本發(fā)明具體涉及一種配電線路區(qū)域視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，電能已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活中必不可少的二次能源之一。因此，穩(wěn)定可靠是電力系統(tǒng)的最重要的目標(biāo)。

配電線路是智能配電網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，線路監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)是保證配電網(wǎng)線路安全運(yùn)行的前提，因此有必要構(gòu)建有效的配電線路視頻監(jiān)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前，已經(jīng)配置的配電線路區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1所示：圖中101為配電線路桿塔，102為配電線路，1為WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)，2為WSN傳輸節(jié)點(diǎn)，3為WSN接收節(jié)點(diǎn)；在桿塔上安裝線路感應(yīng)供電的WSN網(wǎng)關(guān)作為WSN接收節(jié)點(diǎn)，在配電線路上安裝多個(gè)電池供電的WSN傳輸節(jié)點(diǎn)，用于構(gòu)建WSN傳輸路徑；在配電線路上安裝線路感應(yīng)供電的區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)；WSN傳輸節(jié)點(diǎn)通過構(gòu)建有效數(shù)據(jù)傳輸路徑，將WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)的區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)信息，周期性地通過WSN傳輸節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)，WSN接收節(jié)點(diǎn)通過配電線路的光纖有線通信通道將區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)信息通過變電站通信通道回傳到監(jiān)測(cè)主站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配電線路區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)功能。

配電線路區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)具備正常狀態(tài)多而異常狀態(tài)少的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。該業(yè)務(wù)在正常狀態(tài)下，配電線路視頻監(jiān)測(cè)點(diǎn)只需周期性地發(fā)送一個(gè)標(biāo)識(shí)正常狀態(tài)的信息到監(jiān)測(cè)中心，只有在異常狀態(tài)下需要回傳監(jiān)測(cè)區(qū)域的完整視頻圖像幀信息到監(jiān)測(cè)中心。但是現(xiàn)有的WSN配電線路視頻監(jiān)測(cè)傳輸方法中，通常是將監(jiān)測(cè)區(qū)域視頻圖像幀信息周期性地通過WSN傳輸節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心，未考慮以上配電線路區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)傳輸特點(diǎn)以及WSN網(wǎng)絡(luò)節(jié)能傳輸要求，因此在傳輸過程中因視頻幀數(shù)據(jù)量大，使得WSN節(jié)點(diǎn)能量耗盡過快，導(dǎo)致WSN配電線路視頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在保證數(shù)據(jù)傳輸高效率和可靠性的基礎(chǔ)上有效降低網(wǎng)絡(luò)功耗的配電線路區(qū)域視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。

本發(fā)明提供的這種配電線路區(qū)域視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，包括如下步驟：

S1.在已經(jīng)設(shè)置了WSN接收節(jié)點(diǎn)和WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)的配電線路上，將WSN接收節(jié)點(diǎn)和WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)連接線的帶狀區(qū)域劃分為K個(gè)子區(qū)域；

S2.在步驟S1得到的各個(gè)子區(qū)域中布置N個(gè)WSN傳輸節(jié)點(diǎn)；N為自然數(shù)；

S3.設(shè)置WSN傳輸節(jié)點(diǎn)能量比閾值alph1和alph2，且alph1<alph2；計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比；所述能量比定義為節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量與節(jié)點(diǎn)初始能量的比值；

S4.根據(jù)步驟S3得到的WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比與WSN傳輸節(jié)點(diǎn)能量比閾值的比較結(jié)果將WSN傳輸節(jié)點(diǎn)分類；

S5.根據(jù)WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)獲取的圖像幀信息判定是否存在配電線路區(qū)域侵入異常狀態(tài)，并根據(jù)判定結(jié)果選擇步驟S4中得到的分類后WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的一類傳輸節(jié)點(diǎn)，將判定結(jié)果通過選擇的一類傳輸節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)，完成配電線路視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸。

步驟S1所述的將帶狀區(qū)域劃分為K個(gè)子區(qū)域，為采用如下算式計(jì)算子區(qū)域個(gè)數(shù)K：

K＝ceil(L/2R)

式中ceil()為向上取整函數(shù)；L為WSN接收節(jié)點(diǎn)和WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)之間的直線距離；R為WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的傳輸距離半徑。

步驟S2所述的布置WSN傳輸節(jié)點(diǎn)，具體為采用如下方式進(jìn)行WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的布置：

A.在步驟S1得到的每個(gè)子區(qū)域的地理中心布置一個(gè)WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)；

B.以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)為中心，以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)指向WSN接收節(jié)點(diǎn)方向?yàn)?°正方向，在WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)的正方向[-Q°,+Q°]區(qū)域內(nèi)布置X個(gè)WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)；Q和X均為正整數(shù)；

C.以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)為中心，以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)指向WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)方向?yàn)?°負(fù)方向，在WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)的負(fù)方向[-W°,+W°]區(qū)域內(nèi)布置Y個(gè)WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)；W和Y均為正整數(shù)。

