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    基于虚拟MAC的电力线载波与无线融合及业务分配策略研究

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    配电网是电力系统的末端环节,直接面向社会和客户,其网络性能直接影响用户体验和供电可靠性。随着配电网逐步向配电物联网方向发展, 现有电力线载波通信(PLC)因面临线路分支、脉冲干扰、有色噪声、地磁干扰等影响,在通信可靠性上存在明显的弊端。无线通信网络具有成本低廉, 易于维护,可扩展性强,灵活性高等优点,对促进我国智能电网的构建有积极作用,是配电网中重要的通信手段。但无线通信的信道质量受建筑物遮挡等因素的影响,存在处于配电室、表箱等位置的节点无法正常通信的问题。因此,采用单一的通信方式已无法满足配电网的通信需求。

     

      网络拓扑结构


    为了保证配电网通信的可靠性,目前学术界、产业界的认为电力线与无线技术相结合是解决单一通信方式问题的有效手段。融合异构网络能够结合各个网络的优点,实现合作增益,提升配电网业务传输性能。IEEE 1905 协议提出了虚拟 MAC 层的基础架构,在逻辑链路层(LLC)和媒体接入层(MAC) 层之间建立抽象层 (AL) 来实现以太网(IEEE802.3)、无线局域网(IEEE802.11)、电力线载波(IEEE1901)、同轴电缆(MoCA) 4 种通信技术的融合,然而 IEEE 1905 协议未考虑多跳网络的融合,也未对多种网络融合的资源分配策略进行深入研究。文献提出了两种适用于配电网的组网融合方案,一种针对于对通信可靠性要求较高的区域,采用 PLC 与无线互为备份的方式,这种方式无法解决配电室中的中央协调器(CCO)与楼道中的代理协调器(PCO)无法通信的问题,另一种针对于覆盖区域较大,站点距离较远的场景下,采用 PLC 与无线级联通信的组网方案,这种方式配置成本高、运维复杂。文献提出一种基于链路感知一致性的融合通信组网算法,侧重于解决融合网络的组网和拓扑优化问题。

    融合网络的总体架构与功能示意图


    同时,配电网为了综合利用不同通信方式的特点,在保证业务可靠性的同时提升系统的资源利用率,异构网络中的链路选择与分配策略算法也是当前研究热点。文献提出了一种基于信噪比优选的载波和无线通信的物理层融合方法,这种方法在物理层选取 2 路信号中信噪比较高的一路进行接收,浪费了其中一路资源。文献采用经典的轮询算法进行资源调度分配业务,周期性地对每个业务包按照预先设计好的策略进行轮询发送,这种方法设计简单,但缺乏灵活性。文献提出一种基于层次分析法的网络切换算法,以时延、带宽、经济性和丢包率作为判决指标进行决策,但未考虑各网络的实际业务承载情况,不利于实现网络间的负载均衡。文献提出异构网络适用的 M/M/1 排队论模型,模拟异构网络的多流传输,这种方法整个系统看作一个服务速率一致的整体,未考虑到配电系统中每个环节的变化。文献提出了一种基于遗传算法的风电、光伏和光热联合调度策略,这种方法在实现上有许多参数,这种参数的选取大部分依靠经验,可靠性不足。文献基于 D-S 证据理论对多数据进行混合分析,这种方法在实际计算上存在指数到爆炸的问题。文献基于灰色模糊理论来确定优先级,由模糊矩阵确定权重和上界,这种方法算法复杂度高,数据处理量大。

    单跳网络业务流分配算法流程图

    综合上述分析,本文面向当前电力线与无线融合网络研究中存在的问题,基于虚拟 MAC 层设计电力线通信与无线通信的融合方案,细化虚拟 MAC 业务流分配方案。接着分析验证了本文设计的融合与分配方案能有效降低网络时延,为进一步实现电力线与无线融合提供了参考。

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    基金资助项目:国家电网有限公司科技项目“宽带电力线载波与无线融合通信技术研究及芯片研制”(5455HT170028).

    Project supported by Science and Technology Project of SGCC "Research on the Fusion of Broadband Power Line and Wireless Communications and Chip Development " (5455HT170028).


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