CN107134123A - 一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，包括基于无线传感器网络的数据采集模块、网络基站、监测中心和用户终端；所述的数据采集模块用于对监测区域内的电能质量参数以及负载消耗的电量进行采集数据，并将数据进行处理后发送到网络基站；所述网络基站用于接收数据采集模块发送的数据，将该数据发送到监测中心；所述监测中心用于对网络基站传来的数据进行保存和分析处理，对处理后的数据重新保存，以供用户终端进行调用；用户终端，用于显示电量使用情况、历史电量消费数据、检测区域的电参数。本发明可以远程监测线路上的电参数以及用户的电量消费情况，提高了采集数据的可靠性、稳定性、传输距离。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统。
背景技术
目前人们对远程监测电能质量的关注程度越来越多，很多供电所已经开始搭建基于无线的电能质量监测系统，用于远程监测线路上的电参数以及用户消费的电量。传统的无线电能质量监测系统，单个检测装置直接与数据中心进行通信，检测装置之间并没有建立通讯链路，数据传输的距离有限，抗干扰能力差，数据容易丢失。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，包括基于无线传感器网络的数据采集模块、网络基站、监测中心和用户终端；所述的数据采集模块用于对监测区域内的电能质量参数以及负载消耗的电量进行采集数据，并将数据进行处理后发送到网络基站；所述网络基站用于接收数据采集模块发送的数据，将该数据发送到监测中心；所述监测中心用于对网络基站传来的数据进行保存和分析处理，对处理后的数据重新保存，以供用户终端进行调用；用户终端，用于显示电量使用情况、历史电量消费数据、检测区域的电参数。
本发明的有益效果为：可以远程监测线路上的电参数以及用户的电量消费情况，提高了采集数据的可靠性、稳定性、传输距离。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的框图示意图；
图2是本发明监测中心的框图示意图。
附图标记：
数据采集模块1、网络基站2、监测中心3、用户终端4、数据传输接口5、数据库平台6、数据分析处理单元7。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，包括基于无线传感器网络的数据采集模块1、网络基站2、监测中心3和用户终端4；所述的数据采集模块1用于对监测区域内的电能质量参数以及负载消耗的电量进行采集数据，并将数据进行处理后发送到网络基站2；所述网络基站2用于接收数据采集模块1发送的数据，将该数据发送到监测中心3；所述监测中心3用于对网络基站2传来的数据进行保存和分析处理，对处理后的数据重新保存，以供用户终端4进行调用；用户终端4，用于显示电量使用情况、历史电量消费数据、检测区域的电参数。
优选地，所述的监测中心3包括用于对网络基站2传来的数据进行接收的数据传输接口5、用于存储网络基站2传来的数据以及处理后的数据的数据库平台6、用于对网络基站2传来的数据进行分析处理的数据分析处理单元7。
优选地，所述用户终端4包括：基于PC和移动的客户端，所述的客户端分为能够显示电量使用情况和历史电量消费数据的普通用户客户端和供电网工作人员使用，并显示检测区域的电参数的专业客户端。
优选地，所述的数据采集模块1包括数据采集节点和簇头节点，其中数据采集节点包括普通数据采集节点、敏感数据采集节点，所述的普通数据采集节点用于采集普通数据，所述的敏感数据采集节点用于采集用户需要保密的敏感数据；所述的簇头节点从数据采集节点中选出，其用于对簇内数据采集节点的数据进行收集和处理，生成多重数据包后将多重数据包发送至网络基站2。
其中，所述的簇头节点从数据采集节点中选出，具体包括：
(1)接收到网络基站2的分簇命令后，各数据采集节点通过调整发射功耗调整通信距离为设定的通信距离阈值，并向通信距离范围内的邻居数据采集节点交换自身的剩余能量值；
(2)每个数据采集节点接收通信距离范围内邻居数据采集节点交换的信息后，将各敏感数据采集节点作为初始簇头节点，通过下列公式计算各敏感数据采集节点的簇头可替换度R(Pi)，当R(Pi)＞0时，将对应的邻居数据采集节点Pj替换敏感数据采集节点Pi，作为新的簇头节点：
