電力行業物聯網能量均衡路由算法研究

王金昌

【摘要】 路由的選擇與無線傳感器網絡使用壽命的長短有關，為了延長其使用壽命，本文研究了一種新的算法。該種算法是在無線傳輸能量均衡的基礎上得來的，不僅采用了傳統的分簇路由協議，而且還以剩余能量級作為簇頭進行分簇，如果在傳輸過程中能量較低時可以通過無線能量傳輸技術對其進行補充。

【關鍵詞】 物聯網 能量均衡 無線能量傳輸

自改革開放以來，我國的綜合實力在不斷的提升，截至目前為止我國的綜合實力已經處于全世界的前列。物聯網作為一種大規模的運用，我國對其的重視程度也是非常的高。物聯網一般都是采用的電池供電，由于電池的容量是一定的且每一個節點的消耗率也不一樣，導致網絡出現了不一致，使網絡的使用壽命大大降低了。電力物聯網是目前我國比較先進的物聯網之一，實現了電力系統信息交換和通信，運用的極為廣泛。

一、分布式無線能量傳輸網絡

分布式無線能量傳輸網絡是指使網絡中的每一個節點都具有無線能量的接收、發送和路徑選擇的功能，同時不同的節點的所具有的功能是不一樣的，主要有源節點、受電節點和中繼節點等三種類型。在分布式無線能量傳輸網絡中，節點之間能量的傳遞是通過共振中繼的方式來實現的。這種傳遞方式的依據是共振的特性，相鄰之間的共振體可以通過共振來實現能量的傳遞，通過這種方式，能量的傳遞可以由近向遠逐漸傳遞。并且通過這種方式所進行的能量傳遞不需要進行能量的轉換，因此在傳遞過程中能量的消耗就相對較小，提高了傳遞效率。

二、基于無線能量傳輸的路由算法

基于無線能量傳輸的路由算法是以剩余能量級別為簇頭來進行分簇的，根據節點剩余能量的多少來進行分簇，可以使簇頭均勻的分布在整個網絡中，如圖2-1所示為簇的建立過程。在傳統的數據傳輸過程中，一般有單跳和多跳兩種模式。如果采用的是單跳模式，對于距離基站近的簇比較有利，但是距離基站較遠的簇的消耗就比較大；如果采用的是多跳模式，對于距離基站近的簇其任務繁重，消耗也很大。因而無論采用那種模式對于節點的消耗都比較大，容易導致節點過早死亡。為了改善這一現狀，本文研究了一種基于無線能量傳輸的路由算法。物聯網中的節點具有體積微小、能量有限等特點，因此每一個節點都有其能量臨界值，本文所研究的新型算法就是當每一個節點到達其能量臨界值時就會開始無線能量傳輸階段，避免節點能量消耗過大，出現提早死亡的情況。

三、算法測試

3.1仿真測試

本文用MATLAB對LEACH、RELCRP、WPTRA進行了仿真測試，并通過仿真測試對所研究的算法的性能作了一定的比較。仿真測試所使用的傳感器網絡中含有大約100個節點，且這些都是隨機分布的，同時節點所在區域是正方形，面積是10000㎡，基站的坐標方位是（50m，175m），簇頭的競選半徑是40m。能量傳輸報文廣播半徑為20m，同時每一個節點所具有的初始能量為0.5J，節點的能量臨界值為0.0001J。本文所研究的基于無線能量的路由算法是在磁耦合諧振式無線能量傳輸技術的基礎上提出的，因為該項技術在電力行業中發展還沒有到達成熟階段，因而還存在一定的限制，為了使仿真實驗順利進行，本文對無線能量傳輸效率和傳輸距離之間的關系進行了假設，如圖3-1所示。

3.2實驗測試

通過多次實驗，根據多次實驗的結果可知網絡的使用壽命最長時，節點的能量臨界值大約為0.025J。同時本文為了實驗數據更加具有科學性和準確性，在參數設置相同的情況下將不同的算法分別獨立進行了100次運行，根據實驗結果利用了無線能量傳輸技術的網絡生存時間更長。

結語：本文所研究的基于無線能量傳輸的能量均衡路由算法非常具有發展前景。通過仿真測試和實驗測試可知，使用了無線能量傳輸的能量均衡路由算法的網絡使用壽命更長，使整個網絡的能量都處于平衡的狀態，從而延長了其生命周期。與此同時，電力物聯網也是我國未來物聯網發展的主要方向，雖然我國目前對其的研究還處于不成熟階段，但在不久的將來電力物聯網會成為主流趨勢。

參 考 文 獻

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