一种长距离输电线路实时监测的跨层无线传感器网络节能通信协议

摘要

无线传感器网络（WSN）节点中的能量消耗优化已成为一个关键链路，其由于智能电网在特殊环境中的长距离传输的特征在于，因此由于智能电网的特征在于，因此限制了智能电网的工程应用。本文提出了一种针对WSN节能的线性分层网络拓扑结构，其在智能电网中的长距离电传输线的环境监测中的环境监测。基于网络层的拓扑结构特征和优化，该文件还提出了一种层叠结构（TSLC）路由算法的拓扑结构，可以提高WSN数据传输性能的质量。通过使用跨层设计方法实现网络层和媒体访问控制（MAC）层的协商，访问网络层中的节点的状态并获取MAC层的网络节点的状态。它有效地节省了整个网络的能量，提高了网络服务性能的质量，并延长了网络的生命周期。

1.介绍

无线传感器网络（WSN）已经实现了各种功能，例如通过组合微传感器技术，通过组合微传感器技术，数据信息，自组织信息通信网络等多传感器节点的环境协同意识。数据处理技术和信息网络通信技术。因此，WSN已广泛应用于各种领域，如家庭自动化，精密农业，安全监测，智能电网和智能城市[1- - - - - -4］．由于无线传感器网络应用环境(军区、人烟稀少地区、深水区、无通信信号地区等)的局部特殊条件，无线传感器网络节点的能源供应已成为影响其在工程实践中进一步广泛应用的瓶颈。在保证无线传感器网络节点通信可靠的前提下，有效降低能耗已成为当前无线传感器网络技术工程的研究重点。

智能电网中长距离输电线路走廊跨越各种复杂的自然环境。电绝缘子损坏、隔条脱落、输电塔倒塌等问题已引起人们的广泛关注。问题是由于温度和湿度、风力和风速的变化、飞机在空中的碰撞等多方面的因素，加速了线路的生锈和老化[5，6］．利用无线传感器网络技术对远距离输电线路的环境信息进行采集和监测，进一步提高了智能电网的信息化和智能化水平。无线传感器网络节点协议中的能耗管理成为智能电网实时监控工程中的关键环节之一。IEEE802.15.4网络协议标准以其结构简单、成本低、能耗低等优点得到了广泛的应用。ZigBee协议定义了基于IEEE802.15.4标准(物理层、MAC层)的网络层、应用层和安全机制，实现了ZigBee网络移动节点在工业控制、安全、防护监控、环境监控等方面的工程应用[7］．

在协议层方面，用于优化和改进WSN通信协议的方法可以分为两种类型，即分级设计和跨层设计。基于层级设计方法的网络通信协议的架构反映了高适用性，但是在无线通信环境中出现了一系列问题，例如访问冲突，交织者干扰和信号衰落。分层设计的内在特征使得可以在各个层之间共享信息，并且无法允许协议栈最大化限量频谱资源和电力资源的使用。同时，它缺乏适应环境变化的能力，并且需要在全球网络的优化中得到改善，并适应独立网络环境。基于跨层设计方法实现各个层的特定信息的转移共享。同时，使用信息交换和应用环境的变化来应用全局自适应调整，以便形成整体约束，信息共享和独立调整的全局优化设计[8］．

本文的创新点如下。（1）提出了一种适用于智能电网中远距离输电线路的无线传感器网络拓扑结构和组网策略。(2）本文设计了一种具有分层配置的分区拓扑结构路由协议和改进的MAC层协议，实现了MAC层和网络层的跨层优化策略。通过仿真测试，该通信协议不仅实现了网络节能，而且在吞吐量、端到端时延等方面表现出了良好的性能。

2.相关工程

智能电网将现代信息技术与传统能源网络相结合，使电网在管理可控性、数据可视化、监管可靠性、配给与维护安全性、交互友好性、环境适应性等方面得到显著提高。例如，分布式清洁能源依靠智能电网技术在大规模接入、实时调度、存储等方面得到了广泛的开发和应用[9，10.］．WSN技术提供了一种有效的方法，可以实现智能电网的全面意识和可靠的信息资源，以获得电网的可观察性[11.］．因此，基于WSN的智能电网的研究和应用引起了广泛的关注[12.，13.］．由于电网在特殊环境中的长距离传输本质上表征，WSN节点的能量消耗优化已成为限制其工程应用的关键链路，即WSN节能策略在有限能量条件下[14.，15.］．根据WSN的节能策略，可将其分为单层网络协议优化策略和跨层网络协议优化策略。