式中，R(Pi)表示敏感数据采集节点Pi的簇头可替换度，F(Pi)表示敏感数据采集节点Pi的剩余能量，F(Pj)表示敏感数据采集节点Pi通信距离范围内的邻居数据采集节点Pj的剩余能量，E为敏感数据采集节点Pi通信距离范围内的邻居数据采集节点的数量；
F(Pj′)表示Pj通信距离范围内的邻居数据采集节点Pj′的剩余能量，E′为Pj通信距离范围内的邻居数据采集节点的数量；
(3)对无线传感器网络内的每个数据采集节点，计算该数据采集节点与各簇头节点之间的距离，选出距离最小值对应的簇头节点，将该数据采集节点加入到该选出的簇头节点所在的簇中。
本优选实施例的远程电能质量监测系统采用无线传感器网络进行监测区域内的电能质量参数以及负载消耗的电量的数据采集，在采集的过程中，通过选择簇头节点，再由簇头节点收集和发送簇内数据采集节点的数据到网络基站2的方式，相对于由各数据采集点直接发送数据到网络基站2的方式具有更高的能量效率，在保证数据精度损失较小的前提下，进一步节省了远程电能质量监测系统中无线传感器网络的能量；按照本优选实施例设置的簇头选取方式进行簇头选取，缩短了簇头选取的时间，从而能够相对提高监测区域内的电能质量参数以及负载消耗的电量的有关数据进行收集和处理的速度，保证远程电能质量监测系统的工作效率。
优选地，所述对簇内数据采集节点的数据进行收集和处理，具体包括：
(1)采用有限脉冲响应数字滤波器对簇内的敏感数据进行噪声过滤，通过差分编码对噪声过滤后的敏感数据进行无损压缩，形成压缩敏感数据；
(2)对簇内各普通数据采集节点采集的普通数据构建对应的数据包，定义数据包格式为：由包头、应用数据和后缀组成，其中包头包括源地址和目标地址信息，应用数据包括数据采集节点的标识符、采样数据数目和采样数据序列；
(3)将簇内各普通数据采集节点对应的数据包进行合并，生成拥有公共包头、公共后缀和不同类型的采样数据的多重数据包，其中多重数据包的格式如下：
其中
式中，XF表示多重数据包，headMAC表示包头，Sad表示源地址，Tad表示目标地址，M表示簇内普通数据采集节点的数目，表示簇内普通数据采集节点Pj的应用数据，表示普通数据采集节点Pj的标识符，表示普通数据采集节点Pj的采样数据数目，为普通数据采集节点Pj的采样数据序列，其中n为普通数据采集节点Pj的采样数据数目；
(4)根据差分编码的格式将压缩敏感数据嵌入到多重数据包中，设压缩敏感数据的差分编码为SG＝{sg1,sg2,…,sgl}，其中sgi(i＝1,…,l)表示第i个差分编码数据，l表示差分编码数据的数量，若l＜m，则嵌入后的多重数据包XF′为：
若l≥m，则嵌入后的多重数据包为：
其中
式中，表示嵌入了差分编码数据的簇内普通数据采集节点Pj的应用数据。
本优选实施例的远程电能质量监测系统中，一方面通过差分编码对敏感数据进行无损压缩，降低了数据隐藏对普通数据可用性的影响，并且降低了原始敏感数据的特征，进一步提高敏感数据的安全性，从而能够有效防止他人恶意侵入远程电能质量监测系统，获取监测的敏感数据；另一方面，采用上述方式将压缩敏感数据嵌入到多重数据包，不仅增强了敏感数据隐藏的隐蔽性，而且减少了远程电能质量监测系统中无线传感器网络的数据传输冗余，降低了基于无线传感器网络的数据采集模块1的传输功耗，从而使得远程电能质量监测系统更具有经济实用性。
优选地，所述的监测中心3接收网络基站2的多重数据包后，其从多重数据包中提取压缩敏感数据和普通数据，并且对压缩敏感数据进行解压得到原始敏感数据；其中，所述的监测中心3在单位时间段[0,t]接收网络基站2中来自簇头节点J的对应的多重数据包的数量Φ(J,t)需满足下列度量条件：
式中，TJ为设定的簇头节点J的表征其数据重要程度的权值，为设定的簇头节点J所在簇内的数据采集节点Px的表征其数据重要程度的权值，NJ为簇头节点J所在簇内的数据采集节点的总数，λJ为设定的度量阈值。
