CN107426901A - 一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统 - Google Patents

一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统，包括数据采集模块、照明节电设备参数配置模块、网关和测控中心；所述数据采集模块用于通过无线传感器网络采集照明节电设备参数，并将采集的照明节电设备参数发送至网关；网关汇聚所有采集的照明节电设备参数后，通过串口发送给测控中心；所述的测控中心用于接收网关上传的照明节电设备参数并保存，生成用于配置照明节电设备参数的配置数据，通过串口将配置数据通过网关发送至照明节电设备参数配置模块。本发明的有益效果为：基于无线传感器网络获取照明节电设备参数，克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集照明节电设备参数的困难。

Description

一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统
技术领域
本发明涉及照明节电领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统。
背景技术
相关技术中，照明节电设备的投入，主要的方面是对现有照明设施的改造。无论是市政照明，还是办公照明，这些照明工程和弱电线路多数都是已经完工的庞大系统，所以推广照明节电设备必须着眼于改造。同时照明用电的输入端，总是被安置在不易接触人群的位置，在这些位置安装照明节电设备，或者安装好后进行参数设置都是不易的，这就要求照明节电设备的安装方式简单、可靠，而且通过无线方式进行参数设置。
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照明节电测控系统。
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照明节电测控系统，包括数据采集模块、照明节电设备参数配置模块、网关和测控中心；所述数据采集模块用于通过无线传感器网络采集照明节电设备参数，并将采集的照明节电设备参数发送至网关；网关汇聚所有采集的照明节电设备参数后，通过串口发送给测控中心；所述的测控中心用于接收网关上传的照明节电设备参数并保存，生成用于配置照明节电设备参数的配置数据，通过串口将配置数据通过网关发送至照明节电设备参数配置模块。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络获取照明节电设备参数，克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集照明节电设备参数的困难，实现了一种维护成本低，安装方便，操作方面，适应环境广泛的无线集中控制方式。
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本发明的结构框图；
图2是本发明测控中心的连接框图。
附图标记：
数据采集模块1、照明节电设备参数配置模块2、网关3、测控中心4、数据存储单元10、配置数据生成单元20、通信单元30。
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照明节电测控系统，包括数据采集模块1、照明节电设备参数配置模块2、网关3和测控中心4；所述数据采集模块1用于通过无线传感器网络采集照明节电设备参数，并将采集的照明节电设备参数发送至网关；网关3汇聚所有采集的照明节电设备参数后，通过串口发送给测控中心4；所述的测控中心4用于接收网关3上传的照明节电设备参数并保存，生成用于配置照明节电设备参数的配置数据，通过串口将配置数据通过网关3发送至照明节电设备参数配置模块2。
优选地，所述照明节电设备参数包括照明节电设备主回路的核心温度、照明电网输入电压、照明节电设备输出电压和负载电流。
优选地，所述测控中心4包括数据存储单元、配置数据生成单元、通信单元。
本发明上述实施例基于无线传感器网络获取照明节电设备参数，克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集照明节电设备参数的困难，实现了一种维护成本低，安装方便，操作方面，适应环境广泛的无线集中控制方式。
优选地，所述的数据采集模块1包括传感器节点、汇聚节点，传感器节点随机部署于设定的照明节电监测区域中，传感器节点用于采集照明节电设备参数，并将采集的照明节电设备参数发送至汇聚节点，汇聚节点用于对传感器节点发送的照明节电设备参数进行收集和融合，进而发送至网关3。
优选地，传感器节点首轮发送照明节电设备参数时，直接将照明节电设备参数发送至汇聚节点，汇聚节点对该照明节电设备参数进行解码，若解码成功，该传感器节点将后续的照明节电设备参数也直接发送至汇聚节点，若解码不成功，传感器节点通过在其他传感器节点中选择中继转发节点来辅助发送照明节电设备参数至汇聚节点，其中，该传感器节点选择下一跳的中继转发节点时，具体执行：
(1)计算传感器节点的邻居节点的择优连接概率值：
