用于智能电网的无线传感器网络能量问题研究

摘要

随着智能电网和无线传感器网络技术(Wireless Sensor Network，WSN)的发展，将两种先进的技术进行融合已经成为未来发展智能电网的一种趋势。无线传感器网络作为物联网的关键技术之一，由于其低成本、可靠性高，在电力设备状态监控与故障预测、智能计量和智能家居、输电线路的故障检测预警与定位等具有广阔的应用前景。但是由于WSN自身的特点，使其在智能电网中的应用存在很多技术瓶颈，节点寿命短是WSN最大的挑战。节点通常是由电池供电的，当电池电量用完时节点就失效，由于节点往往布置在极其恶劣的环境中，这给更换电池带来困难，并且节点数量也非常的多，给每个节点更换电池是不太实际的。为了提高节点的寿命，目前已经被大量研究的有节点硬件低功耗技术、低功耗协议和周围能量捕获技术等，但这些技术都不能从根本上解决节点寿命短的问题。通过分析以上低功耗技术的优缺点和最新的WSN低功耗技术研究进展，提出了基于无线充电技术的可充电无线传感器网络，在节点上增加可无线充电的电源模块，在节点电池电量耗尽时就会有无线充电机器人及时为其补充能量，根据监控的电力设备的重要程度不同，对此技术进行优化改进，增设节点的优先级，提出有级可充电无线传感器网络，并建立其整数线性规划模型，通过CPLEX优化软件求解该模型，结果表明有级可充电无线传感器网络能使WSN中的高优先级节点接收更多的能量，提高WSN的可靠性，但是该方法的无线充电机器人的路径访问效率要降低。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文的主要研究内容和组织结构

第二章 智能电网和无线传感器网络简介

2．1 智能电网简介

2．1．1 智能电网的定义

2．1．2 智能电网的目标

2．2 无线传感器网络简介

2．2．1 无线传感器网络的概念

2．2．2 无线传感器网络的应用

2．2．3 无线传感器网络的研究热点和挑战

2．3 无线传感器网络在智能电网中的应用

2．3．1 客户端

2．3．2 输配电端

2．3．4 发电端

2．4 基于无线传感器网路的智能电网应用的研究挑战

2．5 本章小结

第三章 无线传感器网络低功耗技术

3．1 无线传感器网络节点能耗分析

3．1．1 传感

3．1．2 数据处理

3．1．3 通信

3．2 节点硬件低功耗技术

3．2．1 低功耗传感器

3．2．2 低功耗微控制器

3．2．3 低功耗无线通信模块

3．2．4 一种低功耗节点设计

3．3 节点低功耗协议研究

3．3．1 数据链路层

3．3．2 网络层

3．3．3 传输层

3．4 周围能量捕获技术

3．4．1 周围能量来源

3．4．2 一种用在WSN中的光伏供电系统设计

3．5 本章小结

第四章 可充电无线传感器网络研究

4．1 无线充电技术简介

4．1．1 耦合式充电

4．1．2 微波功率传输技术

4．1．3 无线电力能量传输模型

4．2 可充电无线传感器网络构架

4．2．1 选择标志性节点

4．2．2 构建簇和路径

4．3 可充电无线传感器网路性能评估

4．4 本章小结

第五章 有级可充电无线传感器网路研究

5．1 有级可充电无线传感器网络介绍

5．2 有级可充电无线传感器网络模型构建

5．3 有级可充电无线传感器网络性能评估

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况