CN113329362A - 一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统 - Google Patents
一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统。该方法包括：在高压电力设备中的监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；根据无线传感器的位置对无线传感器进行分组和标记；获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对无线传感器进行排序，确定站岗节点列表和每组的站岗周期；根据站岗率确定的站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；唤醒站岗节点列表中的站岗节点；并使其他的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；若未捕获，则继续捕获。本发明能够提高信号捕获效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力物联网领域，特别是涉及一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统。
背景技术
局部放电是变压器、开关柜等高压电力设备运行过程中不可避免的一种现象，是造成高压设备绝缘击穿的一个重要原因。电力高压设备的局部放电信号属于“事件触发”型消息，组建无线传感器网络进行信号采集和节点之间的信息交互时需要考虑目标捕获率、节点能耗问题。针对事件触发(或事件驱动)消息，现有技术如下：
CN202010519159.X一种电力物联网的事件驱动型消息交互方法，该发明公开了一种电力物联网的事件驱动型消息交互方法，首先对电力物联网的物联管理平台、边缘物联代理/智能终端中跨组织或部门的协作业务流程建模，而后定义业务流程资源模型的执行语义，然后提出流程执行引擎对业务模型的解析机制，最后实现微服务体系架构中的消息交互，从而实现消息交互。该发明能有效解决大规模、分布式传感器、电力智能终端与业务数据流直接映射与交互的问题。但是无法确定信号的捕获率与网络能耗的关系。进而，无法解决网络覆盖率和节点能耗的平衡问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统，能够提高信号捕获效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法，包括：
获取高压电力设备中监测位置；所述监测位置为高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置；
在所述监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；所述无线传感器作为所述无线传感器网络的监测节点，并用于获取放电信号；
根据无线传感器的位置对所有的无线传感器进行分组以及标记；
获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期；
获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数；
根据站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；
唤醒对应站岗节点列表中的站岗节点；并使对应站岗节点列表中除站岗节点外的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；
判断在所述站岗周期内所述站岗节点是否捕获放电信号；
若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；
若未捕获，则返回所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期的步骤。
可选地，所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期，具体包括：
获取每组中无线传感器的运行消耗能量；
根据每组中无线传感器的节点剩余能量以及对应的运行消耗能量确定消耗时间；
将最短的消耗时间作为对应组的站岗周期。
可选地，所述获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数，具体包括：
利用公式
确定最优的站岗率；所述最优的站岗率用于平衡无线传感器的平均能耗；
其中，
为平均能耗，rcatch为正确捕捉信号参数，rerror为错误捕捉参数，T为站岗周期，ρi为站岗率，Pon为无线传感器的开启功率，Poff为无线传感器休眠功率，Ts为休眠时间，es为在休眠和工作两种状态之间转换过程中所消耗的能量。
可选地，所述若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器，之后还包括：
将捕获的信号的强度最大的无线传感器作为信号融合节点；
利用所述信号融合节点将站岗节点列表中的无线传感器捕获的信号进行融合；
根据融合后的信号对局部放电的位置进行定位；
利用路由节点将定位结果上传至监控平台。
一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，包括：
监测位置获取模块，用于获取高压电力设备中监测位置；所述监测位置为高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置；
无线传感器网络构建模块，用于在所述监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；所述无线传感器作为所述无线传感器网络的监测节点，并用于获取放电信号；
分组标记模块，用于根据无线传感器的位置对所有的无线传感器进行分组以及标记；
站岗参数确定模块，用于获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期；
站岗率确定模块，用于获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数；
站岗节点确定模块，用于根据站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；
站岗节点唤醒模块，用于唤醒对应站岗节点列表中的站岗节点；并使对应站岗节点列表中除站岗节点外的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；
判断模块，用于判断在所述站岗周期内所述站岗节点是否捕获放电信号；
无线传感器唤醒模块，用于若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；
继续捕获模块，用于若未捕获，则返回所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期的步骤。
可选地，所述站岗参数确定模块具体包括：
运行消耗能量获取单元，用于获取每组中无线传感器的运行消耗能量；
消耗时间确定单元，用于根据每组中无线传感器的节点剩余能量以及对应的运行消耗能量确定消耗时间；
站岗周期确定单元，用于将最短的消耗时间作为对应组的站岗周期。
可选地，所述站岗率确定模块具体包括：
最优的站岗率确定单元，用于利用公式