在单层网络协议优化策略中，独立的功能层用作分析或优化对象，例如，参数设置的效果和MAC层的数据包率的变化在非积累模式下的网络性能[16.]，能量管理路由方法使用Dijkstra的算法和软件代理[17.“等等。

随着WSN工程应用程序的个性需求的增加，出现了许多问题，例如信道时变，能量有限，跨层数据传输中的冗余操作，在网络优化期间隔离单层信息，频谱和功耗浪费，等等 [18.］．此外，单层网络协议优化策略在全局网络性能优化方面略有不足。跨层网络协议优化策略正是为上述问题提供了一种有效的解决思路。跨层网络协议优化策略是针对各功能层的综合设计方法。最大限度地发挥网络的内在特性，兼顾网络节能的需求[19.- - - - - -21.]，从而优化网络资源，使功能应用最大化[13.，22.- - - - - -26.］．

3.WSN跨层网络协议及能量优化策略

３.１.网络通信协议

无线传感器网络协议栈可分为六个部分:物理层、数据链路层、网络层、传输控制层、应用支持层和网络管理层。ieee802.15.4协议标准与ZigBee协议标准在各层的对应关系如图所示1［26.］．

科学研究人员设计了基于上述网络结构系统的许多类型的WSN通信协议，例如AODV路由协议，IEEE 802.15.4 MAC协议等。

3.1.1。IEEE 802.15.4 MAC协议

IEEE 802.15.4 MAC协议是一种低功耗优化的网络通信协议。IEEE 802.15.4网络包括终端、coordinator和PAN coordinator三种设备。IEEE 802.15.4 MAC有两种工作模式[27.:非信标模式和信标模式。在非信标启用模式网络中，节点使用非槽载波感知多址访问/带冲突避免(CSMA/CA)机制访问信道。在信标启用模式下，网络内节点之间的通信以超框架为周期安排。一个超帧被分成16个时隙。网络协调器发送的信标帧(BF)在超帧的第一个时隙内发送，剩余的15个时隙用作争用访问周期(CAP)和争用自由周期(CFP)(图)2)．

超帧由信标间隔(BI)和超帧持续时间(SD)定义。BI定义了两个连续信标帧之间的时间间隔，即一个超帧的长度和一个信标帧的传输周期。SD在超帧中定义活动时间帧的持续时间。当BI > SD时，超帧中会有一个不活动的时间帧。非活动时间段意味着节点可以进入睡眠模式以实现能量节约。BI和SD的持续时间取决于规范中定义的一个常量:一个基本超帧持续时间(BSFD)和两个参数，即信标顺序(BO)和超帧顺序(SO)。考虑 根据IEEE 802.15.4 MAC协议，BO的值范围为0到14;当BO = 15时，表示节点设备不使用超帧结构;所以的值范围也是0到14，保证少于博;当SO = BO时，表示超帧不包括非活动期。可以通过修改上述参数来定义其时隙的超帧和尺寸。可以根据不同的应用调整这些值以提高网络性能，即吞吐量容量，等等[28.］．

3.1.2。AODV路由协议

Ad hoc按需距离矢量(AODV)路由协议29.是一种响应式路由协议。ZigBee网络层可以利用AODV路由协议实现自组织和自愈能力功能。

在使用AODV路由协议的网络中，当源节点需要建立一条向目标节点传输数据的路径时，首先在已有路由表中搜索目标节点的路由。如果有可用的路由，源节点将沿着路径向目标节点发送数据;相反，它会从源节点向邻居节点发送一个泛洪广播路由请求(flooding broadcasting route request, RREQ)数据包(图)3.)．

