CN103887886B - 一种基于传感器网络的电力网检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于传感器网络的电力网检测方法，所述方法包括异常检测步骤、节点上报步骤、簇上报步骤、簇群重置步骤、簇群动态更新步骤以及簇群合并步骤。本发明还提供了执行上述方法的电力网检测系统。在传感器网络的节点检测到相对重要的异常状态时，本发明可以实现异常数据的即时上传，降低了传输时延；而且，本发明还可以将属于同一异常区域的节点整合至同一簇群下，有利于对异常数据的集中传输、管理和应用，并且降低对异常区域以外其它节点的影响。

Description

一种基于传感器网络的电力网检测系统及方法

技术领域

本申请涉及电力电网技术，更具体地，涉及一种基于传感器网络的电力网检测系统及方法。

背景技术

电力网承担着输送生产和生活用电的关键职能。电力网一旦发生故障，特别是一旦发生局部中断甚至大面积中断，就会严重影响社会各部门运行，造成重大的损失。有可能导致电力网故障和中断的因素很多，既有电力网自身的内因，例如由于元件老化、损坏等原因发生短路、过载等情况从而引发事故，也有外部环境方面的因素，例如冰雪、大风、严寒、火灾、潮湿等异常现象都会对电力网造成破坏。因此，避免电力网故障和中断的重要方面就是及时、准确地检测电力网内、外部状态，从而尽早发现问题、解决问题，避免问题恶化和蔓延。

传统的电力网检测主要依赖巡检手段，即依照电力网分布和走向，逐段进行人工探查。由于电力网分布地域极为广泛，所处环境复杂多变，巡检不但效率低、成本高，而且无法实时、快速地发现故障和问题。

随着电网技术与现代通信技术的充分融合，实现了对电力网的信息化检测。这一技术手段在电力网的基础上引入了由各类传感器及配套的通信设备构成的传感器网络。传感器网络利用大量的传感器检测电力网沿线各点的内部、外部状态数据，并且基于网络通信能力将状态数据远程、实时上传到监控中心，使监控人员能够全面掌握整个电力网的运行状态，一旦某点发生异常能够立即收到警告并采取处置措施。

为了适应电力网分布广泛、地形复杂的实际状况，应用于电力网的传感器网络在网络通信方面主要应用了自组织无线传感器网络技术。自组织无线传感器网络技术特别适用于在广域、大规模的无线数据通信，具有布网容易、通信成本低、环境适应性强的特点。图1示出了自组织无线传感器网络的结构示意图，在电力网的各个检测点，可以设置由传感器和无线通信单元构成的末端节点101A-I，各个末端节点101A-I基于ZigBee等通信协议进行数据的无线发送和转发，从而通过自组织的路由方式形成到达网关节点102的信息传输路径。网关节点102通过网络连接到监控中心，将末端节点101A-I的传感器所采集的电力网状态数据上传给监控中心，并接收和下发监控中心的指令。

由末端节点101A-I至网关节点102的自组织路由方式对传感器网络的通信性能具有显著影响。传感器网络的通信性能主要包括传输可靠性、传输延时和节点能耗等指标。对于适用于电力网的如此大规模的传感器网络来说，更加需要在末端节点101A-I和网关节点102之间形成最优化的体系结构以提升上述指标。

目前，在电力网的自组织无线传感器网络中普遍应用基于簇拓扑的路由方式。末端节点101A-C在簇拓扑模式的路由方式中，如图1所示，末端节点101A-101C作为一个簇群，末端节点101D-101F作为一个簇群，末端节点101G-101I亦作为一个簇群。每个簇群中的末端节点又可以分类为汇聚节点和成员节点，如末端节点101A、101D和101G为汇聚节点，而其它的末端节点均为成员节点。汇聚节点101A接收本簇群内的成员节点101B和101C传来的数据包，对数据包进行处理和再打包，然后上传至网关节点102；末端节点101D-101F及101G-101I的簇群与之类似。

