變電站自動(dòng)化系統(tǒng)wsn組網(wǎng)方案研究

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)wsn組網(wǎng)方案研究

0無線通信通信sas自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)（sas）技術(shù)的發(fā)展在確保供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高供電質(zhì)量，提高能源系統(tǒng)的運(yùn)行管理，減少維護(hù)工作量，提高經(jīng)濟(jì)效益等方面發(fā)揮了重要作用。通信技術(shù)是SAS得以實(shí)現(xiàn)的必要前提,通信技術(shù)的發(fā)展必將提高SAS的綜合水平。當(dāng)前,電力通信網(wǎng)主要包括RS-422、RS-485、Lonworks或CAN現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等形式。它們都屬于有線通信形式,無一例外地都存在布線限制、組網(wǎng)靈活性低、升級(jí)擴(kuò)展不便、安裝維護(hù)困難等缺點(diǎn)。無線通信技術(shù)因?yàn)榫哂胁恍璨季€、靈活性強(qiáng)、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),在電力系統(tǒng)中逐步得到應(yīng)用,目前主要的應(yīng)用有高壓斷路器溫度在線監(jiān)測、基于無線通信的饋線保護(hù)、配電變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控、電抗器的無線差動(dòng)保護(hù)等。近2年來,無線自組網(wǎng)開始應(yīng)用于SAS。無線網(wǎng)絡(luò)在這些領(lǐng)域中成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)為SAS探索新的通信方式提供了借鑒。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通信等技術(shù)的進(jìn)步,無線通信領(lǐng)域出現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork,WSN)(簡稱傳感器網(wǎng)絡(luò))。作為全球未來的三大高科技產(chǎn)業(yè)之一,WSN已經(jīng)在軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護(hù)理、智能家居等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有分布式處理系統(tǒng)的高監(jiān)測精度、高容錯(cuò)性、覆蓋區(qū)域大、可遠(yuǎn)程遙測遙控、自組織、多跳路由等優(yōu)點(diǎn)。SAS對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率有嚴(yán)格的要求,一般而言,變電站過程層與間隔層之間、間隔層與間隔層之間、間隔層與變電站層之間的傳輸速率分別為250kbit/s、130kbit/s、100kbit/s?，F(xiàn)有WSN的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到2Mbit/s以上,完全滿足SAS的通信要求,盡管SAS涉及的信息非常多,有些甚至是電網(wǎng)安全運(yùn)行非常關(guān)鍵的信息,由于WSN能夠完全滿足SAS對(duì)于通信速度的要求,SAS中控制、測量、保護(hù)等功能需要的信息均可通過WSN來采集與傳遞;另一方面電子式互感器等智能一次設(shè)備已經(jīng)在電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。因此在SAS中引入傳感器網(wǎng)絡(luò),與現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,可為SAS探索出一種新的通信方式。文獻(xiàn)就無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電力監(jiān)控、輸電走廊監(jiān)控等方面做了一些有益的探討,但是關(guān)于應(yīng)用于SAS的研究尚未涉及,本文將對(duì)應(yīng)用于SAS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究,希望為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于SAS提供一定的參考。1wsn的特點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是指由一組帶有嵌入式處理器、傳感器以及無線收發(fā)裝置的節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò),通過節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同工作來采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的目標(biāo)信息。圖1是經(jīng)常被引用的一個(gè)典型的WSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。圖1中,傳感器節(jié)點(diǎn)部署在一個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部或附近,能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)測得的信息通過多跳的方式傳送到匯聚節(jié)點(diǎn),通過匯聚節(jié)點(diǎn)連入Internet或衛(wèi)星,最后接入任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)是一個(gè)具有測量能力、處理能力、存儲(chǔ)能力、通信能力的嵌入式系統(tǒng),兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)終端和路由的雙重功能,不僅進(jìn)行信息的收集與處理,還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合。