确定最优的站岗率；所述最优的站岗率用于平衡无线传感器的平均能耗；
其中，
为平均能耗，rcatch为正确捕捉信号参数，rerror为错误捕捉参数，T为站岗周期，ρi为站岗率，Pon为无线传感器的开启功率，Poff为无线传感器休眠功率，Ts为休眠时间，es为在休眠和工作两种状态之间转换过程中所消耗的能量。
可选地，还包括：
信号融合节点确定模块，用于将捕获的信号的强度最大的无线传感器作为信号融合节点；
信号融合模块，用于利用所述信号融合节点将站岗节点列表中的无线传感器捕获的信号进行融合；
局部放电位置定位模块，用于根据融合后的信号对局部放电的位置进行定位；
定位结果上传模块，用于利用路由节点将定位结果上传至监控平台。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统，在高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置处设置无线传感器，通过无线传感器进行局部放电的信号的捕获以及定位，提高了覆盖率。并且为了降低无线传感器的能耗与覆盖率之间不平衡，即在保证覆盖率的基础上，采用“事件触发”的方式管理无线传感器，即根据站岗率以及无线传感器的剩余能量规律性的唤醒无线床干起，以达到信号采集精度和能量消耗的平衡，进而提高了信号捕获效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法流程示意图；
图2为本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法原理示意图；
图3为本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法及系统，能够提高信号捕获效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法流程示意图，图2为本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法原理示意图，如图1和图2所示，本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法，包括：
S101，获取高压电力设备中监测位置；所述监测位置为高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置；
S102，在所述监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；所述无线传感器作为所述无线传感器网络的监测节点，并用于获取放电信号；
S103，根据无线传感器的位置对所有的无线传感器进行分组以及标记；
S104，获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期；
S104具体包括：
获取每组中无线传感器的运行消耗能量；
根据每组中无线传感器的节点剩余能量以及对应的运行消耗能量确定消耗时间；消耗时间为以剩余能量大于等于本节点程序运行耗能2倍的时间。
将最短的消耗时间作为对应组的站岗周期。
S105，获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数；
S105具体包括：
利用公式
确定最优的站岗率；所述最优的站岗率用于平衡无线传感器的平均能耗；
其中，
为平均能耗，rcatch为正确捕捉信号参数，rerror为错误捕捉参数，T为站岗周期，ρi为站岗率，Pon为无线传感器的开启功率，Poff为无线传感器休眠功率，Ts为休眠时间，es为在休眠和工作两种状态之间转换过程中所消耗的能量。
按照位置信息将无线传感器分组，组内节点的ID列表(ID1，ID2，ID3，......IDn)，设置监测周期为T，正确捕捉信号参数rcatch，错误捕捉参数rerror。考虑节点工作能耗Es、站岗率ρi与目标捕获率的平均能耗为：
通过上式确定站岗率与平均能耗的平衡点。其中，Esw为无线传感器从休眠到开启的能量消耗，Ew为无线传感器开启后的能量消耗。
S106，根据站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；
S107，唤醒对应站岗节点列表中的站岗节点；并使对应站岗节点列表中除站岗节点外的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；
S108，判断在所述站岗周期内所述站岗节点是否捕获放电信号；
S109，若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；
根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表(m1，m2，m3，...，mk)，一旦站岗节点捕捉到信号，按照列表依次唤醒节点。
在站岗周期内发生局部放电，站岗节点被信号触发，首先唤醒m1节点。如果m1节点采集到局部放电信号，唤醒m2节点。以此类推，直到唤醒的mx节点检测不到信号时，停止唤醒。
S109之后还包括：
将捕获的信号的强度最大的无线传感器作为信号融合节点；
利用所述信号融合节点将站岗节点列表中的无线传感器捕获的信号进行融合：
根据融合后的信号对局部放电的位置进行定位；
利用路由节点将定位结果上传至监控平台。
S110，若未捕获，则返回所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期的步骤。
图3为本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统结构示意图，如图3所示，本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，包括：
监测位置获取模块301，用于获取高压电力设备中监测位置；所述监测位置为高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置；
无线传感器网络构建模块302，用于在所述监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；所述无线传感器作为所述无线传感器网络的监测节点，并用于获取放电信号；
分组标记模块303，用于根据无线传感器的位置对所有的无线传感器进行分组以及标记；
站岗参数确定模块304，用于获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期；
站岗率确定模块305，用于获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数；
站岗节点确定模块306，用于根据站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；
站岗节点唤醒模块307，用于唤醒对应站岗节点列表中的站岗节点；并使对应站岗节点列表中除站岗节点外的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；
判断模块308，用于判断在所述站岗周期内所述站岗节点是否捕获放电信号；
无线传感器唤醒模块若捕获309，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；