无线传感器网络的自组织特性体现为：末端节点中簇群的划分以及汇聚节点的选择是由各末端节点通过协商而自组织形成的，并且能够以自组织的方式调整。簇拓扑结构的形成可以分为分簇和簇内动态路由等阶段。在分簇阶段，无线传感器网络按照预先定义的算法规则从末端节点中选定初始的汇聚节点，如末端节点101A、101D和101G；被选中的初始汇聚节点对外发送广播消息，其它的末端节点根据收到的广播消息决定与哪个初始汇聚节点建立连接，即决定加入哪个簇群成为其成员节点，例如在接到两个以上的初始汇聚节点发来的广播消息时可以通过比较信号强度或者广播消息所携带的附加信息（附加信息可反映初始汇聚节点的剩余电量或与网关节点的距离等参数）来决定加入哪个簇群；决定了所要加入的簇群之后，成员节点向其选择的初始汇聚节点回复确认消息；此后，成员节点与初始汇聚节点进行必要的协商通信，例如初始汇聚节点以TDMA（时分复用）的方式与其成员节点进行通信，因此需要为其负责的每个成员节点分配通信时隙；之后，初始汇聚节点与成员节点之间进行数据传输。在簇内动态路由阶段，需要为某一簇群内的末端节点建立轮换机制，使各个末端节点轮流成为汇聚节点；通过轮换汇聚节点来分担中继通信业务，使簇群中各节点的能量损耗平均化，延长簇群信息传输路径的生命周期。簇群划分和簇内动态路由均根据无线传感器网络的实际状况而重复执行和动态更新，例如，末端节点能够从某一簇群跳转至其它簇群；又例如，如果一个簇群的汇聚节点失效，则需要重新选择汇聚节点或重新分簇。

在无线传感器网络的性能指标方面，上述簇拓扑模式主要考虑了保证数据传输路径始终存在，以及平均节点能耗从而保持传输路径稳定。但是，所付出的代价在于，增加了数据传输的时延，以及节点归属簇群处于不确定状态。

首先，上述分簇和动态路由的机制反复执行，每次均需要节点之间的多轮协商，在协商期间有效数据载荷不能传输，因此在上述模式下簇群会在协商状态和有效数据载荷传输状态之间切换，增大了有效数据载荷传输的延迟；如果电力网处于正常工作状态，传感器采集的状态数据经历较长时延才传输到网关节点是可以接受的，但是如果传感器采集到的数据反映了重大异常状态，例如烟雾传感器检测到火情，则希望将这一数据上报监控中心的传输不经历任何不必要的延迟。

另一方面，电力网遇到的异常状态一般呈现区域性分布的特点，例如，图1中的虚线框所示，末端节点101C和101F所在的检测点因地理位置较接近，二者同时检测到外部环境的某一异常变化；然而，由于这两个末端节点处于不同的簇群内，会分别以不同的传输路径将异常数据上报至监控中心，这样就屏蔽了二者检测到的异常数据具有的关联性，为监控中心分析检测数据带来了困难；可见，现有技术中的簇拓扑模式不能将电力网中处于同一异常区域内的多个节点整合至同一簇群，从而对上述节点及其检测数据进行统一的管理和应用。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种基于传感器网络的电力网检测方法及系统。在传感器网络的节点检测到相对重要的异常状态时，本发明可以实现异常数据的即时上传，降低了传输时延；而且，本发明还可以将属于同一异常区域的节点整合至同一簇群下，有利于对异常数据的集中传输、管理和应用，并且降低对异常区域以外其它节点的影响。

本发明所述的基于传感器网络的电力网检测方法，包括以下步骤：

异常检测步骤，通过传感器网络中的末端节点采集电力网检测点的各项状态数据，通过分析所述状态数据检测是否存在预定义类型异常状态；

节点上报步骤，在检测到预定义类型异常状态的情况下，所述末端节点向所属簇群的当前汇聚节点上传异常状态报警消息及相关的状态数据；

簇上报步骤，所述当前汇聚节点中断当前的数据传输，并利用现有的传输路径向网关节点上传所述异常状态报警消息及相关的状态数据；

簇群重置步骤，在所述异常状态报警消息及相关的状态数据上传之后，所述当前汇聚节点向所属簇群内的末端节点广播簇群重置消息；所属簇群内的末端节点响应所述簇群重置消息而检测是否存在所述预定义类型异常状态；存在所述预定义类型异常状态的末端节点向所述当前汇聚节点做出回复而保持与当前汇聚节点的连接，不存在所述预定义类型异常状态的末端节点退出当前的簇群，从而形成由存在预定义类型异常状态的末端节点和当前汇聚节点构成的准异常状态驱动簇群；

