面向并发多业务的宽带电力线载波通信跨层资源分配算法研究

宽带电力线载波通信采用自适应正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术有效提升了通信速率,为实现电力多业务应用提供了丰富的通信资源保证。现有研究多是基于单一层级的网络状态进行资源划分,各业务所需速率多为静态预先设定且为固定值,因此会导致各子载波信噪比存在明显差异性的情况下,系统无法根据业务的不同QoS需求及网络中实时队列长度对所需资源进行自适应调整。抑或缺乏依据当前网络状态的动态调配灵活性,导致通信资源的浪费或通信需求无法满足。文章针对并发多业务的资源分配问题,通过应用层、数据链路层、物理层间的数据映射,建立了跨层资源分配模型。根据应用层电力多业务的QoS需求、数据链路层缓存区内队列长度以及底层物理层子载波和系统功率,将数据分组等待时延以及分组损耗映射为实时/非实时类用户的最低传输速率,进而提出基于效用函数的MAC层用户调度和物理层资源分配算法。最后通过典型电力线信道环境仿真实验发现:所提算法比现有2个电力线载波资源分配算法在多业务并发场景下单用户的吞吐量最高可提升47.62%,分组等待时延缩短37.25%,分组损耗降低72.04%。更好的资源分配使得文章所提算法能够在保证QoS需求情况下,允许更多的用户同时接入系统,有效提升了基于OFDM的宽带电力线载波通信资源利用率。     

基于互连矩阵的PLC和无线组网性能评估系统

用电信息采集系统是智能电网建设的重要组成部分,选择稳定、可靠的本地通信方式是保证电网安全稳定运行的关键。文章提出了基于互连矩阵的电力线载波和微功率无线通信组网性能评估系统。评估通信模块路由中继深度、路由收敛速度、通信时延等组网性能指标,并给出了各性能指标的算法实现。系统可有效评估不同厂家电力线载波和微功率无线通信产品的组网性能。为评估用电信息采集系统通信产品提供了检验平台。     

基于IPv6的低压电力线载波树型路由控制机制

将电力线载波通信网络应用于智能电网中,有效延长通信距离是亟待突破的技术难题。为此,提出一种基于IPv6的低压电力线载波树型路由机制,子网节点通过支持IPv6地址自动分配的分布式地址分配策略来构建载波网络层次转发树模型。中继节点以MAC头中的目的地址进行下一跳路由转发,并结合IPv6适配层中的Mesh头实现多跳路由寻址。在层次转发树中,中继节点只需存储与其子节点数相当的信息项即可实现子网内路由信息的快速生成。搭建了电力载波通信配电网树型拓扑结构测试平台,测试结果表明,该树型路由控制机制能够以较小的时延进行IPv6数据包的多跳转发,并有效延长了电力线载波通信距离。     

低压电力线通信网络特性模型与组网算法

由于低压电力线载波通信网络具有物理拓扑复杂和电力线信道时变的特征,在实际应用中存在着通信可靠性较低的问题。为了提高低压配电网电力线载波通信系统可靠性,在总结前人提高电力线通信可靠性的研究基础上,分析电力线通信网络的拓扑结构和组网模型,并提出组网的优化目标函数;进而提出一种基于信道状态和服务需求的电力线通信组网算法。分析了网络拓扑结构,信道特性和通信误码率、传输延时之间的关系,并提出估算方法。仿真试验结果表明,所提算法可根据信道和通信链路的动态变化以及不同的服务需求而动态地建立并优化电力线通信网络路由,保证通信网络的有效性,为后续的工程应用提供参考。     

低压配电网载波信号衰减特性研究

低压电力线载波通信技术已被广泛应用于电力用户用电信息采集系统,由于低压配电网的载波传输特性造成电力线载波通信不可靠,尤其是低压配电网对载波信号的衰减,是导致通信失败的重要因素之一.本文根据实际现场测试数据,对低压配电网载波信号的衰减特性进行了分析.     