本优选实施例促使监测中心3在接收网络基站2的多重数据包的过程中，能够从较为重要的簇头节点中接收较多的多重数据包，一定程度上能够实现对重要的多重数据包的优先处理，从而整体上提高远程电能质量监测系统的数据处理效率。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，其特征是，包括基于无线传感器网络的数据采集模块、网络基站、监测中心和用户终端；所述的数据采集模块用于对监测区域内的电能质量参数以及负载消耗的电量进行采集数据，并将数据进行处理后发送到网络基站；所述网络基站用于接收数据采集模块发送的数据，将该数据发送到监测中心；所述监测中心用于对网络基站传来的数据进行保存和分析处理，对处理后的数据重新保存，以供用户终端进行调用；用户终端，用于显示电量使用情况、历史电量消费数据、检测区域的电参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，其特征是，所述的监测中心包括用于对网络基站传来的数据进行接收的数据传输接口、用于存储网络基站传来的数据以及处理后的数据的数据库平台、用于对网络基站传来的数据进行分析处理的数据分析处理单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，其特征是，所述用户终端包括：基于PC和移动的客户端，所述的客户端分为能够显示电量使用情况和历史电量消费数据的普通用户客户端和供电网工作人员使用，并显示检测区域的电参数的专业客户端。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，其特征是，所述的数据采集模块包括数据采集节点和簇头节点，其中数据采集节点包括普通数据采集节点、敏感数据采集节点，所述的普通数据采集节点用于采集普通数据，所述的敏感数据采集节点用于采集用户需要保密的敏感数据；所述的簇头节点从数据采集节点中选出，其用于对簇内数据采集节点的数据进行收集和处理，生成多重数据包后将多重数据包发送至网络基站。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，其特征是，所述的簇头节点从数据采集节点中选出，具体包括：
(1)接收到网络基站2的分簇命令后，各数据采集节点通过调整发射功耗调整通信距离为设定的通信距离阈值，并向通信距离范围内的邻居数据采集节点交换自身的剩余能量值；
(2)每个数据采集节点接收通信距离范围内邻居数据采集节点交换的信息后，将各敏感数据采集节点作为初始簇头节点，通过下列公式计算各敏感数据采集节点的簇头可替换度R(Pi)，当R(Pi)＞0时，将对应的邻居数据采集节点Pj替换敏感数据采集节点Pi，作为新的簇头节点：
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</mrow>
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式中，R(Pi)表示敏感数据采集节点Pi的簇头可替换度，F(Pi)表示敏感数据采集节点Pi的剩余能量，F(Pj)表示敏感数据采集节点Pi通信距离范围内的邻居数据采集节点Pj的剩余能量，E为敏感数据采集节点Pi通信距离范围内的邻居数据采集节点的数量；
F(Pj′)表示Pj通信距离范围内的邻居数据采集节点Pj′的剩余能量，E′为Pj通信距离范围内的邻居数据采集节点的数量；
(3)对无线传感器网络内的每个数据采集节点，计算该数据采集节点与各簇头节点之间的距离，选出距离最小值对应的簇头节点，将该数据采集节点加入到该选出的簇头节点所在的簇中。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的远程电能质量监测系统，其特征是，所述的监测中心接收网络基站的多重数据包后，其从多重数据包中提取压缩敏感数据和普通数据，并且对压缩敏感数据进行解压得到原始敏感数据；其中，设Φ(J,t)为所述的监测中心在单位时间段[0,t]接收网络基站中来自簇头节点J的对应的多重数据包的数量，则Φ(J,t)需满足：
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式中，TJ为设定的簇头节点J的表征其数据重要程度的权值，为设定的簇头节点J所在簇内的数据采集节点Px的表征其数据重要程度的权值，NJ为簇头节点J所在簇内的数据采集节点的总数，λJ为设定的度量阈值。
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