[發明專利]基于無線感知網絡的核電站設備監控系統

有效

• 申請號: 201410214086.8
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN104065701B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 張衡;陳東義;張澤宇
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W24/00;H04W72/12
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于核電站設備監控技術領域，涉及基于無線感知網絡的核電站設備監控系統。

背景技術

目前世界能源價格飆升、溫室效應加劇、能源供需形勢不斷惡化，能源短缺和環境問題成為全球能源問題主體，大力發展資源儲量豐富和清潔核電成為必然選擇。目前核電站中的生產過程、工業控制、設備監測與維護等主要采用有線通信技術。但傳統有線方式存在許多問題，例如環境對布線約束、昂貴線纜、維護困難等，限制了有線技術應用的范圍和方式。另外，國內外最近提出希望建成百年核電站的目標，然而線纜生命周期一般短于設備和基礎設施壽命，電纜老化使得這個目標實現困難，而線纜更換代價高昂，甚至不能實現。面臨這些問題，自然產生出將無線感知網絡技術應用于核電站的需求。

無線感知網絡可以通過各類集成化微型感知節點之間相互協作、傳遞信息，從而獲取各種實時數據，并通過無線方式進行多跳傳輸。在工業、軍事、環境、衛生、以及安全監測方面已有初步應用探索。但核電應激環境下存在設備電磁干擾、無線射頻干擾，并容易在密閉環境下發生散射、反射和衍射，同時核電站中還有核輻射以及無線信號不能影響敏感設備等特殊約束，使得無線感知網絡的魯棒性、實時 性、生存性等不能滿足核電應激環境下的應用要求。因此，滿足要求的完整無線感知網絡監控系統需要在硬件節點、網絡部署、通信過程、后臺軟件四個方面都要進行優化處理技術，才能最好的保證和提高無線感知網絡的整體性能。

1)針對無線感知監測節點和無線感知中繼節點的部署，目前已經出現了面向二維平面下的理論探索，沒有三維實際環境下的部署方案，而且在可靠性上不能達到核電站的應用要求。本監控系統發明的第一個特點是能夠根據核電現場環境狀況，通過部署算法高效的對監測節點和中繼節點進行部署，從而形成了多跳多冗余穩定路由。

2)在部署好節點形成路由通道以后，本監控系統的第二特點是采用了自己開發的啟發式快速調度算法完成了通信資源(時槽+頻率)調度算法實現，進一步增強了無線監控系統的可靠性。

3)在監控軟件方面，國內市場上已經出現了許多基于無線傳感器網絡設計實現的監控軟件產品，但這些產品主要面向環境監測等非工業領域，即使有一些工業領域的軟件但也難以滿足核電站應用中對可靠性與安全性的特殊需要，且在軟件層面上也存在可擴展性與可移植性較差的缺陷。反觀國際市場，美國Azima DLI公司的設備監控軟件平臺以其豐富的功能及較高的可靠性在監控軟件市場上占據了一席之地，并且在面對電站監控等安全性要求較高的應用場景中也有著諸多成功的案例。但是，盡管Azima DLI公司對其產品在可擴展性與跨平臺性上也進行了完善，但是其受眾局限于商業性質，其產品面對多樣化需求時表現出的可移植性仍有待提高。

發明內容

本發明的目的在提供基于無線感知網絡的核電站設備監控系統，解決了現有的無線感知監控系統不能滿足核電設備高可靠性需求的問題。

本發明所采用的技術方案是由無線監測節點、無線中繼節點、網關和網絡訪問點、后臺監控軟件組成；

所述無線監測節點：網格化設備監測表面，獲取核電站待監測重要設備的初選監測點的10階振型固有頻率和總位移模態數據，采用智能優化算法進行優化點選取，收集核電站設備終端的監控信息；

所述無線中繼節點：網格化中繼節點可能部署的空間范圍，在無線監測節點基礎上，初步形成虛擬冗余多路由路徑，然后以環境、易放置約束條件為基礎，形成優化的冗余路由路徑，補充完成剩余的中繼點部署位置確定，用來接收無線監測節點的監控信息數據；

所述網關和網絡訪問點：網絡訪問點采用了與中繼節點同樣的網絡協議，能夠在確定的時間周期內收集到無線中繼節點一輪監控信息數據，并將其交給網關，網關將監控信息數據傳送給后臺監控軟件進行處理；

所述后臺監控軟件：對監控信息數據進行處理，將處理結果發送到客戶端和各種監控終端。

進一步，所述優化點求取滿足如下條件：a)盡量不丟失重要模態信息；b)測點應避免放置在影響核電敏感設備的初選點位置；c)盡可能保證監測節點間連通且可使用定向天線；d)測點最好位于安 全、易維護、易放置位置。

進一步，所述多路由路徑鏈路沖突控制，根據Welsh-Powell算法和啟發式算法求出滿足鏈路調度無沖突和網絡調度資源最小約束下的通信資源的合理分配。