载波侦听/冲突检测机制应用于低压电力线载波通信的适应性分析

目前低压电力线载波通信的自组网方案普遍采用载波侦听/冲突检测(carrier sense multiple access/collision detect, CSMA/CD)机制实现电能表号的自动上报,但是实际应用中却出现多起载波通信导致漏电保护器动作的现象.针对此问题,通过对大地耦合电容的测试以及对漏电保护器工作机理的分析,发现高频电力线载波信号在强度高于一定阈值时可能会引起漏电保护器动作,其根本原因在于:采用 CSMA/CD 机制的自组网技术应用于低压电力线载波通信网络时,由于无法控制并发的载波模块数量,也就无法控制高频电力线载波信号的强度,从而可能造成用户的漏电保护器动作.因此得出结论:1)低压电力线载波通信系统不适合采用CSMA/CD 机制,从路由的有效性、通信的经济性、产品的稳定性等方面综合考虑,建议采用集中控制路由技术;2)用电信息采集系统的建设中,可以选择用户数据档案下发的装载方式来规避采用 CSMA/CD 机制可能带来的风险.     

低压电力线宽带载波通信信道建模及误差补偿

低压电力线宽带载波通信信道特性研究是实现用电信息高速采集和泛在电力物联接入的首要任务。为准确反映宽带载波信号在配电网低压电力线环境中的传输特性,该文提出基于误差反馈算法的低压电力线宽带载波信道模型,采用导行波理论改进传统传输线模型,提出平均误差反馈算法来修正实测模型参数。测量和仿真结果验证修正后的信道模型能准确描述低压配电网下宽带载波信道的传输特性,具有广泛适应性。     

10 kV电力线载波通信自动组网算法

为了实现远距离传输,获取更高通信质量,提高通信的可靠性和抗毁性,提出了一种适合10kV电力线载波通信的改进动态路由自动组网算法,其以通信质量最优化理论和非交叠分簇路由算法为基础,并结合相应通信协议实现自动组网的目的。该算法以10kV电力通信网中的主站和子站终端为网络节点,按照通信方式进行逻辑分层,建立初始路由表,并对路由表进行基于通信质量的优化、更新及重构策略设定。在MATLAB环境下对该算法进行了模拟仿真,分析了通信质量和耗时。仿真实验证明,该算法能够实现中压电力线载波通信的自动组网,有效提高网络的可靠性和抗毁性。     

基于计算机网络通信TCP/IP参考模型的电力载波机设计

传统基于数字化理论的电力载波机,无法满足实际电力信号的大距离以及稳定性传输需求。因此,设计基于计算机网络通信TCP/IP参考模型的电力载波机,依据计算机网络通信TCP/IP参考模型,基于网络接口层设计载波机总体硬件电路,包括网络层、传输层及应用层。网络层通过探索父节点组网算法以及路由选择策略等方案,解决载波信号衰减问题,提高载波机的有效通信距离。传输层采用可靠性传输算法通过ACK应答模式,获取丢失的数据,使用OFDM技术实现载波信号的解调,提高载波通信的稳定性。应用层采用数据处理线程调用网络层和传输层算法,实现载波数据的有效处理。实验结果说明,所设计的载波机实现了数据传递以及采集,网络层组网算法能够高效率组建网络,降低了通信丢包率,提高了通信平稳性,信号调制能力增强。     

低压电力线载波通信技术在用电信息采集系统中的应用

在智能电网的用电信息采集系统建设中,将应用多种通信技术.其中采集设备的下行通信主要采用低压电力线载波方式,它利用电力线进行数据传输,实现方便,覆盖范围广,没有铺设线路和运行的成本.本文介绍了低压电力线载波的通信原理和技术发展状况,以及如何在采集系统中组网等.低压电力线载波通信技术将在用电信息采集系统中发挥重要作用,具有广阔的应用前景.     

杭州电力数据通信网建设方案研究

随着智能电网的发展,杭州电力通信业务现有的网络平台容量和业务承载质量已无法满足需求,文章提出了杭州地区数据通信网建设方案,对数据通信网建设目标和原则、组网方案、MPLSVPN方案、QoS规划方案进行了全面阐述。新建的数据通信网具有高可靠性、大容量、高传输速率等优点,较好地解决了由于智能电网发展而爆发式增长的数据业务和应用,为地区电力数据通信网的建设提供了思路和参考。     

分组传送网对于电力通信业务的传送性能研究

通信技术是建设坚强智能电网的重要支撑平台,随着智能电网的发展,数据业务将占到越来越大的比重,为弥补SDH/MSTP对于数据业务传送的弱点,PTN应运而生.文章基于实际PTN设备组网测试,通过具体参数测试结果,分析PTN对于各种电力通信业务在时延、保护和时间同步等方面的传送性能,表明了PTN可充分满足电力通信的要求.     