式中，Sij表示传感器节点Si的第j个邻居节点，Q(Sij)表示Sij的择优连接概率值，表示Sij的节点度，其中节点度表示该传感器节点的直接相邻的节点的数目，表示Sij的邻居节点的平均节点度，表示Sij与传感器节点Si之间的接收信号强度指示值，表示Sij的邻居节点的平均接收信号强度指示值，α为设定的权重调整系数；
(2)按照择优连接概率值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，形成备选中继转发节点列表，传感器节点从其备选中继转发节点列表中选择择优连接概率值最大的作为下一跳中继转发节点。
本优选实施例定义了下一跳中继转发节点的选择策略，从而实现快速有效的最优中继转发节点选取，方法简单便捷，在选择中继转发节点时，以传感器节点的相对节点度和相对链路质量状况作为筛选因素，从而选择不容易失效、链路质量最优的中继转发节点来辅助传输照明节电设备参数，保证照明节电设备参数传输的可靠度。
优选地，传感器节点在发送照明节电设备参数时不断调整自身的发射功率，具体为：
(1)传感器节点Si以最大发射功率向其他传感器节点发送邻居确认消息，任意传感器节点收到邻居确认消息后，向Si发送反馈消息，反馈消息包括自身节点标识、当前剩余能量值、初始最大能量值、接收信号强度值以及与Si通信时的最小发射功率；
(2)传感器节点Si根据反馈消息将得到的最小发射功率按照由小到大的顺序排列，形成最小发射功率列表，并定义为{Pi1,Pi2,…,Pin}，n表示传感器节点Si的邻居节点数目；
(3)传感器节点Si开始时以Pi1发送照明节电设备参数，并按照{Pi1,Pi2,…,Pin}的顺序依次更新发射功率，并按照下列公式依次计算不同发射功率时的节点性能评价值：
其中，W(Pix)表示传感器节点Si在发射功率为Pix时的节点性能评价值，其中x＝1,…,n，Nix为传感器节点Si在发射功率为Pix时具有的邻居节点数目，表示传感器节点Si在发射功率为Pix时的第a个邻居节点，分别为的当前剩余能量、初始能量，为Si,之间的链路质量值，为Si,之间的欧式距离，RT、dT分别为人为设定的标准链路质量值、标准欧式距离值，β为设定的权重调整系数；
(4)若满足下列功率更新停止条件，传感器节点Si停止发射功率更新，并将Pix作为最优发射功率，按照最优发射功率进行后续照明节电设备参数传输：
|W(Pix)-W(Pix+1)|<WT
式中，Pix41表示在{Pi1,Pi2,…,Pin}中发射功率Pix的后一个发射功率。
本优选实施例设置了传感器节点的功率调整策略，其中以传感器节点的发射功率作为控制条件，计算不同发射功率下传感器节点的节点性能评价值，并采用取值较为稳定时的最小发射功率作为最优发射功率进行后续照明节电设备参数传输，能够均衡各传感器节点的能耗和负载，增大传感器节点的传输照明节电设备参数的效率，从而在整体上延长了数据采集模块1的网络生命周期，其中还定义了节点性能评价值的计算公式，该计算公式利用传感器节点在当前发射功率下的邻居节点能量和距离来衡量传感器节点的性能，能够在一定程度上体现传感器节点的负荷承受能力和照明节电设备参数传输效率。
优选地，按照下列公式计算Si,之间的链路质量值：
式中，表示链路Si,之间Si的接收信号强度值，表示链路Si,之间的接收信号强度值。
传感器节点之间进行相互通信时，正向和反向的链路质量并不一致，因此容易导致信息传输不准确，传感器节点不能成功传输信息，本优选实施例用正反两向的接收信号强度指示值来计算Si,之间的链路质量值，能够更准确地反映Si,之间的链路质量，从而为传感器节点的发射功率的优化调整奠定良好的基础，进一步保证各传感器节点的能耗和负载均衡，增大传感器节点的传输照明节电设备参数的效率。
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照明节电测控系统，其特征是，包括数据采集模块、照明节电设备参数配置模块、网关和测控中心；所述数据采集模块用于通过无线传感器网络采集照明节电设备参数，并将采集的照明节电设备参数发送至网关；网关汇聚所有采集的照明节电设备参数后，通过串口发送给测控中心；所述的测控中心用于接收网关上传的照明节电设备参数并保存，生成用于配置照明节电设备参数的配置数据，通过串口将配置数据通过网关发送至照明节电设备参数配置模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统，其特征是，所述照明节电设备参数包括照明节电设备主回路的核心温度、照明电网输入电压、照明节电设备输出电压和负载电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统，其特征是，所述测控中心包括数据存储单元、配置数据生成单元、通信单元。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统，其特征是，所述的数据采集模块包括传感器节点、汇聚节点，传感器节点随机部署于设定的照明节电监测区域中，传感器节点用于采集照明节电设备参数，并将采集的照明节电设备参数发送至汇聚节点，汇聚节点用于对传感器节点发送的照明节电设备参数进行收集和融合，进而发送至网关。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统，其特征是，优选地，传感器节点首轮发送照明节电设备参数时，直接将照明节电设备参数发送至汇聚节点，汇聚节点对该照明节电设备参数进行解码，若解码成功，该传感器节点将后续的照明节电设备参数也直接发送至汇聚节点，若解码不成功，传感器节点通过在其他传感器节点中选择中继转发节点来辅助发送照明节电设备参数至汇聚节点，其中，该传感器节点选择下一跳的中继转发节点时，具体执行：
