CN107360587B - 基于电网监测应用的无线传感器网络失效信标识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在电网监测应用中的传感器信标节点失效识别技术，属于无线传感器网络定位技术领域。在电网监测应用中，节点坐标对物理事件(如电压电流异常等故障)的标记起着至关重要的作用，而少数信标节点容易受到强电磁干扰造成定位失效甚至节点损坏，本方法通过信标节点之间相互定位来识别已经失效的定位信标节点。本发明可以由网络自动识别已失效信标节点，提高电网事件的定位准确率，降低失效信标节点所产生的负面影响。

Description

基于电网监测应用的无线传感器网络失效信标识别方法
技术领域
本发明涉及在基于传感网的电网监测应用中，在信标失效的情况下，查询并识别失效信标，尽量减少信标失效对节点定位的影响，提高电网监测效率和准确率，属于无线传感器网络定位的技术领域。
发明内容
本发明是针对电网监测应用中中信标失效情况，为了提高信标的定位准确率，提出的一种方法。
本发明为实现以上发明目的采用技术方案如下：基于电网监测应用的无线传感器网络失效信标识别方法，包括以下步骤：
步骤1，按信标节点编号顺序选用距离该信标节点最近的5个信标来为之定位。从选出来的5个信标中组合选取4个信标，使用选出的4个信标为某个信标0进行定位计算。假设由信标a，b，c，d为信标i进行定位，则i坐标值计算为
Figure GSB0000186190260000011
其中
Figure GSB0000186190260000012
表示由信标a，b，c采用三边测量法为信标i定位所得坐标，
Figure GSB0000186190260000013
表示信标a，b，c到i的距离均值。
步骤2，计算定位结果与该信标节点通过携带的定位设备所测得的自身坐标值的距离差
Figure GSB0000186190260000014
其中(xi，yi，zi)表示自身定位所得坐标。对每个信标设置一个变量X[i]，依次对所有信标都做完上述过程。
步骤3，所有距离差统计后，选取所有超出某预设阈值δ的距离差，根据k均值聚类算法分为准确和不准确2类。
步骤3-1先随机选取2个信标作为初始的聚类中心。
步骤3-2计算每个信标与各个聚类中心之间的距离，把每个信标分配给距离它最近的聚类中心。聚类中心以及分配给它们的信标就代表一个聚类。
步骤3-3全部信标都被分配后，每个聚类的聚类中心会根据聚类中现有的信标被重新计算。
步骤3-4重复步骤3-2和步骤3-3，直至满足以下条件之一：(1)节点不再分配给不同的聚类。(2)聚类中心不再发生变化。(3)误差平方和局部最小。
步骤4，当出现一组不准确的结果，则对该组不准确结果所涉及的所有定位信标和被定位信标的变量X都自增1。对所有组数据统计完成后，将X值最大的对应信标找到，并认为其是失效的。
步骤5，若在步骤4中作为定位信标的某个节点被判定为失效信标，并且在步骤3中该组数据被判定属于准确类，则该组数据中的被定位信标也为失效信标。
步骤6，排除失效节点，并重复以上步骤1-5。直至最后所有距离差都没有超过阈值δ时停止。完成失效信标的识别。
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
(1)本方法针对信标失效问题，可以由信标自动进行失效的筛选和识别，无需额外的节点部署。
(2)本方法可以通过设置阈值δ大小来调节信标定位的偏差程度，避免过于严格的偏差识别造成有效信标过少的问题。
附图表说明
图1为发明中基于电网监测的无线传感器网络部署示意图
图2为发明中距离差数据示意表
图3为发明中本方法的流程图。

Claims (3)

1.一种基于电网监测应用的无线传感器网络失效信标识别方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，按信标节点编号顺序选用距离该信标节点最近的5个信标来为之定位； 从选出来的5个信标中组合选取4个信标，使用选出的4个信标为某个信标0进行定位计算； 假设由信标a，b，c，d为信标i进行定位，则i坐标值计算为：
Figure FSB0000186190250000011
其中
Figure FSB0000186190250000012
表示由信标a，b，c采用三边测量法为信标i定位所得坐标，
Figure FSB0000186190250000013
表示信标a，b，c到i的距离均值； 步骤1结束后，对于每个节点都有
Figure FSB0000186190250000014
组坐标；
步骤2，计算定位结果与该信标节点通过携带的定位设备所测得的自身坐标值的距离差
Figure FSB0000186190250000015
其中(xi，yi，zi)表示自身定位所得坐标； 对每个信标设置一个变量X[i]，依次对所有信标都做完上述过程；
步骤3，所有距离差统计后，选取所有超出某预设阈值δ的距离差，根据k均值聚类算法分为准确和不准确2类；
步骤4，当出现一组不准确的结果，则对该组不准确结果所涉及的所有定位信标和被定位信标的变量X都自增1； 对所有组数据统计完成后，将X值最大的对应信标找到，并认为其是失效的；
步骤5，若在步骤4中作为定位信标的某个节点被判定为失效信标，并且在步骤3中该组数据被判定属于准确类，则该组数据中的被定位信标也为失效信标；
步骤6，排除失效节点，并重复以上步骤1-5； 直至最后所有距离差都没有超过阈值δ时停止； 完成失效信标的识别。
2.根据权利要求1所述的基于电网监测应用的无线传感器网络失效信标识别方法，其特征在于，所述步骤3的具体实施如下：
步骤3-1先随机选取2个信标作为初始的聚类中心；
步骤3-2计算每个信标与各个聚类中心之间的距离，把每个信标分配给距离它最近的聚类中心； 聚类中心以及分配给它们的信标就代表一个聚类；
步骤3-3全部信标都被分配后，每个聚类的聚类中心会根据聚类中现有的信标被重新计算；
步骤3-4重复步骤3-2和步骤3-3，直至满足以下条件之一：(1)节点不再分配给不同的聚类(2)聚类中心不再发生变化(3)误差平方和局部最小。
3.根据权利要求 2要求所述的基于电网监测应用的无线传感器网络失效信标识别方法，其特征在于，预设阈值δ的设置取决于网络内部署范围大小S及信标数量N，δ取值默认设置为
Figure FSB0000186190250000021
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