继续捕获模块310，用于若未捕获，则返回所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期的步骤。
所述站岗参数确定模块304具体包括：
运行消耗能量获取单元，用于获取每组中无线传感器的运行消耗能量；
消耗时间确定单元，用于根据每组中无线传感器的节点剩余能量以及对应的运行消耗能量确定消耗时间；
站岗周期确定单元，用于将最短的消耗时间作为对应组的站岗周期。
所述站岗率确定模块305具体包括：
最优的站岗率确定单元，用于利用公式
确定最优的站岗率；所述最优的站岗率用于平衡无线传感器的平均能耗；
其中，
为平均能耗，rcatch为正确捕捉信号参数，rerror为错误捕捉参数，T为站岗周期，ρi为站岗率，Pon为无线传感器的开启功率，Poff为无线传感器休眠功率，Ts为休眠时间，es为在休眠和工作两种状态之间转换过程中所消耗的能量。
本发明所提供的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，还包括：
信号融合节点确定模块，用于将捕获的信号的强度最大的无线传感器作为信号融合节点；
信号融合模块，用于利用所述信号融合节点将站岗节点列表中的无线传感器捕获的信号进行融合；
局部放电位置定位模块，用于根据融合后的信号对局部放电的位置进行定位；
定位结果上传模块，用于利用路由节点将定位结果上传至监控平台。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法，其特征在于，包括：
获取高压电力设备中监测位置；所述监测位置为高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置；
在所述监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；所述无线传感器作为所述无线传感器网络的监测节点，并用于获取放电信号；
根据无线传感器的位置对所有的无线传感器进行分组以及标记；
获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期；
获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数；
根据站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；
唤醒对应站岗节点列表中的站岗节点；并使对应站岗节点列表中除站岗节点外的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；
判断在所述站岗周期内所述站岗节点是否捕获放电信号；
若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；
若未捕获，则返回所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法，其特征在于，所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期，具体包括：
获取每组中无线传感器的运行消耗能量；
根据每组中无线传感器的节点剩余能量以及对应的运行消耗能量确定消耗时间；
将最短的消耗时间作为对应组的站岗周期。
3.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法，其特征在于，所述获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数，具体包括：
利用公式
确定最优的站岗率；所述最优的站岗率用于平衡无线传感器的平均能耗；
其中，
为平均能耗，rcatch为正确捕捉信号参数，rerror为错误捕捉参数，T为站岗周期，ρi为站岗率，Pon为无线传感器的开启功率，Poff为无线传感器休眠功率，Ts为休眠时间，es为在休眠和工作两种状态之间转换过程中所消耗的能量。
4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获方法，其特征在于，所述若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器，之后还包括：
将捕获的信号的强度最大的无线传感器作为信号融合节点；
利用所述信号融合节点将站岗节点列表中的无线传感器捕获的信号进行融合；
根据融合后的信号对局部放电的位置进行定位；
利用路由节点将定位结果上传至监控平台。
5.一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，其特征在于，包括：
监测位置获取模块，用于获取高压电力设备中监测位置；所述监测位置为高压电力设备中的焊缝位置以及绝缘薄弱位置；
无线传感器网络构建模块，用于在所述监测位置处布置无线传感器，构建无线传感器网络；所述无线传感器作为所述无线传感器网络的监测节点，并用于获取放电信号；
分组标记模块，用于根据无线传感器的位置对所有的无线传感器进行分组以及标记；
站岗参数确定模块，用于获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期；
站岗率确定模块，用于获取站岗率；并根据所述站岗率确定站岗节点的个数；
站岗节点确定模块，用于根据站岗节点的个数以及对应站岗节点列表，确定站岗节点；
站岗节点唤醒模块，用于唤醒对应站岗节点列表中的站岗节点；并使对应站岗节点列表中除站岗节点外的无线传感器处于休眠状态，同时进行计时；
判断模块，用于判断在所述站岗周期内所述站岗节点是否捕获放电信号；
无线传感器唤醒模块，用于若捕获，则根据空间距离计算发生局部放电时的节点唤醒列表，并按照节点唤醒列表依次唤醒无线传感器；
继续捕获模块，用于若未捕获，则返回所述获取每组中无线传感器的节点剩余能量，并以节点剩余能量从高到低对每组中无线传感器进行排序，确定站岗节点列表，并确定每组的站岗周期的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，其特征在于，所述站岗参数确定模块具体包括：
运行消耗能量获取单元，用于获取每组中无线传感器的运行消耗能量；
消耗时间确定单元，用于根据每组中无线传感器的节点剩余能量以及对应的运行消耗能量确定消耗时间；
站岗周期确定单元，用于将最短的消耗时间作为对应组的站岗周期。
7.根据权利要求5所述的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，其特征在于，所述站岗率确定模块具体包括：
最优的站岗率确定单元，用于利用公式
确定最优的站岗率；所述最优的站岗率用于平衡无线传感器的平均能耗；
其中，
为平均能耗，rcatch为正确捕捉信号参数，rerror为错误捕捉参数，T为站岗周期，ρi为站岗率，Pon为无线传感器的开启功率，Poff为无线传感器休眠功率，Ts为休眠时间，es为在休眠和工作两种状态之间转换过程中所消耗的能量。
8.根据权利要求5所述的一种无线传感器网络的事件触发型信号捕获系统，其特征在于，还包括：
信号融合节点确定模块，用于将捕获的信号的强度最大的无线传感器作为信号融合节点；
信号融合模块，用于利用所述信号融合节点将站岗节点列表中的无线传感器捕获的信号进行融合；
局部放电位置定位模块，用于根据融合后的信号对局部放电的位置进行定位；
定位结果上传模块，用于利用路由节点将定位结果上传至监控平台。
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