 本實施例中，如圖2所示和圖4所示，步驟S3中，當終端採集節點為一跳的區域存 在外界入侵，被入侵的區域亦可稱為事件區域，以n6、n7和n8三個節點為事件區域對於入 侵報警信息的傳輸包括如下步驟：
[0046] 如圖4(a)所示，S31.當存在外界入侵時，最先感應到入侵的終端採集節點被激 活，且該終端採集節點採集異常信息，並生成入侵信息數據包；
[0047] S32.最先感應到入侵的終端採集節點向前一終端採集節點以及後一終端採集節 點廣播入侵信息數據包，前一終端採集節點和後一終端採集節點反饋數據包，並最先感應 到入侵的終端採集節點根據反饋的數據包判斷前一終端採集節點和後一終端採集節點是 否有入侵發生；
[0048] S33.若最先感應到入侵的終端採集節點判斷在前一終端採集節點和後一終端採 集節點有入侵發生，則確定該一跳的區域內離協調器節點最近的終端採集節點為源節點， 且該區域內的其他終端採集節點將入侵報警信息發送到源節點，源節點將入侵報警信息上 傳到協調器節點；
[0049] S34.若最先感應到入侵的終端採集節點判斷前一終端採集節點和後一終端採集 節點沒有入侵發生，則最先感應到入侵的終端採集節點作為源節點並上傳入侵報警信息到 協調器節點。
[0050] 如圖4(a)所示，nl為協調器節點，n2-n8共7個終端採集節點為例，且將nl-n8均 簡稱為節點，比如節點n7最先檢測到入侵發生，那麼節點n7將入侵報警信息生成數據包， 且該數據包為入侵通知數據包，並且n7向前一節點n6和後一節點n8發送入侵通知數據 包，節點n7通過前一節點n6和後一節點n8對入侵通知數據包的應答（即反饋數據包或者 反饋信息）判斷在本區域內（或者鄰域內）的採集終端節點和n8)是否有入侵發生， 如果節點n6和節點n8均由檢測到入侵發生，那麼節點n7具有編碼機會，即是說：節點n6 和節點n8能夠作為源節點，那麼此時，選擇裡協調器節點最近的節點n6作為源節點（或者 稱為事件簇頭節點），同時，節點n7和節點n8將入侵報警信息發送到節點n6,然後由節點n6上傳入侵報警信息，其中，節點n6採用基於機會的網絡編碼感知（cope)機制融合入侵報 警信息數據包，並進行上傳；
[0051] 其中，節點n6、節點n7和節點n8數據分組進行異或編碼可以認為是數據分組剔除 的冗餘信息，進行重新組合後形成新的數據分組。
[0052] 從上述可知：這三個節點（指n6、n7和n8)發送入侵報警信息就只需要1/3的發 送代價，定義源節點需要轉發η個數據分組在節點ni的編碼代價函數為：
[0053]
【權利要求】
1. 基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特徵在於：包括鏈式結 構的多個用於採集電纜入侵狀態的終端採集節點、與終端採集節點連接的協調器節點以及 監控中心，所述終端採集節點和協調器節點以ZigBee網絡進行數據交互，協調器節點和監 控中心通過無線網絡進行數據交互；所述方法包括如下步驟：
51. 初始化各節點以及監控中心，各終端採集節點、協調器節點和監控中心通過無線網 絡組網並對各節點進行地址分配；
52. 各終端採集節點處於激活狀態後，若各終端採集節點無報警信息或通信信息，則終 端採集點進入休眠模式；
53. 當某個區域有外界入侵，被入侵區域的終端採集節點恢復為激活狀態，終端採集節 點將入侵信息上傳到協調器節點，並由協調器節點傳輸到監控中心；或 當前終端採集節點被當前終端採集節點以外的終端採集節點選擇為路由中轉傳輸節 點時，該終端採集節點恢復為激活狀態，且其他終端採集節點傳輸的數據轉送到協調器節 佔 .