匯聚節(jié)點(diǎn)是擁有較強(qiáng)通信能力、計(jì)算能力和豐富資源的系統(tǒng),它連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)2種通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換,負(fù)責(zé)將管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控任務(wù)下發(fā),并將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至外部網(wǎng)絡(luò);它可以是一個(gè)增強(qiáng)功能的傳感器節(jié)點(diǎn),也可以是一個(gè)沒有監(jiān)測功能的專用網(wǎng)關(guān)設(shè)備。任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)具有人機(jī)界面,可以進(jìn)行干預(yù)、遙控和管理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無線自組網(wǎng)(mobilead-hocnetwork)有許多相似之處,但也具有很多自身的特點(diǎn),主要體現(xiàn)在:1)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。一是節(jié)點(diǎn)布置在很大的地理區(qū)域內(nèi);二是節(jié)點(diǎn)部署很密集。大量采集信息的獲取可以得到更高的性價(jià)比,提高監(jiān)測的精度,增強(qiáng)容錯(cuò)性能。2)自組織網(wǎng)絡(luò)。WSN中節(jié)點(diǎn)任意放置,部分節(jié)點(diǎn)可能受某些不確定因素影響而失效,造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化。這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織能力,能夠自動(dòng)進(jìn)行配置和管理,通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形成多跳網(wǎng)絡(luò)。3)動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)失效、無線通信鏈路帶寬的變化、節(jié)點(diǎn)及對(duì)象或觀察者的移動(dòng)、新節(jié)點(diǎn)的加入等都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化。這要求WSN具有動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性。4)可靠性網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)一般部署在非常惡劣的環(huán)境,這不僅要求節(jié)點(diǎn)不易損壞,還要考慮監(jiān)測數(shù)據(jù)被盜取和防止獲取偽造信息。因而傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟硬件必須具有較強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性。5)應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。不同的應(yīng)用背景對(duì)系統(tǒng)硬件平臺(tái)、軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求存在很大差別,只有貼近應(yīng)用才能設(shè)計(jì)出高效的目標(biāo)系統(tǒng)。6)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。WSN是任務(wù)型網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)在獲得指定事件的信息后匯報(bào)給用戶。這種以數(shù)據(jù)本身作為查詢或傳送線索的思想更接近于自然語言交流的習(xí)慣。2sas無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的線程設(shè)計(jì)2.1基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的變電站監(jiān)控設(shè)備WSN接入方式可分為2類:1)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全部采用無線通信方式,稱為全接入方式;2)網(wǎng)絡(luò)中無線通信與有線通信并存,稱為部分接入方式。具體選擇何種接入方式,應(yīng)該與SAS的實(shí)際情況相結(jié)合。鑒于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)要監(jiān)控的設(shè)備相當(dāng)多,布線非常復(fù)雜,且監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)來自過程層一些電壓/電流傳感器(CT/VT)或非電量傳感器(溫度傳感器等),因而在過程層采用傳感器網(wǎng)絡(luò)代替現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)的效果相當(dāng)明顯;在間隔層與變電站層,一般是一些保護(hù)、測量、監(jiān)控設(shè)備,相對(duì)于過程層,設(shè)備數(shù)量少,布線更加方便,采用業(yè)已成熟的有線通信方式更加理想。因此,根據(jù)SAS的特點(diǎn),WSN宜采用部分接入方式,過程層多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線網(wǎng)關(guān)接入有線網(wǎng),在WSN應(yīng)用于SAS技術(shù)尚未成熟的條件下,成為當(dāng)前SAS數(shù)據(jù)通信方式的一種有益補(bǔ)充。2.2無線路由設(shè)備IEC61850標(biāo)準(zhǔn)將變電站分為過程層、間隔層、變電站層3層結(jié)構(gòu),并不規(guī)定通信拓?fù)?也不限制任何物理的通信接口。根據(jù)前述分析,在過程層采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò),在間隔層、變電站層采用現(xiàn)在通用的工業(yè)以太網(wǎng),構(gòu)成一個(gè)分簇路由的2層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)關(guān)連接在以太網(wǎng)上。