[发明专利]智能配电网无线传感器网络实时性、可靠性优化方法

摘要

本发明公开一种基于模糊认知图的智能配电网无线传感器网络的实时性与可靠性优化研究。该方法包括：根据影响智能配电网无线传感器网络数据传输的性能指标的主要因素，构建模糊认知图模型；根据网络环境的变化，利用模糊认知图的方法进行推理；通过改变动态决策路由路径和调整网络参数的控制变量值而提高了智能配电网无线传感器网络数据传输的可靠性，降低网络延时。本发明通过一种基于模糊认知图理论建立的智能配电网无线传感器网络数据通信方法，通过动态调整传输功率、传输速率、退避策略，改变路由策略而提高智能配电网无线传感器网络数据通信的可靠性与实时性，有效避免数据传输故障引起的数据丢失，也为防止因数据不能实时可靠的传输而导致电网事故提供了技术保障。

主权项

1.一种智能配电网无线传感器网络实时性与可靠性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据无线传感器网络中的节点获得节点之间数据传输功率、通信速率、产生率，当前退避策略，路由协议，背景噪声之间的关系，确定模糊认知图模型，其具体步骤如下：S1.1：建立系统概念顶点关系矩阵；令概念顶点C₁表示可靠性，C₂表示实时性，C₃表示路由协议，C₄表示传输功率，C₅表示通信速率，C₆表示数据产生率，C₇表示退避策略，C₈表示背景噪声；智能配电网的无线传感器网络的各个概念顶点可用FCM建立其在t时刻的状态值为：式(1)中N表示概念顶点的总数，f(x)为FCM的转换函数，X_C1(t)、X_C2(t)分别表示在t时刻概念顶点C₁可靠性和C₂实时性的状态值；智能配电网数据传输WSNs网络中概念顶点的状态值是随时间不断变化的，其任一时刻的状态与其以前的状态是相关的；ω_0j为概念顶点C_j的协调系数，γ为上一时刻状态值对下一时刻时间状态值的影响因子，使t时刻概念顶点的状态值能与其以前状态的相关性均匀分布在[0,1]之间；S1.2：建立模糊认知图权值学习算法：将最小平方法应用到自动学习模糊认知图模型关联矩阵的算法中，称这种算法为基于最小平方法模糊认知图关联矩阵的构建(LeastSquaresFuzzyCognitiveMap)，简记为LS‑FCM算法，推导过程如下：运用最小平方技术找到满足自变量Xi(t)和因变量yj(t)的最佳权值ωij和协调系数ω0j；定义式可表示为：为了得到满足上式的最优ωij和协调系数ω0j，对上式进行ω0j，ω1j，…，ωnj求偏导；令导数等于零，如下式所示：设A＝(Xi(t))(n+1)×T，i＝0，1，2，…，n，t＝1，2，…，T；由于X0(t)＝1所以矩阵A中第一行元素均为1.ω＝(ω0f，ω1f，…，ωnj)T，D＝(D0，D1，…，DT)T上式左边为：A(k，：)＝[Xk(0)，Xk(1)，…，Xk(T)]令得出(4)右边为：由式(5)和(6)联立(4)得出:A(k,:)D＝A(k，:)ATω   (7)简化得：通过求解式上式线性方程即可求出智能配电网数据传输无线传感器网络的模糊认知图模型中的所有权值ωij，协调系数ω0j；S2：概念顶点包括路由协议、传输功率、通信速率和退避策略，所述概念顶点的状态值域设置：C3路由协议：①当C3≥0.7，且实时性不满足需求时，路由策略采用实时性优先的路由路径调整策略；②当C3≥0.7，且可靠性不满足需求时，路由策略采用可靠性优先的路由路径调整策略；③当C3≥0.7，实时性、可靠性不满足需求时，路由策略采用可靠性优先的路由路径调整策略；④‑1≤C3＜0.7，不改变路由策略；C4传输功率：①当‑1≤C4＜‑0.9，在当前发射功率等级的基础上减少3个等级；②当‑0.9≤C4＜‑0.7，在当前发射功率等级的基础上减少2个等级；③当‑0.7≤C4＜‑0.5，在当前发射功率等级的基础上减少1个等级；④当‑0.5≤C4＜0.5，保持当前发射功率不变；⑤当0.5≤C4＜0.7，在当前发射功率等级的基础上增加1个等级；⑥当0.7≤C4＜0.9，在当前发射功率等级的基础上增加2个等级；⑦当0.9≤C4≤1，在当前发射功率等级的基础上增加3个等级；C5通信速率：①当‑1≤C5＜‑0.9，在当前传输速率等级的基础上减少3个等级；②当‑0.9≤C5＜‑0.7，在当前传输速率等级的基础上减少2个等级；③当‑0.7≤C5＜‑0.5，在当前传输速率等级的基础上减少1个等级；④当‑0.5≤C5＜0.5，保持当前传输速率不变；⑤当0.5≤C5＜0.7，在当前传输速率等级的基础上增加1个等级；⑥当0.7≤C5＜0.9，在当传输速率等级的基础上增加2个等级；⑦当0.9≤C5≤1，在当前传输速率等级的基础上增加3个等级；C7退避策略：①当‑1≤C7＜‑0.9，在当前退避时间和最大退避次数等级的基础上减少3个等级；②当‑0.9≤C7＜‑0.7，在当前退避时间和最大退避次数等级的基础上减少2个等级；③当‑0.7≤C7＜‑0.4，在当前退避时间和最大退避次数等级的基础上减少1个等级；④当‑0.4≤C7＜0.4，保持当前退避时间和最大退避次数不变；⑤当0.4≤C7＜0.7，在当前退避时间和最大退避次数等级的基础上增加1个等级；⑥当0.7≤C7＜0.9，在当退避时间和最大退避次数等级的基础上增加2个等级；⑦当0.9≤C7≤1，在当前退避时间和最大退避次数等级的基础上增加3个等级；S3：根据传感器获得无线传感器网络通信的可靠性与实时性数据；利用所述获得的可靠性、实时性数据与电力系统配电网数据通信规范QoS性能指标相比较，分析其是否符合指标要求，根据分析后得出的结果代入模糊认知图得出的调整策略对无线传感器网络中传输功率、通信速率、退避策略、路由路径进行调整；所述调整策略包括如下步骤：(1)当可靠性概念节点C1的状态值大于RELIABLITY，RELIABLITY为电力工业配电网数据通信规范QoS性能指标可靠性指标归一化的值，且实时性概念节点C2的状态值大于REALTIME，REALTIME为电力工业配电网数据通信规范QoS性能指标归一化的值，表示数据通信的可靠性满足，但实时性不满足；模糊认知图被触发，采取减小退避时间，提高传输速率，并采用实时性优先路由路径调整策略；(2)当可靠性概念节点C1的状态值小于RELIABLITY，且实时性概念节点C2的状态值小于REALTIME，表示数据通信的实时性满足，但可靠性不满足；模糊认知图被触发，采取提高传输功率、降低通信速率的措施来调整，并采用可靠性优先路由路径调整策略；(3)当可靠性概念节点C1的状态值小于RELIABLITY，且可靠性概念节点C2的状态值大于REALTIME，表示数据通信的实时性、可靠性都不满足；模糊认知图被触发，采用可靠性优先的路由路径调整策略，并减小退避时间以及提高发射功率。