(1)计算传感器节点的邻居节点的择优连接概率值：
<mrow> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mfrac> <msub> <mi>K</mi> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <msubsup> <mi>K</mi> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mfrac> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <msubsup> <mi>K</mi> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mfrac> </mrow>
式中，Sij表示传感器节点Si的第j个邻居节点，Q(Sij)表示Sij的择优连接概率值，表示Sij的节点度，其中节点度表示该传感器节点的直接相邻的节点的数目，表示Sij的邻居节点的平均节点度，表示Sij与传感器节点Si之间的接收信号强度指示值，表示Sij的邻居节点的平均接收信号强度指示值，α为设定的权重调整系数；
(2)按照择优连接概率值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，形成备选中继转发节点列表，传感器节点从其备选中继转发节点列表中选择择优连接概率值最大的作为下一跳中继转发节点。
6.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的照明节电测控系统，其特征是，传感器节点在发送照明节电设备参数时不断调整自身的发射功率，具体为：
(1)传感器节点Si以最大发射功率向其他传感器节点发送邻居确认消息，任意传感器节点收到邻居确认消息后，向Si发送反馈消息，反馈消息包括自身节点标识、当前剩余能量值、初始最大能量值、接收信号强度值以及与Si通信时的最小发射功率；
(2)传感器节点Si根据反馈消息将得到的最小发射功率按照由小到大的顺序排列，形成最小发射功率列表，并定义为{Pi1,Pi2,…,Pin}，n表示传感器节点Si的邻居节点数目；
(3)传感器节点Si开始时以Pi1发送照明节电设备参数，并按照{Pi1,Pi2,…,Pin}的顺序依次更新发射功率，并按照下列公式依次计算不同发射功率时的节点性能评价值：
<mrow> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>&amp;beta;</mi> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </munderover> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>E</mi> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msubsup> </msub> <msubsup> <mi>E</mi> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msubsup> <mn>0</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>T</mi> </msub> </mfrac> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </munderover> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <mi>T</mi> </msub> <mrow> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，W（Pix)表示传感器节点Si在发射功率为Pix时的节点性能评价值，其中x＝1,…,n，Nix为传感器节点Si在发射功率为Pix时具有的邻居节点数目，表示传感器节点Si在发射功率为Pix时的第a个邻居节点，分别为的当前剩余能量、初始能量，为Si,之间的链路质量值，为Si,之间的欧式距离，RT、dT分别为人为设定的标准链路质量值、标准欧式距离值，β为设定的权重调整系数；
(4)若满足下列功率更新停止条件，传感器节点Si停止发射功率更新，并将Pix作为最优发射功率，按照最优发射功率进行后续照明节电设备参数传输：
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式中，Pix41表示在{Pi1,Pi2,…,Pin}中发射功率Pix的后一个发射功率。
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