圖2為一個(gè)完備的SAS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案。間隔層與變電站層的以太網(wǎng)通信不是本文關(guān)心的內(nèi)容,過程層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才是需要研究的重點(diǎn),其組成結(jié)構(gòu)如下:1)傳感器節(jié)點(diǎn)。SAS過程層中需要傳輸數(shù)據(jù)的所有設(shè)備都可以是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)。它既可以是測量電流、電壓量的電子式互感器(ECT、EVT),也可以是電力一次設(shè)備上裝設(shè)的溫度、壓力、振動(dòng)傳感器,還可以是其他的智能電子設(shè)備(intelligentelectronicdevice,IED)。2)無線路由設(shè)備。目前,要求變電站內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)全部具備無線路由功能是不現(xiàn)實(shí)的,SAS的傳感器網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充與擴(kuò)展,必然是部分節(jié)點(diǎn)具備無線路由功能,部分節(jié)點(diǎn)不具備路由功能共存的局面。所以,對(duì)于那些沒有無線路由功能的節(jié)點(diǎn)我們采用一一對(duì)應(yīng)擴(kuò)展無線路由設(shè)備的方法進(jìn)行完善。3)簇頭節(jié)點(diǎn)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)可固定或自動(dòng)形成多個(gè)簇,每個(gè)簇內(nèi)有1個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)為簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)分配時(shí)槽,收集和處理簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。4)匯聚節(jié)點(diǎn)。這里的匯聚節(jié)點(diǎn)是一個(gè)特殊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備,不具備監(jiān)測功能,負(fù)責(zé)與站內(nèi)的以太網(wǎng)進(jìn)行連接。它可以是帶有無線網(wǎng)關(guān)作用的合并單元(mergingunit,MU),也可以是專門的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。WSN有很多種體系結(jié)構(gòu),目前比較熱門的一種是2層架構(gòu)。在這種體系結(jié)構(gòu)下,傳感器節(jié)點(diǎn)被分為多個(gè)簇,每個(gè)簇至少有1個(gè)簇頭。采用2層架構(gòu)的SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)(簇內(nèi)為下層網(wǎng)絡(luò),簇間為上層網(wǎng)絡(luò))能減少路由開銷,提高通信效率,從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性,且能夠使實(shí)現(xiàn)不同功能和不同硬件配置的傳感器節(jié)點(diǎn)共存。在每個(gè)簇中可以通過算法選舉自己的簇頭,每個(gè)簇頭是該簇內(nèi)的一個(gè)普通節(jié)點(diǎn),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑霈F(xiàn)變化時(shí),應(yīng)能實(shí)時(shí)選舉產(chǎn)生新的簇頭。簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文首先傳送給簇頭節(jié)點(diǎn),簇頭節(jié)點(diǎn)再根據(jù)報(bào)文要發(fā)送的目的地址選擇合適的路徑發(fā)送出去。簇頭節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)組成的上層網(wǎng)絡(luò),各自維護(hù)它們相互之間的路由表,負(fù)責(zé)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā),同時(shí)通過匯聚節(jié)點(diǎn)連接間隔層或變電站層的以太網(wǎng),最終完成數(shù)據(jù)發(fā)送或接收。圖3是上述2層架構(gòu)SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。3實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些關(guān)鍵技術(shù)3.1供能方式設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量供給主要通過攜帶能量十分有限的電池。由于節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域廣,部署區(qū)域環(huán)境復(fù)雜,傳感器節(jié)點(diǎn)通過更換電池的方式來補(bǔ)充能源不太現(xiàn)實(shí)。因而,高效地使用能量成為使網(wǎng)絡(luò)生命周期最大化的首要研究課題。SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)的供能方面有其特殊的一面,它可以通過電磁感應(yīng)的原理從被監(jiān)控的設(shè)備上取得能量。一種實(shí)用的方法就是小CT取能。小CT供能方式的原理是在傳感器安裝側(cè)設(shè)備的線路上安裝特制的CT,從線路上感應(yīng)電壓,然后通過整流、濾波、穩(wěn)壓等后續(xù)電路處理后,給節(jié)點(diǎn)提供必須的工作電源。這種方案在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)要考慮2個(gè)問題:1)在系統(tǒng)電流很小的時(shí)候能夠提供足夠大的功率,以驅(qū)動(dòng)電子電路;2)在系統(tǒng)出現(xiàn)短路大電流時(shí),要避免CT鐵心進(jìn)入深度飽和從而造成鐵心嚴(yán)重發(fā)熱。小CT取能的原理如圖4所示。當(dāng)輸電線電流較小時(shí),開關(guān)S斷開,主線圈感應(yīng)電流,整流輸出供能;當(dāng)輸電線電流較大時(shí),開關(guān)S閉合,N2繞組感應(yīng)小電流。