PTN在电力通信网中的组网策略研究

随着智能电网业务的不断开展,电力通信网的业务形式由传统的语音模拟业务向分组等数据业务不断演进,而传统的刚性传送网MSTP无法提供数据分组业务端到端动态调度的功能。基于MPLS—TP的PTN分组交换网技术融合了传统SDH／MSTP的安全性与IP网络高带宽的双重优势,文章介绍了MSTP和PTN双平面组网方式,该组网方式可以进一步提高IV级通信网的安全可靠性,有效缓解MSTP网络的带宽紧张,并逐渐将分组业务割接到PTN网络。最后给出了位于电力lV级通信网的城域传送网的组网方式及建设策略。     

宽带电力线载波通信物理层资源分配新算法

宽带电力线载波基于正交频分复用技术可实现电力串行通信数据的并行传输,增强了电力通信系统的实时性与高效性.针对宽带电力线载波通信资源分配问题,文中提出了一种低复杂度的物理层资源分配算法,首先基于等功率分配方式确定各用户为满足其最低速率需求所需的子载波集合,将多用户资源分配问题降维成单用户资源分配问题,之后对各用户所分配的子载波集进行功率优化,实现系统吞吐量的进一步提升.实验表明所提算法在满足更多用户并发业务的最低传输速率需求的同时,有效提升了网络吞吐量.     

一种低压电力线载波通信路由方法

低压电力线载波通信信道常常表现出噪声干扰强、信号衰减大、时变性强,直接影响电力线载波通信的范围,降低电力线载波通信的可靠性.文中通过分析低压电力线网络拓扑结构,提出了一种基于Q学习和改进蚁群系统融合的电力线载波通信路由方法.首先采用Q学习算法对电力线网络进行全局搜索得到各路径上信息素初始值;然后利用蚁群算法正反馈收敛机制以及改进后自适应调整搜索策略得到最优路由.将文中算法与两种蚂蚁系统算法进行仿真对比,结果表明,文中算法能更快地建立起网络中主节点到各从节点的路由,并能根据通信信道的变化动态的维护路由,具有很强的抗毁性和自愈性,提高了低压电力线载波通信的可靠性.     

全业务电力传送网络模型研究

文章通过电力传输网络转网和技术演进策略研究,提出全业务电力传输网络架构摸型,满足智能电网新型业务大带宽、高实时性和高安全性等承载需求。通过对电力传送网络承载业务的流向及带宽需求分析,将全业务电力传送网络划分为干线承载网和本地承载网。通过对OTN、MSTP、PTN和IP RAN等技术的详细论证分析,确定干线承载网采用OTN＋MSTP技术模式,本地承载网采用PTN技术模式来建设网络全面覆盖、业务贯通、网络扁平化、网络层次功能明确的全业务电力信息通信网络。     

基于强化学习的电力通信网故障恢复方法

大规模的自然灾害或恶意攻击会引发智能电网中电力通信网的严重故障,如果不能及时恢复,将给电力系统的安全稳定运行带来极大的风险。为解决电力通信网络大规模故障后的恢复问题,在通信链路恢复资源有限的约束下,建立以失效业务数量恢复最大化为目标的电力通信网大规模故障后链路恢复模型。针对该模型,提出一种基于强化学习的启发式算法,该算法利用链路恢复资源和故障链路在失效业务中的重要度,设置奖惩函数和选择规则,并累积奖励最大值,得到最优链路恢复组合。实验结果表明,提出的电力通信网故障恢复方法可以在恢复资源有限的约束下,恢复较多的失效业务。     

高速中高压网络载波通信机的设计和实现

目前的中高压电力线载波通信的传输速率都很低，只能应用于低速的场合，用户容量有限。采用数字信号处理技术、计算机网络技术、数字通信技术及嵌入式系统技术等，提出了高速中高压电力线数字网络载波通信机的设计方案，该载波通信机在40～500kHz的带宽内的传输速率可达几百kbit／s．对不同的传输业务具有很高的服务质量，解决了在电力线上进行可靠、快速、网络化的数据传输问题。