簇群动态更新步骤，按照预定轮换机制在所述准异常状态驱动簇群中轮换新的汇聚节点，并基于新的汇聚节点建立与网关节点的传输路径，并且新的汇聚节点向所属簇群内的末端节点广播簇群更新消息，所属簇群内的末端节点响应所述簇群更新消息而检测是否存在所述预定义类型异常状态；存在所述定义类型异常状态的末端节点向所述新的汇聚节点做出回复而建立与新的汇聚节点的连接，不存在所述预定义类型异常状态的末端节点退出当前的簇群，从而形成新的准异常状态驱动簇群或者异常状态驱动簇群；

簇群合并步骤，异常状态驱动簇群的汇聚节点广播簇群属性消息，其它异常状态驱动簇群的汇聚节点接收所述簇群属性消息，并判断是否加入所述簇群属性消息标识的异常状态驱动簇群。

优选的是，所述簇群重置步骤和簇群动态更新步骤中，所述汇聚节点为做出回复的末端节点分配传输时隙。

优选的是，所述簇群动态更新步骤中，在建立与新的汇聚节点的连接之前，所述准异常状态驱动簇群中的末端节点与在先的汇聚节点保持连接并进行数据传输。

优选的是，所述簇群动态更新步骤中，所述预定轮换机制包括：准异常状态驱动簇群中的末端节点计算自身的优先值，并向准异常状态驱动簇群中的其它末端节点广播所述优先值；末端节点比较自身的优先值与接收到的其它末端节点的优先值，当自身的优先值最大时，该末端节点作为新的汇聚节点，建立与网关节点的传输路径。

进一步优选的是，准异常状态驱动簇群中的末端节点根据本节点的以下参数计算所述优先值：是否存在所述预定义类型异常状态、与网关节点通信的信号强度以及节点剩余电量；为上述参数分配各自的权重值，并且是否存在所述预定义类型异常状态的权重值大于其它参数的权重值。

优选的是，簇群合并步骤中，接收到所述簇群属性消息的汇聚节点根据其所属异常状态驱动簇群的规模，决定是否加入所述簇群属性消息标识的异常状态驱动簇群。

本发明进一步提供了一种基于传感器网络的电力网检测系统，包括：分布于电力网各检测点的末端节点，网关节点和监控中心；所述末端节点通过自组织选取汇聚节点并组成簇群，簇群的汇聚节点通过传输路径连接网关节点；其中，

所述末端节点用于采集电力网检测点的各项状态数据，通过分析所述状态数据检测是否存在预定义类型异常状态；并且在检测到预定义类型异常状态的情况下，所述末端节点用于向所属簇群的汇聚节点上传异常状态报警消息及相关的状态数据；

所述汇聚节点用于通过传输路径向网关节点上传所述异常状态报警消息及相关的状态数据；其中，

所述簇群包括普通簇群、准异常状态驱动簇群以及异常状态驱动簇群；所述普通簇群中的末端节点和汇聚节点均不存在预定义类型异常状态；所述准异常状态驱动簇群包括汇聚节点和末端节点；所述异常状态驱动簇群的汇聚节点和末端节点均存在预定义类型异常状态。

