一种面向输电线路监测的wsn混合式mac协议

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1、第３９卷第９期计算机科学Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．９２０１２年９月ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＳｅｐ２０１２一种面向输电线路监测的ＷＳＮ混合式ＭＡＣ协议林俊如１，２１，２１１１朱宝晖王秋石曾鹏于海斌（中国科学院沈阳自动化研究所工业信息学重点实验室沈阳１１００１６）１（中国科学院研究生院北京１０００３９）２摘要考虑到应用于输电线路监测系统中的无线传感器网络在拓扑结构、网络流量上都呈现出新的特点，提出了一种混合式ＭＡＣ协议，即在网络空闲时期使用Ｘ－ＭＡＣ协议，在繁忙时期使用流水线式传输调度方法。根据节点的不同角色，使用不同

2、的Ｘ－ＭＡＣ参数提高网络的响应实时性，采用流水线式的传输调度解决线状网络中的隐藏终端问题。仿真结果表明，这种协议能够满足网络对实时性和能量有效性的要求。关键词无线传感器网络，输电线路监测，ＭＡＣ协议中图法分类号ＴＰ３９３文献标识码ＡＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓＨｙｂｒｉｄＭＡＣＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＯｖｅｒｈｅａｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ１，２１，２１１１ＬＩＮＪｕｎ－ｒｕＺＨＵＢａｏ－ｈｕｉＷＡＮＧＱｉｕ－ｓｈｉＺＥＮＧＰｅｎｇＹＵＨａｉ－ｂｉｎ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔ

3、ｏｒｙｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６，Ｃｈｉｎａ）１（ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ）２ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｎｅｗｆｅａｔｕｒｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋａｐｐｌｙｉｎｇｔｏｔｈｅｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌ

4、ｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｏｐｏｌｏｇｙａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｆｆｉｃ，ａｈｙｂｒｉｄＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｔｏｃｏｌａｄｏｐｔｓＸ－ＭＡＣｄｕｒｉｎｇｉｄｌｅｐｅｒｉｏｄａｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｕｒｉｎｇｂｕｓｙｐｅｒｉｏｄ．ＩｔｕｓｅｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔＸ－ＭＡＣｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｎｏｄｅ’ｓｒｏｌｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｒｅｓ

5、ｏｌｖｅｔｈｅｈｉｄｄｅｎｔｅｒｍｉｎａｌｐｒｏｂｌｅｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｔｏｃｏｌｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ’ｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅａｎｄｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＷｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌ电技术取得了一定的进展，但现有的传感器电源一般都是基１引言于高能锂电池，太阳能电池节能依然是ＭＡＣ协议必须考虑随着

6、电网规模的不断扩大，输电线路越来越分散和难于的问题，针对这些问题，我们做了如下工作。维护，目前常采用定期人工巡视、直升机巡视、巡线机器人等１）在网络流量稀少时，采用了Ｘ－ＭＡＣ来节省能量并且方式来对其进行维护，但这些方式成本高、劳动强度大，同时不同角色的节点采用不同ＭＡＣ参数来均衡网络的实时性和无法实现全天候在线监测。利用传统的传感器与通信技术来能量有效性。［１］。无线传感建立覆盖电网的在线监控系统，代价非常高昂２）在网络繁忙时，采用流水线式传输协议来应对隐藏终器网络具有能工作于恶劣环境，大面积覆盖，错误容忍，高

7、监端问题。［２］，在大规模输电控精度，自配置、自组织以及低成本的优势３）对前面两种方法进行了仿真验证，结果表明，在网络流线路监测系统中具有很大的应用潜力。量稀少时，下行数据平均延迟小于２ｓ，并且上行数据平均延在输电线路监测上，使用无线传感器网络对ＭＡＣ协议迟小于１ｓ，能够满足系统的实时性要求；采用流水线式传输提出了新的挑战：首先，应用拓扑结构上的特殊性使隐藏终端协议后ＭＡＣ层重传次数仅为发送次数的０．０１％。等无线通信的问题更为突出；其次，应用中的不同时期网络流本文首先介绍了相关的研究工作，其次分析了输电线路量存

8、在巨大差异，需要ＭＡＣ协议能够自适应这种变化；再监测应用中的网络模型；随后给出了ＭＡＣ协议并进行了［３］，整个监测系统对次，电网的ＳＣＡＤＡ系统的周期在４～８ｓ仿真验证；最后总结了相关工作和描述了将来的工作方网络的实时性也提出了相应的要求；最后，虽然在输电线上取向。到稿日期：２０１１－１１－１０返修日期：２０１２－０３－０１本文受国家自然科学基金（６０７０４０４６，６０７