所述的Q為45。

所述的W為45。

步驟S4所述的將WSN傳輸節(jié)點(diǎn)劃分為三類，具體為采用如下規(guī)則進(jìn)行分類：

1)若WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比≥alph2，則該WSN傳輸節(jié)點(diǎn)認(rèn)定為高能量節(jié)點(diǎn)；

2)若alph1<WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比<alph2，則該WSN傳輸節(jié)點(diǎn)認(rèn)定為中能量節(jié)點(diǎn)；

3)若WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比≤alph1，則該WSN傳輸節(jié)點(diǎn)認(rèn)定為低能量節(jié)點(diǎn)。

步驟S5所述的判定是否存在配電線路區(qū)域侵入異常狀態(tài)，為采用如下步驟進(jìn)行判斷：

a.采用如下算式計(jì)算WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集圖像的像素灰度級(jí)異或累加平均值：

$X_{OR}=\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_p(i,j)\&CirclePlus;f_{p-1}(i,j)\&rsqb;/\&lsqb;M\&CenterDot;N\&rsqb;$

式中X_OR為像素灰度級(jí)異或累加平均值；WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集圖像的像素分辨率為M×N；f_p(i,j)為WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集的第p幀圖像的第i行第j列點(diǎn)的像素灰度值；

b.設(shè)置區(qū)域侵入異常狀態(tài)閾值為C，且0<C<1；根據(jù)以下規(guī)則判斷是否存在配電線路區(qū)域侵入異常狀態(tài)：

①若X_OR≥C，則判定配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為異常；

②若X_OR<C，則判定配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為正常。

步驟S5所述的根據(jù)判定結(jié)果選擇WSN傳輸節(jié)點(diǎn)類型，具體為根據(jù)以下規(guī)則進(jìn)行選?。?/p>

(1)若配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為異常，則將WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集的當(dāng)前圖像幀通過高能量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)；

(2)若配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為正常，則將表明配電線路運(yùn)行正常的信息源通過中能量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明提供的這種配電線路區(qū)域視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，通過劃分配電線路子區(qū)域和按照有向冗余方式在配電線路節(jié)點(diǎn)子區(qū)域部署WSN節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上構(gòu)建高能量和中能量雙傳輸路徑，再通過圖像幀內(nèi)像素灰度級(jí)異或操作實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)域狀態(tài)計(jì)算操作優(yōu)化傳輸信息源，最終根據(jù)判定結(jié)果分別選取路徑傳輸異常狀態(tài)下的視頻圖像幀或線路正常運(yùn)行信息源，因此本發(fā)明充分考慮了配電線路區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)具備正常狀態(tài)多而異常狀態(tài)少，只在異常狀態(tài)下需要回傳完整視頻圖像幀數(shù)據(jù)特點(diǎn)，采用冗余方式布置傳輸節(jié)點(diǎn)，保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?；根?jù)傳輸節(jié)點(diǎn)的剩余能量和傳輸數(shù)據(jù)量的大小分別選擇獨(dú)立路徑傳輸，在保證數(shù)據(jù)傳輸高效率和可靠性的基礎(chǔ)上有效降低WSN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均傳輸耗能，提高WSN配電線路視頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，極大的延長(zhǎng)了WSN網(wǎng)絡(luò)的壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的配電線路區(qū)域侵入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的方法流程示意圖。

圖3為本發(fā)明的配電線路帶狀區(qū)域劃分子區(qū)域示意圖。

圖4為本發(fā)明的WSN傳輸節(jié)點(diǎn)配電線路帶狀有向冗余部署示意圖。

圖5為本發(fā)明的WSN傳輸節(jié)點(diǎn)配電線路帶狀有向冗余部署俯視圖。

圖6為本發(fā)明的WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示為本發(fā)明的方法流程圖：本發(fā)明提供的這種配電線路區(qū)域視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，包括如下步驟：

S1.在已經(jīng)設(shè)置了WSN接收節(jié)點(diǎn)和WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)的配電線路上，將WSN接收節(jié)點(diǎn)和WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)連接線的帶狀區(qū)域劃分為K個(gè)子區(qū)域：

采用如下算式計(jì)算子區(qū)域個(gè)數(shù)K：

K＝ceil(L/2R)

式中ceil()為向上取整函數(shù)；L為WSN接收節(jié)點(diǎn)和WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)之間的直線距離；R為WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的傳輸距離半徑。

如圖3所示即為計(jì)算后K為3的區(qū)域劃分情況，圖中1為WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)，101為配電線路桿塔，102為配電線路，3為WSN接收接待，21～23即為劃分的子區(qū)域；在WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)和WSN接收節(jié)點(diǎn)間按照距離和WSN單個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的通信傳輸距離半徑，將配電線路的帶狀傳輸區(qū)域劃分成3個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)WSN節(jié)點(diǎn)子區(qū)域，分別為子區(qū)域21，子區(qū)域22和子區(qū)域23，則WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)到WSN接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路由路經(jīng)跳數(shù)為4跳。