优选的是，所述末端节点包括:电力网内部状态传感器组、电力网环境传感器组、图像传感器组、系统控制单元、无线通信单元。

进一步优选的是，所述系统控制单元包括：状态数据分析单元、消息处理单元、优先值计算单元、簇管理单元、通信驱动接口单元。

进一步优选的是，所述网关节点为普通簇群、准异常状态驱动簇群以及异常状态驱动簇群分配不同的处理优先级和信息传输资源。

可见，与传统的无线传感器网络的动态路由方案相比，本发明的首要关注点不在于如何使节点能耗均衡以保持信息传输路径的可持续性，也不同于现有技术当中完全基于异常事件驱动，对事件相关节点进行重新组织分簇然后再实现信息传输的处理机制，本发明克服了现有方案中由于节点簇群和路由重新分配而使有效数据载荷的传输存在较大时延的缺点。在电力网发生符合预定义类型的重大异常时，本发明的传感器网络首先最大程度地依靠已有的通向网关节点的路径进行数据的上行发送，并将已有路径的传输能力最大化；进而，本发明通过对簇群的动态更新，将与异常状态相关的节点拓扑逐步过渡为准异常状态驱动簇群、异常状态驱动簇群，最终将异常状态相关的节点重构为由异常事件驱动的一体化簇群，从而有利于对异常数据的集中传输、管理和应用，降低了对异常区域以外其它节点的影响，而且，在上述过渡阶段中，仍然最大程度地保留和依靠对已有传输路径的应用，保证了簇群重构过程中异常状态相关数据上传受到的延迟最小化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术中的传感器网络簇拓扑结构示意图；

图2是本发明实施例的传感器网络在正常状态下的簇拓扑结构示意图；

图3是本发明实施例的传感器网络检测到预定义类型异常状态的示意图；

图4是本发明实施例的传感器网络经过簇群重置步骤形成准异常状态驱动簇群的示意图；

图5是本发明实施例的传感器网络经过簇群动态更新步骤形成异常状态驱动簇群的示意图；

图6是本发明实施例的传感器网络经过簇群合并步骤形成异常状态驱动的一体化簇群的示意图；

图7是本发明实施例的末端节点的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

图2是本发明实施例的传感器网络在正常状态下的簇拓扑结构示意图。本发明在整个电力网范围内分布大量检测点，在每个检测点内设置一个传感器网络的末端节点，即末端节点101A-101I。所述末端节点101A-101I包括用于检测电力网各项内部状态和外部环境状态的传感器组，以及基于ZigBee等通信协议无线收发由传感器感应获得的状态数据的无线通信单元。传感器网络中的末端节点101A-101I通过自组织形成簇群，自组织包括选取汇聚节点和末端节点加入簇群等阶段，如图2所示，末端节点101A-101C构成一个普通簇群C1，其中末端节点101A作为该簇群的汇聚节点，汇聚节点101A通过无线连接与该簇群的其它成员节点101B和101C进行数据收发，并且汇聚节点101A与网关节点102建立无线连接，向网关节点102发送簇群各节点检测的状态数据。由末端节点101D-101F和末端节点101G-101I组成的普通簇群C2、C3的拓扑结构与簇群C1相同。

本发明所述的基于传感器网络的电力网检测方法主要关注于异常状态下的数据上传，以及异常状态驱动簇群的重新自组织构建。本方法首先执行异常检测步骤，由传感器网络中的末端节点101A-101I采集电力网检测点的各项状态数据，通过分析所述状态数据，检测是否存在预定义类型异常状态；如果节点传感器感应到的状态数据超出了预定的阈值，或者检测到特定类型的状态数据，即判断该检测点的电力网内、外状态是否处于某种异常之中。能够引起传感器网络执行本发明所述方法的异常状态是预定义的，通常属于会使电力网的正常运营受到严重影响的异常状态，例如节点的烟雾传感器检测到火情；如果节点传感器检测到某种异常状态，但该异常状态不属于所述预定义类型异常状态，例如节点的传感器检测到温度过低，则不会启动本发明下面的步骤，而是按照与普通的状态数据相同的流程逐级进行上传。如图3所示，假设部分电力网所在区域发生森林火情，簇群C1的末端节点101C及簇群C2的末端节点101E、101F通过烟雾传感器均检测到由该火情造成的预定义类型异常状态，其它节点则未出现该预定义类型异常状态。

在图3所示的情况下，根据本发明所述方法，将继续执行节点上报步骤。在该步骤中，所述末端节点101C向所属簇群C1的当前汇聚节点101A上传异常状态报警消息及相关的状态数据，例如烟雾传感器检测数值和图像传感器拍摄的火情画面数据等；同时，末端节点101E和101F向所属簇群C2的当前汇聚节点101D上传异常状态报警消息及相关的状态数据；在某些情况下，如果汇聚节点自身也是存在预定义类型异常状态的末端节点，则汇聚节点自身也会产生异常状态报警消息及相关的状态数据。