为了控制网络中的RREQ数据包的广播区域，源节点使用扩展的环搜索技术初始化路由请求的实时（TTL）值的时间。如果循环中没有接收到响应，则逐行增加将根据预定义的增量值开始，直到找到路由或TTL值达到预定义阈值。当中间节点重传预转票时，它将首先接收并记录广播分组的邻居节点的地址，从而建立反向路径。如果存在RREQ目标节点或具有通往目标节点的新路径的新路径，则该节点将以单播方式将相应的路由应答（Rrep）发送到源节点。沿着路径的中间节点将在RREP沿着反向路径发送时，建立通向其路由表中的目标节点的前向路径。当RREP到达源节点时，建立路径（图4)．路径将被维护，直到源节点有建立路径的新需求。如果源节点移动，则重新启动路由发现，寻找通往目标模式的新路径;如果目标模式或中间节点发生移动，上游节点将删除路由表项，并向受影响的上游邻居节点发送RERR (route error)消息。RERR被反向传播到源节点。受影响的源节点可以选择停止发送数据或发送一个新的PREQ消息来重新启动路由发现过程。

WSN是一种工程应用型的网络技术。其硬件结构和通信协议具有一定的适应性，但仍需要根据应用环境中的个体需求分析目标特征和策略，以实现基于WSN拓扑结构的通信协议总体规划。原有的MAC协议和AODV路由协议(OM-AODV)通信协议是将上述IEEE 802.15.4 MAC协议和AODV路由协议相结合而形成的。本文基于OM-AODV路由协议实现了路由协议的设计与优化。

3.2。WSN拓扑结构和网络建立策略对长途电动传输线

3.2.1之上。需求分析

智能电网中长距离高压输电线路环境监测网的结构具有线性和网状双重特征。每条输电线路从一个变电站开始，到另一个变电站结束。线路走廊是线性的。因此，从整体监控环境来看，节点构成了远程线性通信网络，网络拓扑结构也是线性的。由于被监测的各层塔的参数基本一致，整条线路的网络节点布置规律重复。输电线路监控网络一旦建立，节点的位置、功能无需改变;即整个网络结构是相对固定的。即使由于输电线路的舞动而使部分节点移动，其位移距离与通信距离相比可以忽略不计。因此，一般认为整个网络中不存在节点运动。

在纸张设计的智能电网中的长距离高压电传输线环境监测网络中的节点表现出高局部密度。距离塔的许多节点在50米的范围内。整个线性网络包括许多局部区域。本地网络拓扑设计具有作为整个网络中的单元的电源。然后，重复的本地网状网络包括整行的线性网络。

3.2.2。WSN拓扑结构与网络建立策略

拓扑结构的设计编程是无线传感器网络工程应用研究的关键环节。充分考虑了实际应用环境中的拓扑结构。充分发挥路由协议和MAC协议之间的数据传输效率。它可以为数据融合、时间同步、节点定位等一系列网络管理功能提供有效支持。它还可以最大限度地降低节点的能耗，延长整个网络的生命周期。

一般来说，WSN拓扑结构是指在满足网络覆盖和连通性指标要求的前提下，通过功率控制和骨干网节点的选择，消除不必要的无线通信链路，形成高效数据传输的网络拓扑结构[30.］．只有合理地结合拓扑结构和路由策略，才能实现工程效果的优化。通过将智能电网中长距离输电线路的无线传感器网络环境监测转化为抽象的拓扑结构，提出了一种针对能量约束的线性层次网络拓扑结构模型。

根据智能电网长距离高压输电线路环境监测网节点的分布特点和需求，设计了分区网络拓扑结构，并提供分层配置(图)5)．

具有可用等级配置的区域网络拓扑结构将整个条形的监测区域划分为几个蛛网。在每个子地图（即，群集）中，附近应该在附近找到互联网网络或通用数据包无线电服务（GPRS）/全球移动通信系统（GSM）公共网络。通常，蛛网在几公里或几十公里范围内。WSN节点布置在子区域划分的子宫中，并且每个两个簇之间的间隔大约为600μm，从而形成WSN聚类。每个群集和集群组内的分析方法基本相同。因此，群集被用作分析网络特性并优化协议的单元。