這種供能方案的優(yōu)點(diǎn)是功率較大,可以充分滿足傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗需求;缺點(diǎn)是電源可靠性與輸電線工作狀況直接相關(guān),而且在線路故障時(shí)以及空載時(shí)不能提供電源,從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效。解決這個(gè)問題的方法是:在條件允許的情況下,讓傳感器節(jié)點(diǎn)額外攜帶一個(gè)蓄電池,在線路正常工作情況下,由小CT供給能量;在線路故障或空載時(shí),通過一個(gè)二極管切換至蓄電池供電。由于線路故障的時(shí)間并不會(huì)太長,因而采用這2種供能方式相結(jié)合,完全可以解決傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)能耗的要求。增加了取能小CT勢必增加整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的體積,但是由于供給的功率小,取能CT的線圈少,相對(duì)于被監(jiān)控的設(shè)備,這種體積的增加并不明顯,不影響小CT取能方式的實(shí)用價(jià)值。3.2數(shù)據(jù)融合技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能是收集并返回其傳感器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)測區(qū)域的信息。在收集信息的過程中采用各個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)傳送數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點(diǎn)存在浪費(fèi)通信寬帶和能量、降低信息收集效率等缺點(diǎn)。為了避免這些缺點(diǎn),需要在傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用數(shù)據(jù)融合的技術(shù),數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要用于處理同一類型的傳感器數(shù)據(jù)。上述基于分簇的2層架構(gòu)SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)由于采用了分簇技術(shù),可以將具有同一類型傳感器數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)分配在同一個(gè)簇中,為數(shù)據(jù)融合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合可以從以下幾個(gè)方面加以考慮:1)對(duì)于監(jiān)測類似于變壓器油溫的傳感器節(jié)點(diǎn),不需要實(shí)時(shí)地傳送數(shù)據(jù),我們感興趣的是溫度值是否超過一定的閥值。因而可以僅對(duì)超過閥值的異常數(shù)據(jù)予以及時(shí)傳輸。2)對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)而言,其對(duì)數(shù)據(jù)的同步性能有很高的要求,而傳感器節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)是各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù),我們可以選擇將時(shí)間相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后再上傳,這樣不僅減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,也保證了數(shù)據(jù)的同步性。3)正常運(yùn)行時(shí)的三相電量具備一定的關(guān)系,節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以充分融合,且可在正常情況下只發(fā)送1個(gè)數(shù)據(jù),當(dāng)故障發(fā)生時(shí)應(yīng)能及時(shí)傳送故障數(shù)據(jù)。對(duì)同一簇內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,可以綜合多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),剔除個(gè)別錯(cuò)誤或誤差較大的信息,能確保獲得信息的準(zhǔn)確度。同時(shí),數(shù)據(jù)融合技術(shù)減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,節(jié)省了能量,減輕了網(wǎng)絡(luò)的傳輸擁塞,減少了沖突碰撞現(xiàn)象,降低了數(shù)據(jù)的傳輸延遲。這些對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)有著深刻的意義。3.2.2基于sa的分簇路由前面所敘述的SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)2層的體系架構(gòu),這種體系架構(gòu)不僅非常適合變電站自動(dòng)化的實(shí)際情況,還能有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,減輕網(wǎng)絡(luò)的傳輸擁塞,降低數(shù)據(jù)的傳輸延遲。這種層次型拓?fù)淇刂剖腔诜执芈酚伤惴ǖ?下面在LEACH算法的基礎(chǔ)上,介紹一種適合SAS的分簇路由算法。由于SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,節(jié)點(diǎn)能耗已不是制約路由算法的主要因素,更應(yīng)該從SAS自身的要求來進(jìn)行選擇。因而在設(shè)計(jì)分簇路由算法時(shí),應(yīng)充分考慮下面2點(diǎn):1)考慮相同類型數(shù)據(jù)融合的需要,在分簇時(shí)盡可能將具有相同類型數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)分在同一簇內(nèi)。2)選擇最優(yōu)路徑路由方式,降低數(shù)據(jù)的傳輸延遲。計(jì)算到匯聚節(jié)點(diǎn)的歐幾里德距離,從距離匯聚節(jié)點(diǎn)最近的簇頭節(jié)點(diǎn)開始,選擇數(shù)據(jù)路由最佳路徑。