根据本发明所述方法，接下来将执行簇上报步骤；在本步骤中，所述当前汇聚节点101A收到末端节点101C上传的异常状态报警消息之后，会即时中断当前的数据传输，并利用汇聚节点101A与网关节点102之间已经建立的无线连接作为传输路径，向网关节点102上传所述异常状态报警消息及相关的状态数据；相类似地，汇聚节点101D也会中断当前的数据传输，向网关节点102上传末端节点101E和101F上传的异常状态报警消息及相关的状态数据。

在通过簇上报步骤完成异常状态报警消息及相关的状态数据的上传之后，根据本发明所述的方法，继续执行簇群重置步骤。在该步骤中，当前汇聚节点101A和101D分别向所属簇群C1和C2内的末端节点广播簇群重置消息，所述簇群重置消息中携带当前正在处理的异常状态类型，在本实施例中异常状态类型为火情；簇群重置消息中还为簇群内的各个末端节点分配了回复延迟时长，例如簇群C1中末端节点101B的回复延迟时长为T1，末端节点101C的回复延迟时长为T2，并且T1和T2不同，这样避免了由于末端节点在同一时间段内集中回复造成拥塞。所属簇群C1和C2内的各个末端节点响应所述簇群重置消息而检测是否存在所述预定义类型异常状态，存在所述预定义类型异常状态的末端节点—包括簇群C1的末端节点101C和簇群C2的末端节点101E、101F—将在簇群重置消息中为其指定的回复延迟时长届满时刻向各自对应的汇聚节点做出回复，而不存在预定义类型异常状态的末端节点101B则始终不会做出回复。汇聚节点101A收到了末端节点101C的回复之后，保持为末端节点101C所分配的数据传输时隙；而在等待了预定的时长阈值之后，在未收到末端节点101B回复的情况下，会收回该末端节点101B的数据传输时隙，将该时隙资源重新分配给做出了回复的末端节点；这样，不存在预定义类型异常状态的末端节点101B就终止了与汇聚节点101A的数据传输，因而退出了簇群C1。退出后的末端节点101B成为孤立节点，会通过现有技术中针对自组织网络孤立节点的处理协议而加入其它的普通簇群。如图4所示，经过簇群重置步骤，会形成由存在预定义类型异常状态的末端节点101C和不存在该异常状态的汇聚节点101A构成的准异常状态驱动簇群C1’,以及由存在预定义类型异常状态的末端节点101E及101F和不存在该异常状态的汇聚节点101D构成的准异常状态驱动簇群C2’。

可见，在预定义类型异常状态发生并被末端节点检测之后，本发明所述方法首先利用已经建立的簇群拓扑路径进行实现报警数据的上传，保证了上传的及时性。此后，通过簇群重置步骤，由普通簇群向基于异常状态驱动的簇群过渡，并且为存在预定义类型异常状态的节点分配更多的信息传输资源。通过准异常状态驱动簇群的构建，使得在上述过渡阶段仍然为异常状态下的节点保持已经建立的拓扑路径，避免簇群的完全重构带来时延，从而优先保证了异常状态数据的传输。

对于上述步骤中构建的准异常状态驱动簇群C1’和C2’，按照本发明所述的方法，继续执行簇群动态更新步骤。在簇群动态更新步骤中，按照预定轮换机制在所述准异常状态驱动簇群C1’和C2’中轮换新的汇聚节点。在预定轮换机制当中，准异常状态驱动簇群C1’中的末端节点101A和101C定期地分别计算自身的优先值，并向准异常状态驱动簇群中的其它末端节点广播所述优先值PR。末端节点101A和101C分别根据本节点的以下参数计算各自的优先值PR：是否存在所述预定义类型异常状态N、与网关节点通信的信号强度S以及节点剩余电量D；为上述参数分配各自的权重值W1-W3,从而形成如下公式：