每个集群包括24个数据收集的传感器节点，4个中间层路由节点和1个PAN协调器节点（簇头）。中间路由节点和传感器节点均匀地分布在PAN协调器周围。多彩印模式用于成员节点和群集头节点和群集头节点本身。每个节点具有感测，短距离通信和远程通信的功能，但这些功能并不完全等同。底层传感器节点激活传感和短距离通信功能以获取和重新传输数据。中间路由节点激活短距离通信功能以重传数据。上层簇头节点激活短距离和长距离通信功能以收集数据并将其上传到信息中心。通常，除非节点失败并退出网络，否则网络拓扑结构不会群集网络。因此，不需要复杂的路径维护，以降低频繁路径切换中消耗的能量。

在网络运行的启动阶段，簇头建立网状网络，成员节点作为中间层路由节点或传感器节点加入网络。通过多对一路由选择和源路由选择，自动建立各成员节点与簇头节点之间的传输路径。在网络运行的监控阶段，监控中心主机将向数据集中器发送查询或控制指令。然后，簇头节点将通过ZigBee PRO网络通过广播或单播将命令帧重传到成员节点。在反向数据传输过程中，当簇头网络地址固定时，路由节点可以通过单播的方式将数据直接发送到簇头。簇头节点接收并汇总被监控区域的数据，实现被监控报文的快速有效扩展中继传输。最后，簇头节点接入公共网络(Internet、GPRS/GSM等)，实现WSN与外部网络的连接，并将监控数据发回监控中心。

综上所述，具有可用层次结构和组网策略的分区网络拓扑网络具有高效节能的显著特征:具有分层配置的分区网络拓扑结构可以通过数据聚合减少节点的信道访问次数，从而提高网络性能;通过簇头数据传输，保证了数据的实时传输，使得网络中的大部分节点能耗较低。

3.3。带有分层配置的区域拓扑结构路由协议可用

本文提出了一种具有分层配置的区域拓扑结构，该节点函数的节点函数用于特定于智能电网中的长距离高压电传输线的特性的电力传输线的环境监测网络，并设计具有拓扑结构的路由协议基于上述分层配置（TSLC）。TSLC路由协议是分层路由协议，它在建立AODV路由协议的反向路径上建立算法后添加其自己的路由维护功能。

TSLC路由协议涉及PAN协调节点、中间路由节点和传感器节点。PAN coordinator节点发送路径请求数据包，其他节点重传RREQ。通过泛洪广播形成以PAN节点为中心的路由树。因此，网络中的节点建立了一条反向路径来传输和维护数据。在数据维护期间，可以基于节点标识执行跨层协作。当节点故障时，可以发送RERR报文。中继节点将响应RERR包并发送RREP包，从而恢复中断的链路。每个节点只维护从该节点到除PAN节点外的其他节点的路由，不需要掌握整个网络的拓扑结构。

3.3.1。TSLC路由协议的网络建立过程

在网络建立过程中，首先确定各个节点的身份以及路由节点、传感器节点和PAN协调节点之间的跳数。然后，PAN coordinator节点创建路由请求报文RREQ，并广播给邻居节点。RREQ消息在网络节点间单向传输。网络节点根据RREQ消息形成独立的邻居节点列表(图)6)．RREQ消息的帧格式如表所示1．

重传RREQ报文时，会更新跳数、源地址、节点级别等字段。源地址是重传节点的ID号。在PAN泛洪初始阶段，将各节点级别的值设为0;当节点第一次收到RREQ报文时，level值为+ 1;当节点第二次收到RREQ报文时，level值再次为+ 1;其余的可以用相同的方式完成，以形成节点的分层分布。当重传路径请求时，更新发送的RREQ包节点的跳数，该跳数为第一次收到的RREQ跳数加1。