S2.在步驟S1得到的各個(gè)子區(qū)域中布置N個(gè)WSN傳輸節(jié)點(diǎn)；具體為采用如下方式進(jìn)行WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的布置：

A.在步驟S1得到的每個(gè)子區(qū)域的地理中心布置一個(gè)WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)；

B.以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)為中心，以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)指向WSN接收節(jié)點(diǎn)方向?yàn)?°正方向，在WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)的正方向[-Q°,+Q°]區(qū)域內(nèi)布置X個(gè)WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)；Q和X均為正整數(shù)；

C.以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)為中心，以WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)指向WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)方向?yàn)?°負(fù)方向，在WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)的負(fù)方向[-W°,+W°]區(qū)域內(nèi)布置Y個(gè)WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)；W和Y均為正整數(shù)。

作為優(yōu)選方案，Q和W均取值為45，X和Y均取值為4.

如圖4所示即為WSN傳輸節(jié)點(diǎn)配電線路帶狀有向冗余部署示意圖：圖中101為配電線路桿塔，1為WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)，3為WSN接收節(jié)點(diǎn)，211即為WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)，212為WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)；在安置在配電線路上作為配電線路視頻監(jiān)測(cè)攝像頭節(jié)點(diǎn)的WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)和安置在輸電線桿塔上作為WSN網(wǎng)關(guān)的WSN接收節(jié)點(diǎn)的帶狀區(qū)域中，在子區(qū)域地理中心部署一個(gè)WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)；其次定義子區(qū)域WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)與WSN接收節(jié)點(diǎn)連線的射線方向?yàn)榍跋?度方向，定義子區(qū)域WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)與WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)連線方向的射線為后向0度方向；然后以子區(qū)域WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，分別在子區(qū)域前向[-45度,45度]方向和子區(qū)域后向[-45度,45度]方向范圍內(nèi)冗余部署X＝4個(gè)WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)，作為子區(qū)域WSN中心節(jié)點(diǎn)的前向鄰節(jié)點(diǎn)和后向鄰節(jié)點(diǎn)。

如圖5所示為WSN傳輸節(jié)點(diǎn)配電線路帶狀有向冗余部署俯視圖：圖中1為WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)，3為WSN接收節(jié)點(diǎn)，201為子區(qū)域示意框，211即為WSN中心傳輸節(jié)點(diǎn)，212為WSN輔助傳輸節(jié)點(diǎn)。

S3.設(shè)置WSN傳輸節(jié)點(diǎn)能量比閾值alph1和alph2，且alph1<alph2；計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比；所述能量比定義為節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量與節(jié)點(diǎn)初始能量的比值；

S4.根據(jù)步驟S3得到的WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比與WSN傳輸節(jié)點(diǎn)能量比閾值的比較結(jié)果將WSN傳輸節(jié)點(diǎn)分類；

具體為采用如下規(guī)則進(jìn)行分類：

1)若WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比≥alph2，則該WSN傳輸節(jié)點(diǎn)認(rèn)定為高能量節(jié)點(diǎn)；

2)若alph1<WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比<alph2，則該WSN傳輸節(jié)點(diǎn)認(rèn)定為中能量節(jié)點(diǎn)；

3)若WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的能量比≤alph1，則該WSN傳輸節(jié)點(diǎn)認(rèn)定為低能量節(jié)點(diǎn)。

S5.根據(jù)WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)獲取的圖像幀信息判定是否存在配電線路區(qū)域侵入異常狀態(tài)：

采用如下步驟進(jìn)行判斷：

a.采用如下算式計(jì)算WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集圖像的像素灰度級(jí)異或累加平均值：

$X_{OR}=\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_p(i,j)\&CirclePlus;f_{p-1}(i,j)\&rsqb;/\&lsqb;M\&CenterDot;N\&rsqb;$

式中X_OR為像素灰度級(jí)異或累加平均值；WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集圖像的像素分辨率為M×N；f_p(i,j)為WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集的第p幀圖像的第i行第j列點(diǎn)的像素灰度值；

b.設(shè)置區(qū)域侵入異常狀態(tài)閾值為C，且0<C<1；根據(jù)以下規(guī)則判斷是否存在配電線路區(qū)域侵入異常狀態(tài)：

①若X_OR≥C，則判定配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為異常；

②若X_OR<C，則判定配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為正常；

根據(jù)判定結(jié)果選擇步驟S4中得到的分類后WSN傳輸節(jié)點(diǎn)的一類傳輸節(jié)點(diǎn)：

具體為根據(jù)以下規(guī)則進(jìn)行選取：

(1)若配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為異常，則將WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)采集的當(dāng)前圖像幀通過高能量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)；

(2)若配電線路區(qū)域侵入狀態(tài)為正常，則將表明配電線路運(yùn)行正常的信息源通過中能量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)。

將判定結(jié)果通過選擇的一類傳輸節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絎SN接收節(jié)點(diǎn)，完成配電線路視頻監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸。

如圖6所示即為上述的WSN攝像頭節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)流程圖。