PR=W1*N+W2*S+W3*D；

并且，是否存在所述预定义类型异常状态N的权重值W1应当大于其它参数的权重值W2和W3。对于准异常状态驱动簇群C1’来说，当前汇聚节点101A不存在预定义类型异常状态，则N=0；末端节点101C存在预定义类型异常状态，因此N=1；由于权重值W1最大，因而除非末端节点101C具有信号强度过弱或者剩余电量过低等缺陷，否则末端节点101C的优先值PR将必然会大于当前汇聚节点101A的优先值PR，即末端节点101C将会在轮换机制中优先成为新的汇聚节点。显然，如果准异常状态驱动簇群C1’中包括不止一个存在预定义类型异常状态的末端节点，通过上述算法会从中选择信号强度及剩余电量综合条件最优的节点作为新的汇聚节点。末端节点101A和101C会分别比较自身的优先值PR与接收到的其它末端节点的优先值PR；对于末端节点101C，由于其自身的优先值PR在所属簇群C1’中最大，作为新的汇聚节点，末端节点101C会向网关节点102发起协商会话，建立与网关节点102的传输路径。然后，新的汇聚节点101C会向所属准异常状态驱动簇群C1’内的末端节点广播簇群更新消息，所述簇群更新消息携带了异常状态类型以及与节点101C建立连接的必需参数；所属簇群内的末端节点响应所述簇群更新消息而检测是否存在所述预定义类型异常状态；存在所述定义类型异常状态的末端节点向所述新的汇聚节点做出回复而建立与新的汇聚节点的连接，由新的汇聚节点为其分配时隙资源，而不存在所述预定义类型异常状态的末端节点以不进行回复的方式，退出当前的簇群。如图5所示，在本实施例中，末端节点101A由于不存在预定义类型异常状态，就会退出当前簇群C1’，从而形成了由末端节点101C单独组成的异常状态驱动簇群Q1；相类似地，在准异常状态驱动簇群C2’中，经上述计算确定末端节点101E为新的汇聚节点，不存在预定义类型异常状态的末端节点101D会退出该簇群，而末端节点101F则建立与新的汇聚节点101E的连接，从而形成了由节点101E和101F构成异常状态驱动簇群Q2。至此，传感器网络已经由原始的普通簇群过渡为基于异常状态驱动的簇群拓扑结构。在簇群动态更新步骤中，在建立与新的汇聚节点的连接之前，所述准异常状态驱动簇群中的末端节点会与在先的汇聚节点保持连接并进行数据传输。而在本步骤中退出准异常状态驱动簇群的节点，会作为孤立节点通过现有的自组织算法加入其它普通簇群。

虽然形成了基于异常状态驱动的簇群Q1和Q2，但是由于这些簇群仍然处于彼此独立状态，并沿各自的传输路径连接网关节点102，不利于对异常状态数据的整合管理，因此，根据本发明，接下来执行簇群合并步骤。在簇群合并步骤中，异常状态驱动簇群Q1和Q2的汇聚节点101C及101E会分别广播簇群属性消息，该簇群属性消息包括异常状态类型、汇聚节点连接参数以及簇群节点规模信息；汇聚节点101C及101E接收到对方发送的簇群属性消息，判断是否加入所述簇群属性消息标识的异常状态驱动簇群，作为一种示例，可以根据簇群节点规模信息，决定由规模较小的簇群中节点加入规模较大的簇群，这样使受到簇群合并步骤影响的节点相对较少。如图6所示，异常状态驱动簇群Q1中唯一的节点101C会建立与异常状态驱动簇群Q2的汇聚节点101E的连接，从而加入异常状态驱动簇群Q2。最终，依照本发明所述的方法，形成了完全由存在预定义类型异常状态的节点构成的异常状态驱动簇群Q2，通过形成异常状态驱动的一体化簇群，有利于对异常数据的集中传输、管理和应用，可以对簇群内的异常节点采取统一的管理和策略，例如，所述网关节点102可以为普通簇群、准异常状态驱动簇群以及异常状态驱动簇群分配不同的处理优先级和信息传输资源，包括对异常状态驱动簇群传输的数据给予最高的优选级权限，为网关节点与异常状态驱动簇群之间的数据收发预留最多的时隙资源，等等。同时，将异常状态下的节点整合到一个簇群，也降低了对异常区域以外其它节点的影响。

