光伏电站无线传感器网络路由算法研究及性能分析

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一系列具有感知、计算和通信的传感器节点组成的无线网络,传感器节点通过自组织的方式创建网络,为用户提供采集、处理和传输数据等服务。在实际的应用中,WSN的传感器节点一般依靠自身携带的电池提供能量,同时WSN受到其中各节点的计算、处理、存储以及通信能力等诸多限制,不合理的网络开销会导致点能量利用率低,节点过早死亡,缩短了网络生命周期。随着光伏产业的大规模发展,无线网络技术逐步应用于场站内的数据传输,以期通过现场的数据收集及处理获得更好的运维及管理。本文针对在同等数据节点量级时,光伏电站(集中式和分布式)两种不同地理布置特点决定了所需处理的数据存在明显差异的问题,分别研究并开发了相应的通信算法,并以100个无线通信节点为案例进行了性能分析,具体如下:(1)针对无线传感器网络在集中式光伏电站通信模式下,蚁群路由算法存在的环路现象、路由算法陷入局部最优解和网路节点能量分布不均衡等问题,提出基于自适应信息素蒸发系数的WSN蚁群路由算法。以现有蚁群算法为基础,重构了蚂蚁数据包包头,在蚂蚁数据包中添加前向蚂蚁数据包序列号、源地址、途径节点数目以及数据包生存时间等数据;引入自适应信息素蒸发系数,将路由跳数修正为多跳消耗的能量值,提高了信息素更新公式的准确性;改进了信息素增量公式,将数据包访问过的节点数重新定义为节点能量损耗函数,反映出节点能量损耗,提高了信息素增量的精确度。以100个节点所覆盖的集中式光伏电站中10*10block案例的分析结果表明,改进WSN蚁群路由算法的平均剩余能量提高了9.6%,证明该算法可有效削弱蚁群环路效应,提高网络生命周期。(2)以APECARA路由算法为基础,结合分布式光伏电站存在的节点之间通信距离较远而导致网络开销较大等问题,提出了一种基于自适应剩余能量阈值的WSN蚁群路由算法。搭建了基于改进蚁群路由算法的网络模型、数学模型和能耗模型;引入搜索角修正信息素启发函数,对搜索路径进行限制,降低了节点能量开销;将节点剩余能量阈值自适应化,重新定义信息素增量公式;设置信息素浓度上限与下限,优化信息素更新策略。以100个节点所覆盖的分布式光伏电站中100*100block和200*200block为案例的仿真实验表明,改进算法的最优路径分别缩短了1.47%和1.59%、平均网络开销降低了15.12%和11.68%,证明改进算法在延长网络生命周期的同时提高全局寻优能力。
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