[01391576]电力监测无线传感器网络的故障诊断与安全机制

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）将传统的传感器信息获取技术从独立的单一模式向集成化、网络化、智能化的方向发展,成为近年来信息技术领域的研究热点,使得WSN在基础理论和支撑技术等方面获得了长足发展。目前,WSN正在从实验原型系统走向大规模实际应用的阶段,其内涵和外延也得到了不断的丰富和扩展。 近年来,无线传感器网络由于具有低功耗、低成本、组网灵活等优点,已被广泛应用于军事、医疗、智能交通、环境监测、电力设备状态监测、珍稀动植物保护、大气土壤保护等各个领域。在电力系统,WSN已被用于远程抄表、负荷预测、变电站自动化、配电网继电保护等方面。这些应用有效地监测了电力系统运行状态,提高了电力系统的运行效率,使得WSN 在电能生产、传输、分配、消费环节发挥重要的作用。随着智能电网的兴起与发展,电力监测无线传感器网络可以获取电网运行状态、参数等物理信息,为电网运行和管理人员提供更为全面、完整的电网运营数据,有利于决策系统控制实时方案和应对预案,必将成为智能电网的有效组成部分。 通常,电力监测无线传感器网络是由大量部署在目标区域内的节点以自组织（ad-hoc）的方式组建成网络,是一个高集成的网络系统。伴随着电力监测传感器网络规模的扩大,传感器网络节点在自己的生命周期中受制造工艺、电磁干扰、部署环境、节点能源等因素的影响,非常容易发生故障。无线传感器网络的故障会对其电力监测结果造成极大的影响,例如,传感器节点元件的损坏或供电电池电能不足会带来监测数据的不准确;节点的瘫痪会导致感知数据的丢失;数据分组在传感器网络中的路由循环会增大网络节点的计算与通信开销,将缩短无线传感器网络的生命周期。当网络出现故障时,如果能够采取合适的方法对故障原因及故障点进行准确而快速的定位,并及时排除故障,将大大提高电力监测无线传感器网络的可用性。 与传统的有线网络相比,无线传感器网络所处的恶劣环境和网络的自组织特性使得设计人员很难对网络内部的行为进行深入的分析,这一点在大规模的网络中更为突出,因为此时网络的架构经常随拓扑结构和节点的状态而改变;此外,传感器网络节点通常为采用电池供电的嵌入式设备,有限的供电和计算能力使得网络节点很难执行复杂的诊断程序。因此,无线传感器网络的故障诊断比有线网络更具有挑战性。 此外,如何确保电力监测无线传感器网络的安全运行,给电力监测无线传感器网络带来了新的挑战,也是WSN在电力系统应用是否成功的关键所在。例如：2010年9月,一个名为震网的特种病毒席卷了全球工业界,病毒感染了全球超过45000个网络,给各国的电力及其他工业部门带来了巨大的威胁和破坏。对于电力监测无线传感器网络而言, 此类特种木马病毒的危害更加严重,将威胁着国家电网的安全。电网安全问题是一个国家战略问题, 它关系着国家发展的经济命脉。 因此,如能建立一套电力监测无线传感器网络的故障诊断与安全保障系统,对电力系统的运行状态进行在线监测。当电力系统有异常状态出现时,系统可以事先发出预警信号通知相关部门,以便能够准确发现电力系统设备故障的发生。此外,当电网输配电线路一旦发生故障（例如：雷电绕击主变压器、绝缘子劣化、污闪等）,如果能够快速查找定位故障点、及时给予有效的安全维护、消除故障恢复供电,对保障电网的安全稳定运行也具有重要的意义。