本发明上述方法是基于具有相应功能和能力的末端节点来实现的。图7示出了本发明所述末端节点的结构示意图。本发明所述的末端节点布设在电力网的各个检测点，具有对电力网内、外部状态的传感采集能力，并且具有自组织拓扑和数据传输的能力，即每个末端节点都可能作为汇聚节点使用。如图7所示，所述末端节点包括：电力网内部状态传感器组701、电力网环境传感器组702、图像传感器组703、系统控制单元704、无线通信单元705。其中，电力网内部状态传感器组701用于传感采集电力网内部的各项性能状态数据，电力网环境传感器组702用于传感采集电力网外部的温度、湿度、烟雾、风力等各项环境状态数据；图像传感器组703采集为检测点拍摄的图像数据。所述系统控制单元704具体包括以下部件：状态数据分析单元704A，用于接收和分析由上述传感器组采集的状态数据，根据状态数据判断是否出现预定义类型异常状态；消息处理单元704B是节点的消息接口，用于通过无线通信单元705收发并处理各类消息，具体包括生成、上传或转发异常状态报警消息及相关的状态数据，用于生成、响应及回复簇群重置消息、簇群更新消息以及优先值广播消息；优先值计算单元704C，用于按照上面介绍的算法为本节点计算优先值PR；簇管理单元704D，当本节点作为汇聚节点时用于维护和更新簇信息列表，所述簇信息列表登记了本节点所属簇群的全部节点的相关信息，包括节点ID、节点的有效传输时隙等，簇信息列表中还登记了簇群属性消息，包括簇群的类型（普通簇群、准异常状态驱动簇群、异常状态驱动簇群）以及簇群的规模信息等；通信驱动接口单元704E作为系统控制单元704和无线通信单元705之间的接口，进行通信协议封装、解封装等格式转换，从而使系统控制单元704可以基于无线通信单元705实现消息收发以及数据的传输。

可见，与传统的无线传感器网络的动态路由方案相比，本发明的首要关注点不在于如何使节点能耗均衡以保持信息传输路径的可持续性，也不同于现有技术当中完全基于异常事件驱动，对事件相关节点进行重新组织分簇然后再实现信息传输的处理机制，本发明克服了现有方案中由于节点簇群和路由重新分配而使有效数据载荷的传输存在较大时延的缺点。在电力网发生符合预定义类型的重大异常时，本发明的传感器网络首先最大程度地依靠已有的通向网关节点的路径进行数据的上行发送，并将已有路径的传输能力最大化；进而，本发明通过对簇群的动态更新，将与异常状态相关的节点拓扑逐步过渡为准异常状态驱动簇群、异常状态驱动簇群，最终将异常状态相关的节点重构为由异常事件驱动的一体化簇群，从而有利于对异常数据的集中传输、管理和应用，降低了对异常区域以外其它节点的影响，而且，在上述过渡阶段中，仍然最大程度地保留和依靠对已有传输路径的应用，保证了簇群重构过程中异常状态相关数据上传受到的延迟最小化。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于传感器网络的电力网检测方法，包括以下步骤：

异常检测步骤，通过传感器网络中的末端节点采集电力网检测点的各项状态数据，通过分析所述状态数据检测是否存在预定义类型异常状态；

节点上报步骤，在检测到预定义类型异常状态的情况下，所述末端节点向所属簇群的当前汇聚节点上传异常状态报警消息及相关的状态数据；

簇上报步骤，所述当前汇聚节点中断当前的数据传输，并利用现有的传输路径向网关节点上传所述异常状态报警消息及相关的状态数据；

簇群重置步骤，在所述异常状态报警消息及相关的状态数据上传之后，所述当前汇聚节点向所属簇群内的末端节点广播簇群重置消息；所属簇群内的末端节点响应所述簇群重置消息而检测是否存在所述预定义类型异常状态；存在所述预定义类型异常状态的末端节点向所述当前汇聚节点做出回复而保持与当前汇聚节点的连接，不存在所述预定义类型异常状态的末端节点退出当前的簇群，从而形成由存在预定义类型异常状态的末端节点和当前汇聚节点构成的准异常状态驱动簇群；