54. 當無入侵信息或者通信信息激發時，則終端採集節點重新進入到休眠模式。
2. 根據權利要求1所述基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特 徵在於：步驟S2中，各終端採集節點處於激活狀態後，在本終端採集節點的通信範圍內廣 播本節點的地址信息並接受前向終端採集節點的節點信息，並根據單跳最大可達距離，建 立下一跳的備選節點集。
3. 根據權利要求2所述基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特 徵在於：步驟S3中，當終端採集節點為一跳的區域存在外界入侵，對於入侵報警信息的傳 輸包括如下步驟：
531. 當存在外界入侵時，最先感應到入侵的終端採集節點被激活，且該終端採集節點 採集異常信息，並生成入侵信息數據包；
532. 最先感應到入侵的終端採集節點向前一終端採集節點以及後一終端採集節點廣 播入侵信息數據包，前一終端採集節點和後一終端採集節點反饋數據包，最先感應到入侵 的終端採集節點根據反饋的數據包判斷前一終端採集節點和後一終端採集節點是否有入 侵發生；
533. 若最先感應到入侵的終端採集節點判斷在前一終端採集節點和後一終端採集節 點有入侵發生，則確定該一跳的區域內離協調器節點最近的終端採集節點為源節點，且該 區域內的其他終端採集節點將入侵報警信息發送到源節點，源節點將入侵報警信息上傳到 協調器節點；
534. 若最先感應到入侵的終端採集節點判斷前一終端採集節點和後一終端採集節點 沒有入侵發生，則最先感應到入侵的終端採集節點作為源節點並上傳入侵報警信息到協調 器節點。
4. 根據權利要求3所述基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特 徵在於：在步驟S33和步驟S34中，源節點上傳入侵報警信息包括如下步驟： S301.激活節點檢查下一跳的備選節點集，並定義單跳最大可達距離處節點為邊界節 點，若邊界節點為備選節點集中的協調器節點，則轉入步驟S304,否則，當前激活節點掃描 下一跳的備選節點集的能量狀態，並計算局部能量均衡指標值S ; 5302. 若指標值S在設定的閾值範圍內，則採用多跳傳輸方式，當前激活節點將RREQ 分組沿著網絡前向鏈路傳送到邊界節點，此時，邊界節點被激活，轉向步驟S301 ; 5303. 若指標值S不在設定的閾值範圍內，則當前激活節點最大剩餘能量的的節點作 為下一跳的節點，則被激活的節點採用單跳方式將RREQ分組傳送到下一跳節點並激活該 節點，轉向步驟S301 ; 5304. 協調器節點接收到RREQ分組後就沿著反向路由發送路由回復分組RREP到源節 點，並沿途更新中轉節點的備選節點集列表信息； 5305. 源節點接收到RREP分組後，沿著RREQ分組的路徑傳輸入侵報警信息。
5. 根據權利要求4所述基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特 徵在於：步驟S301中，局部能量均衡指標值S根據如下公式計算：
當S在設定的閾值範圍內或者等閾值範圍的邊界值為局部能量均衡。
6. 根據權利要求1所述基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特 徵在於：所述終端採集節點為用於檢測入侵發生的電纜防盜檢測裝置，且至少包括用於檢 測入侵的傳感器模塊、用於無線傳輸的ZigBee模塊I以及中央控制電路，傳感器模塊向中 央控制電路發送信號，中央控制電路通過Zigbee模塊I上傳數據。
7. 根據權利要求1所述基於無線網絡的電力電纜防盜報警信息低功耗傳輸方法，其特 徵在於：所述協調器節點包括主控單元、ZigBee模塊II、GPRS模塊以及預留接口模塊，所述 ZigBee模塊II接收終端採集節點傳送的入侵報警信息並發送到主控單元，主控單元將入侵 報警信息發送到監控中心，所述預留接口模塊與主控單元連接。
【文檔編號】H04W52/02GK104363641SQ201410671121
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】李志勇, 李洪兵, 餘華興, 範敏, 王芬, 林森, 王曉峰 申請人:國網重慶市電力公司江北供電分公司, 重慶大學, 國家電網公司