這種適用于SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由算法工作原理可用圖5所示流程圖來表示。圖中:T(n)為選舉簇頭節(jié)點(diǎn)的概率門限;P為簇頭在所有節(jié)點(diǎn)中所占的百分比;r為簇頭選舉輪數(shù)。3.3節(jié)點(diǎn)自身因素傳感器網(wǎng)絡(luò)位于變電站的過程層,這是一個(gè)強(qiáng)電磁環(huán)境,對(duì)通信系統(tǒng)的干擾很大;節(jié)點(diǎn)部署的環(huán)境非常惡劣,風(fēng)雨雷電等自然因素可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效;受障礙物的影響,無線通信的性能經(jīng)常發(fā)生變化,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不可控;有意或無意的人為損壞會(huì)使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,致使數(shù)據(jù)丟失等;恐怖分子的觸角伸入到電力系統(tǒng),可能竊取通信信息,也可能對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行攻擊,亦可能冒充節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或命令。這些因素的存在,對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性問題與安全技術(shù)提出了很高的要求。3.3.2通過通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名的通信設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他無線通信網(wǎng)絡(luò)一樣,提高可靠性的方法有多種,主要的方法有2個(gè):一是通過差錯(cuò)控制技術(shù),降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率;另一個(gè)是增強(qiáng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。具體的措施有:1)差錯(cuò)控制編碼。差錯(cuò)檢測是通過差錯(cuò)控制編碼來實(shí)現(xiàn)的,通信網(wǎng)絡(luò)中常用的差錯(cuò)控制編碼有奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼和海明碼。根據(jù)應(yīng)用的不同要求,當(dāng)檢測到差錯(cuò)時(shí)可以選擇忽略誤碼數(shù)據(jù),也可請(qǐng)求重傳。2)差錯(cuò)控制方法。差錯(cuò)糾正是通過差錯(cuò)控制方法來實(shí)現(xiàn)的,常用的有反饋檢測、自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)和前向糾錯(cuò)3種。3)可靠的硬件設(shè)備。在設(shè)計(jì)硬件時(shí),可以采用優(yōu)質(zhì)材料讓傳感器節(jié)點(diǎn)的外殼具有更強(qiáng)的抗腐蝕能力,同時(shí)要考慮電子電路的抗干擾能力。4)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的健壯性。這主要由路由協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。路由算法是適用于SAS的改進(jìn)型LEACH算法,它是一個(gè)多跳路由算法,簇頭節(jié)點(diǎn)的選舉也具有隨意性。因而節(jié)點(diǎn)的損壞與人為的攻擊都不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不可控。3.3.3傳感信息的特性安全技術(shù)的選取基于傳感器網(wǎng)絡(luò)所能遇到的安全威脅。常見的安全威脅包括傳感器節(jié)點(diǎn)的物理操縱、傳感信息的竊聽、拒絕服務(wù)攻擊、重放攻擊、完整性攻擊等。針對(duì)這些安全威脅,可以采取如下的安全技術(shù):1)采用擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)是利用與欲傳輸信息無關(guān)的碼對(duì)被傳輸信號(hào)擴(kuò)展頻譜,使之占有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被傳送信息所必需的最小帶寬。使竊聽者難以捕捉到有用數(shù)據(jù)。2)傳感信息的機(jī)密性。它可通過對(duì)傳感信息內(nèi)容進(jìn)行加密實(shí)現(xiàn),以防止信息泄露給非法節(jié)點(diǎn)或外部攻擊者。3)傳感信息的完整性。它保證了信息在傳輸過程中沒有被非法篡改,信息的完整性可通過計(jì)算信息的摘要等來實(shí)現(xiàn)。4)傳感信息的可靠性。它保證了信息來自合法的傳感節(jié)點(diǎn)?？煽啃钥赏ㄟ^數(shù)字簽名、通過共享的唯一性密鑰對(duì)信息加密、通過共享的唯一性密鑰計(jì)算信息的摘要、單向密鑰鏈等實(shí)現(xiàn),對(duì)于不同的通信模式應(yīng)選擇不同的方式來實(shí)現(xiàn)信息可靠性。5)傳感信息的時(shí)效性。通過保證信息的時(shí)效性可有效防止重放攻擊。時(shí)效性可通過時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)、序列號(hào)等實(shí)現(xiàn)。3.4wsn接入導(dǎo)致的問題基于分簇路由的2層SAS傳感器網(wǎng)絡(luò)的過程層采用傳感器網(wǎng)絡(luò),間隔層、變電站層采用以太網(wǎng)。如何使傳感器網(wǎng)絡(luò)接入以太網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)SAS監(jiān)測功能的關(guān)鍵。本文采用一個(gè)無線網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與站內(nèi)以太網(wǎng)的信息交互,見圖6。這里承擔(dān)無線網(wǎng)關(guān)作用的是專門的匯聚節(jié)點(diǎn),傳感器網(wǎng)絡(luò)通過一個(gè)無線通信接口接入網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)再通過一個(gè)以太網(wǎng)接口接入站內(nèi)以太網(wǎng)。W