路由节点收到RREQ后将响应PAN节点。在数据传输过程中，PAN协调节点的地址将被记录为上一跳的目标节点。每个接收到RREQ的节点都会将RREQ消息中的源地址更新为自己的ID地址，并重新发送RREQ一次。其邻居节点(包括PAN节点和传感器节点)收到RREQ后，首先根据ID判断自身是否是PAN节点。如果ID为0，则判断为PAN节点。然后，节点将RREQ中的源地址作为新的源地址添加到邻居列表中，等待数据包的传输，而不是重新发送RREQ。否则将判断为传感器节点，并进一步判断该节点是否第一次接收到RREQ。如果节点第一次接收到RREQ，则将RREQ中的源地址加入到自己的邻居列表中，并将该地址作为数据包传输时的上一跳节点，从而建立反向路径。然后，RREQ消息中的源地址将被更新为它自己的ID地址，并重新发送RREQ一次。如果节点不是第一次接收RREQ，它既不会响应也不会重新发送RREQ，从而完成邻居列表的添加。 Establishment of the network and routing tree is completed and ready for transmission of data packets after the neighbor lists of all nodes are added (Algorithms1)．

为了避免泛洪RREQ形成环路，网络节点将第一次接收到的路径重传的源节点作为自己的上一跳，只重传一次。它将添加邻居，并且在其他情况下不再重传RREQ。如果网络节点第一次接收到RREQ，跳数将逐渐增加。在重传过程中，跳数将被重传到其他节点。当网络中的节点收到重传的RREQ时，重复重传的RREQ跳数为+ 1。通过跳数判断到PAN协调节点的距离。

3.3.2。传感器节点的数据传输过程

任何传感器节点都可以在网络建立之后向PAN协调器节点发送数据包，从而使用户能够远程观察环境（算法2)．数据包的传输包括两种情况：节点本身是传输数据的来源，数据通过路由树传输;节点仅作为中继节点或协调器节点;如果它们是协调器节点，则将收到数据包;如果广播期间形成的先前形成的跳跃将作为其目的地地址，用于重传数据分组，如果它们是中继节点。

3.3.3。路径维护策略

在TSLC网络建立之后，使用协调器作为数据分组的传输中心形成路由树。如果在数据包传输期间无法达到先前的跳（图形），则节点将传输路由错误分组RERR（图7)．该节点将携带自己的ID、跳数和故障节点的地址(自己的上一跳)，并在发送RERR报文时缓存数据包。RERR消息的帧格式如Table所示2，其中跳数是传输RERR的节点之一，并将距离与协调器节点表示距离。源地址表示发送RERR分组的源节点的ID号，并且目的地址表示节点的先前跳。

当网络中的其他节点接收RERR报文时，需要判断自己的top count是否小于发送RERR报文的节点的top count;其上一跳节点是否与故障节点地址相同。如果本节点的跳数小于发送RERR报文的节点的跳数，且本节点的上一跳不是故障节点，则该节点将竞争发送响应帧RRER报文，删除故障节点，更新邻居列表。发送RERR报文的源节点将选择第一个与RRER相对应的节点作为自己的上一跳。这样，链路就可以从中断中恢复，缓存的数据包就可以传输到上一跳。RREP消息的帧格式如表所示3.．在发送RREP报文时，主要携带发送RREP报文的源节点及其上一跳的地址。RREP报文的目的地址是发送RERR的源节点。

通过组合IEEE 802.15.4 MAC协议和上述TSLC路由协议来形成原始MAC协议和TSLC路由协议（OM-AODV）通信协议。

3．4．MAC协议的跨层优化

IEEE802.15.4 MAC协议使用固定的占空比，其休眠机制不能很好地适应网络数据传输量的变化。本文通过节点的不同状态来调整超帧占空比，实现数据传输量的动态适配，即修改IEEE802.15.4 MAC协议。

仿真试验模型中指定的所有节点的超帧周期长度均为常数且相同。超框架周期的长度是恒定的。超帧内活动周期的长度可以通过设置活动索引SO来确定。对计算机发送的数据量和超帧活动周期长度进行比较匹配，实现数据传输信道的合理分配。

对于数据传输量大的节点(网络的内层，即PAN协调节点和中间层路由节点)，可以增大超帧中SO的值，以延长其激活周期。一方面，节点应尽可能在超帧内完成数据传输，以降低碰撞概率，缩短碰撞延迟;另一方面，由于节点负载较高，减少睡眠时间可以促进数据传输任务的完成。甚至可以临时取消休眠机制，以保证数据流量在高运行负载条件下的平稳运行。通过增加活动周期，可以有效降低睡眠时间发生的概率。

