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低压配电网电力线载波通信动态组网方法研究

戚佳金  
【摘要】:电力线载波通信(Power Line Communications,PLC)技术能够充分利用最为普及的电力网络资源,在传输电力的同时,承载数据、语音和视频等多项业务,具有建设速度快、投资少、无需室内布线等特点,具备其他接入方式不可比拟的优势。同时,随着电力线宽带接入网和基于电力线通信的较大规模监控系统的发展,对电力线通信网络的可靠性提出了更高的要求。在电力线通信网络规模较大时,其可靠性问题的关键是在动态变化的信道条件下,节点间通信链路是否能够可靠连接。在以往的文献和研究成果中,主要关注于相邻两节点之间的通信可靠性,从物理层的信道模型、噪声抑制、调制解调等方面考虑提高电力线通信可靠性,而对电力线通信网络可靠性的研究较少。本文从电力线通信网络的连通性及有效性两个方面出发,对提高电力线通信网络可靠性方法进行研究。 分析了专家学者关于电力线信道输入阻抗、噪声、反射特性和信道模型等方面的研究内容,从中归纳出电力线信道的动态特性。根据典型的低压配电网电力线通信网络提炼出其物理网络拓扑结构和网络逻辑拓扑结构,得出电力线通信网络失效的原因,并据此提出了电力线组网的策略和要求。在此基础上,文中提出了组网模型和路径优化目标函数。 利用AdHoc网络中关于网络分簇分层的思想,提出一种低压配电网电力线通信网络的分簇路由算法和网络重构方法。文中研究了电力线通信网络的分簇初始化算法步骤以及网络可重构算法的实现,分析了时序分配等问题,并通过仿真实验验证了该算法的可行性。由于分簇路由算法是基于非交叠路径的选择,其生成的路径是唯一的。虽然其具有计算量小,容易工程实现等优点,但是其缺乏有效的网络优化。 考虑电力线通信网络组网路径的优化要求,提出将蚁群优化算法应用到电力线通信网络路径寻优中来。文中较为深入地分析了将蚁群优化算法引入到电力线网络路径寻优中来的可行性、快速性、鲁棒性等基础问题。通过算法各方面的性能比较,认为ACS适合于应用到电力线组网算法中。 在考虑电力线通信网络的可连通性(包括生存性和抗毁性)的基础上,提出一种基于蚁群算法的以“最小跳数”为优化目标的路径寻优方法,使得电力线载波通信网络的通信范围得以扩展,实现网络内任意节点之间的可靠链接。并以仿真实验从抗毁性和生存性两个角度加以验证。进一步,文中考虑电力线通信网络的有效性要求,结合低压配电网电力线载波通信信道特有的特征,考虑电力线通信网络节点间的误码率、延时和服务类型等问题,改进优化目标函数,从定量角度提出并使用仿真实验验证该种多目标蚁群优化路径算法的有效性。 为给后续的工程应用提供实现的方法,以低压电力线窄带通信网络的蚁群动态组网算法实现过程为例,对算法实现过程中的中心节点和普通节点进行任务划分。阐述了算法实现的具体步骤,提出了中心节点和节点程序框架设计的方法。同时,对基于PLC的动态网络路由算法进行了软件设计的层次划分及层次设计,这为PLC网络组网方法的实际应用提供了参考。


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