簇群动态更新步骤，按照预定轮换机制在所述准异常状态驱动簇群中轮换新的汇聚节点，并基于新的汇聚节点建立与网关节点的传输路径，并且新的汇聚节点向所属簇群内的末端节点广播簇群更新消息，所属簇群内的末端节点响应所述簇群更新消息而检测是否存在所述预定义类型异常状态；存在所述定义类型异常状态的末端节点向所述新的汇聚节点做出回复而建立与新的汇聚节点的连接，不存在所述预定义类型异常状态的末端节点退出当前的簇群，从而形成新的准异常状态驱动簇群或者异常状态驱动簇群；

簇群合并步骤，异常状态驱动簇群的汇聚节点广播簇群属性消息，其它异常状态驱动簇群的汇聚节点接收所述簇群属性消息，并判断是否加入所述簇群属性消息标识的异常状态驱动簇群。

2.根据权利要求1所述的基于传感器网络的电力网检测方法，其特征在于，所述簇群重置步骤和簇群动态更新步骤中，所述汇聚节点为做出回复的末端节点分配传输时隙。

3.根据权利要求1所述的基于传感器网络的电力网检测方法，其特征在于，所述簇群动态更新步骤中，在建立与新的汇聚节点的连接之前，所述准异常状态驱动簇群中的末端节点与在先的汇聚节点保持连接并进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的基于传感器网络的电力网检测方法，其特征在于，所述簇群动态更新步骤中，所述预定轮换机制包括：准异常状态驱动簇群中的末端节点计算自身的优先值，并向准异常状态驱动簇群中的其它末端节点广播所述优先值；末端节点比较自身的优先值与接收到的其它末端节点的优先值，当自身的优先值最大时，该末端节点作为新的汇聚节点，建立与网关节点的传输路径。

5.根据权利要求4所述的基于传感器网络的电力网检测方法，其特征在于，准异常状态驱动簇群中的末端节点根据本节点的以下参数计算所述优先值：“是否存在所述预定义类型异常状态”、“与网关节点通信的信号强度”以及“节点剩余电量”；为上述参数分配各自的权重值，并且“是否存在所述预定义类型异常状态”这一参数的权重值大于其它参数的权重值。

6.根据权利要求1所述的基于传感器网络的电力网检测方法，其特征在于，簇群合并步骤中，接收到所述簇群属性消息的汇聚节点根据其所属异常状态驱动簇群的规模，决定是否加入所述簇群属性消息标识的异常状态驱动簇群。

7.一种基于传感器网络的电力网检测系统，包括：分布于电力网各检测点的末端节点，网关节点和监控中心；所述末端节点通过自组织选取汇聚节点并组成簇群，簇群的汇聚节点通过传输路径连接网关节点；其特征在于，

所述末端节点用于采集电力网检测点的各项状态数据，通过分析所述状态数据检测是否存在预定义类型异常状态；并且在检测到预定义类型异常状态的情况下，所述末端节点用于向所属簇群的汇聚节点上传异常状态报警消息及相关的状态数据；

所述汇聚节点用于通过传输路径向网关节点上传所述异常状态报警消息及相关的状态数据；其中，

所述簇群包括普通簇群、准异常状态驱动簇群以及异常状态驱动簇群；所述普通簇群中的末端节点和汇聚节点均不存在预定义类型异常状态；所述准异常状态驱动簇群包括汇聚节点和末端节点；所述异常状态驱动簇群的汇聚节点和末端节点均存在预定义类型异常状态；

所述末端节点包括:电力网内部状态传感器组、电力网环境传感器组、图像传感器组、系统控制单元、无线通信单元；

所述系统控制单元包括：状态数据分析单元、消息处理单元、优先值计算单元、簇管理单元、通信驱动接口单元。

8.根据权利要求7所述的基于传感器网络的电力网检测系统，其特征在于，所述网关节点为普通簇群、准异常状态驱动簇群以及异常状态驱动簇群分配不同的处理优先级和信息传输资源。