For nodes with large quantity of data transmission (external layer of the network, i.e., data collection sensor nodes and intermediate-layer routing nodes), the SO value within the superframe should be decreased to shorten the time of the activation period thus enabling the nodes to generally enter a sleep mode under the condition of small quantity of data transmission. The transceiver can even be shut down for a long time to lower the energy consumption when the nodes do not transmit any data in a period of time.

网络中的节点包括PAN协调器节点，中间路由节点和传感器节点。当发送数据分组时，MAC层通过访问网络层中的节点的设置跨层来获得节点的状态，并基于节点标识动态地调整协议中的所以值。设置所以价值的策略如下。（1）对于PAN coordinator节点，SO值保持不变。(2）对于中间层路由节点，由于负载高，活动周期应该增加，睡眠时间应该减少。因此，需要增大SO值(在本文中，对于设计中的路由器节点，SO值是随机变化的，从6到9)。（3）传感器节点,因此价值应该减少使节点处于睡眠状态很长一段时间的情况下少量的数据传输,以降低能源消耗(纸,所以传感器节点随机变化值在3到6设计)。网络层和MAC层的协同处理可以节约能源，减少时延，提高服务质量。将上述修改后的MAC协议与TSLC路由协议(M2-TSLC)相结合，形成修改后的MAC协议与TSLC路由协议(M2-TSLC)通信协议。

3.5。通信协议的测试与分析

通过网络仿真器NS2对上述三种通信协议即原始MAC协议和AODV路由协议(OM-AODV)、原始MAC协议和TSLC路由协议(OM-TSLC)以及修改后的MAC协议和TSLC路由协议(M2-TSLC)进行组合分析和比较。该传感器网络具有分层对称拓扑结构(图8)，其中所有传感器节点物理结构相同，数据传输半径相同。所有节点之间的通信都使用双向链路。每个节点在其通信范围内至少有一个邻居节点。所有节点无法移动。每个节点的地址由不同的ID区分。节点0为PAN协调节点;节点7、14、21、22为中间路由节点;日志含义到达PAN coordinator的节点跳数为1。其余为传感器节点。传感器节点与相应路由节点之间的跳数为1或2。 For example, the hop count between sensor nodes 4, 5, and 6 and their corresponding cluster head node (intermediate routing node) 7 is 1; the hop count between the sensor nodes 1, 2, and 3 and their corresponding cluster head node (intermediate routing node) 7 is 2. See Table4查看WSN网络的配置参数。

通信协议测试采用剩余能量指标和三维性能指标[31，即吞吐量、端到端延迟、包交付部分，共同评估路由协议的整体能量效率。

3.5.1。能源效率的测试与分析

基于WSN节点的功能类型的差异，剩余能量包括平底锅协调器节点的剩余能量，中间路由节点的平均剩余能量以及传感器节点的平均剩余能量。在WSN节点的操作持续时间为100 S，200 S，400 S，800 S，1600 S，3200 S，6400 S，12800 S，25600 S和51200 S，WSN节点的剩余能量的前提如图所示测试了各种类型9- - - - - -11.．

PAN协调节点是WSN中信息交换最频繁的功能节点，其剩余能量值将直接影响整个网络的整体运行时长。PAN协调节点和中间路由节点在运行时间间隔[100 s, 3200 s]时，三种通信协议的剩余能量基本相同;在运行时间间隔[6400 s, 51200 s]时，M2-TSLC通信协议在节能方面具有显著优势，OM-AODV通信协议在节能方面略优于OM-TSLC通信(图)9和10.)．

当传感器节点剩余能量运行时间间隔[100 s, 6400 s]时，三种通信协议的剩余能量基本相同;OM-AODV通信协议在运行时间间隔[6400 s, 51200 s]时表现出一定的优势(图11.)．然而，整个网络的生存性能取决于关键功能节点的剩余能量。如果PAN协调节点和中间层路由节点的剩余能量大于传感器节点的剩余能量，则可以延长整个网络的生命周期。因此，从整个WSN剩余能量的角度来看，M2-TSLC通信协议在节能方面具有明显优势。

