输电线路在线监测WSN能耗均衡研究

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1、第29卷第8期2012年8月计算机应用研究ApplicationResearchofComputersVoL29No．8Aug．2012输电线路在线监测WSN能耗均衡研究木林俊如1’2，朱宝晖1’2，王秋石1，曾鹏1，于海斌1(1．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；2．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：在输电线路在线监测的应用中，无线传感器网络存在严重的能耗不均衡问题。利用这些无线传感器网络在线状拓扑上呈现出的线性、规律性的局部密集的特征，提出了基于密集簇

2、的分簇及簇首轮换算法和基于命名机制的路由算法。该算法具有很好的可扩展性，可通过增加少量的转发节点来缓解簇间能耗不均衡的问题。仿真结果验证了算法在能耗均衡方面的有效性，能够延长网络的生存时问。关键词：输电线路监测；无线传感器网络；能耗均衡；分簇算法中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1001—3695(2012)08-3111—05doi：10．3969／j．issn．1001—3695．2012．08．081Researchonenergybalancingofwirelesssenso

3、rnetworkfortransmissionlinemonltonngLINJun．rul”，ZHUBao．huil”，WANGQiu．shil，ZENGPen91，YUHai—binl(1．KeyLaboratoryofIndustriallnformatics，Shenyanglustit叭eofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Shenyang110016，China；2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences

4、，Beijing100039，China)Abstract：Intheapplicationoftransmissionlinemonitoring，thewirelesssensornetworkhasaseriousunbalancedenergycon—sumptionproblem．Featuresonthewirelesssensornetworklikelinear，regularandlocalcompressedtopologywereutilizedtoresolvethispr

5、oblem．Thispaperproposedaclusterheadrotationalgorithmbasedondenseclustersandaroutingalgorithmbasedonaddressassignment．Thealgorithmshadhighscalabilityandcouldalleviatethisproblembyaddingrelaynodes．Simu—lationresultsdemonstratetheeffectivenessonenergycon

6、sumptionbalancingandnetworklifetimeprolonging．Keywords：transmissionlinemonitoring；wirelesssensornetwork；energybalancing；clusteringalgorithm0引言无线传感器网络因其易部署、长时间在线等特性已成为近年来的研究热点，它在国防安全、工业监控、交通管理、环境监测等领域具有广阔的应用前景。目前，随着电网规模的不断扩大，在复杂地理条件下铺设的电网越来越多，输电线路具有分散性

7、大、距离长、难以维护等特点。与电力部门目前使用的定期人工、直升机和机器人在线等巡检手段相比，无线传感器网络具有能工作于恶劣环境、大面积覆盖、自配置自组织、全天候在线和低成本的优势，在大规模输电线路监测系统具有很大的应用潜力吣1。在应用中由于基础设施的布设传感器网络呈现出线性的拓扑特点，并且大部分传感器部署在杆塔周围，它们的覆盖范围相互重叠，采用分簇算法能够将数据进行聚合减少节点的信道接人次数而提升网络性能；rE可以通过簇首来保证实时性的同时网络中大部分节点都处于低能耗状态。相对于平面路由它不需要复

8、杂的路由维护，具有可扩展性强的特点。但采用分簇算法后也存在能耗不均的问题，它包括两方面：a)簇内能耗不均，同一个簇内簇首和其他簇成员要承担更多的数据处理、报文转发、网络维护的任务，需要消耗更多的能量；b)簇间能耗不均，在应用中线状无线传感器网络容易产生漏斗效应，越靠近汇聚节点的簇其需要进行越多的数据传输能量耗散。为了解决簇内能耗不均问题，本文提出了基于密集簇的分簇及簇首轮换算法来均衡簇间能耗，并设计了命名机制及其路由算法，利用线状拓扑本身具有的潜在位置信息，减少了路由建立和维护的开