3.5.2。网络性能测试与分析

在性能测试中，通过吞吐量、端到端时延和传输速率这三种性能指标来测试网络性能。这三类指标从不同角度对网络质量进行了客观评价[32］．

(1)生产能力．它是指在单位时间内，WSN节点接收和发送的数据包数量。它反映了无线传感器网络整体运行的效率。考虑 在哪里目标节点收到的数据包数量是否在该范围内时间。源节点发送的数据包数是否在时间;是WSN数据包接收和发送的数据包的总和．

基于WSN吞吐量的测试，发现了（图12.)， M2-TSLC通信协议的吞吐量平均为871.47字节/s。OM-TSLC和OM-AODV通信协议的吞吐量平均分别为767.14字节/s和733.74字节/s;即M2-TSLC通信协议的吞吐量性能优于其余两种算法。

（2）端到端延迟．它是从源节点发送到目标节点的数据分组所消耗的平均时间。端到端延迟包括接口队列缓存，MAC层重传和发送和发送时间。考虑 在哪里为源节点发送的数据包总数;是目标节点收到的时间数据包;是源节点发送的时间th数据包;是无线传感器网络发送和接收数据包的总时延数据包到数据包。

基于WSN的端到端延迟测试，发现了（图13.)， M2-TSLC通信协议的端到端时延低于其余两种算法。此外，随着网络的不断运行，相对于其他两种算法，M2-TSLC通信协议的端到端时延优势逐渐显现。

（3）数据包交付率．描述了无线传感器网络中数据包从源节点到目标节点的成功传输速率，反映了路由协议的数据传输效率和可靠性。计算方法如下: 在哪里目标节点收到的数据包数和源节点发送的数据包数。

基于WSN数据包传递率的测试，发现（图14.）M2-TSLC通信协议的交付率为0.89;OM-TSLC通信协议和OM-AODV通信协议的吞吐量容量平均分别为0.78和0.75;也就是说，M2-TSLC通信协议的输送率性能优于剩余的两种算法。

综上所述，M2-TSLC通信协议在节能和三维性能指标(吞吐量容量、端到端时延、数据包传输速率)方面均优于其余两种通信协议。因此，M2-TSLC通信协议为智能电网中远距离输电线路的传感和监控提供了一种性能优越的节能网络协议策略。

4.结论

该设计通过使用ZigBee硬件和WSN网络建立协议的能量消耗参数，实现了智能电网中长距离高压电传输线的无线监测数据包的快速有效的扩展继电器传输。实时监测沿线对环境参数进行实时监控，以实现电气设备的实时警告和故障，以及及时和有效的维护措施，从而确保正常的电力传输，最大限度地减少灾害造成的任何影响。基于AODV路由协议和IEEE 802.15.4 MAC协议，本文提出了一组拓扑结构和网络建立策略，用于远程电传输线，并使用跨层设计方法优化网络以实现网络的改进能源消耗的性能和降低。

本文使用四种类型的索引，即剩余能量消耗，吞吐量，端到端时间延迟和交付率来评估优化网络的质量。作为网络中具有最常用信息交换的功能节点，M2-TSLC通信协议的PAN协调器节点在节能中表现出明显的优势。就WSN全球生存时间而言，M2-TSLC通信协议在节能中具有明显的优势，M2-TSLC通信协议优于节能，三维性能索引中的剩余两个通信协议（吞吐量，结束 -到终端延迟和数据包的交付率）。因此，M2-TSLC通信协议提供了能够有效的网络协议策略，具有可靠的通信性能，用于感测和监视智能电网中的长距离电传输线。

利益冲突

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

致谢

中国天然科学基金（No.61072087和61371193），山西省中国的科技研究项目（20120313013-6），返回的科学研究基金会（No.2000313013-6）的科学研究基金会支持山西省中国学者（2011-035），2011年山西省研究生教育创新项目（20113029号）。

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