电力线载波通信信道动态分配方法及改进

发布时间：2020-11-18 17:50

　　 电力线载波通信以分布广泛的低压电力传输线为通信媒介,它的便利性无可取代。同时,它也被认为是智能电网中举足轻重的一种通信方式。然而,整个电力线通信网络共享一个信道,导致信道资源紧张,冲突频发。电力线通信网络普遍存在着信道利用率低,传输时延大的情况。本文将从提高电力线通信的网络信道利用率和降低网络传输时延的角度出发,对低压电力线载波通信的信道动态分配方法进行研究并加以改进。本文首先将分析电力线通信技术的总体研究现状、现有的电力线通信标准研究现状以及电力线信道分配技术研究现状。在熟悉各种电力线通信标准的基础上,借鉴前人研究信道分配技术的成果,提出一种新的电力线通信信道分配技术研究方案。该方案将CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,载波监听多路访问/冲突避免)和TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)进行组合,取长补短,能够适应网络负载的动态变化并提高网络性能。其次,本文将对四种经典的电力线信道分配方法进行研究并进行分析比较。同时,本文将选取针对智能抄表系统的PRIME(Power Line Intelligent Metering Evolution,电力智能计量演化)协议为研究背景,以PRIME协议为框架,进行电力线通信网络的构建。然后,本文将提出一种新的混合型信道动态分配方法。该方法以动态时隙分配方法为基础,结合CSMA/CA机制,并且融合了分时复用的思想。若节点在自己被分配的时隙内没有消息发送而产生空闲时隙,就会造成信道资源浪费。混合型信道分配方法可以很好的利用空闲时隙,从而提高网络信道利用率并减小传输时延。本文将在OMNe T++仿真平台上搭建仿真模型,以几种电力线通信典型逻辑拓扑为研究对象,验证混合型信道分配方法的有效性。最后,本文将对所设计的混合型信道动态分配方法进行改进。改进将从网络层和数据链路层分别入手。对于网络层,本文将通过使用负载均衡机制,对中继节点传输能力进行改进;对于数据链路层,本文将通过使用时隙复用方式,对传输时延问题进行改进。仿真结果表明,改进后的混合型信道分配方式在信道利用率和传输时延方面的表现都很优秀,并且优于单一型信道分配方式。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM73
【部分图文】：

(e) 64 节点网络 (f) 128 节点网络图 3-5 改进型退避算法性能可以看出无论网络中节点数目多少，网络中 60%的节点退避窗口都在 12个 TDMA 时隙以下，网络中 90%的节点退避窗口在 16 个 TDMA 时隙以下。也就是说，网络中绝大部分节点的退避窗口都处于较小的范围内。这显然提高了 PLC 网络中节点竞争的公平性。在以下的课题研究中，都会采取这种退避- 28 -

网络拓扑示意如图 3-10，其中第四个为随机拓扑。类型 I 表示所有节点集中分布；类型 II 表示大部分节点集中分布；类型 III 表示所有节点均匀分布。可以看出从类型 I 到类型 III，网络集中程度越来越低，网络复杂程度越来越高。以 32 个节点的网络为例，图 3-11 给出了基于几种典型拓扑结构的网络构建仿真结果。仿真结果符合预期设想。- 31 -

3.5 信道分配仿真验证及性能分析本课题采用信道利用率和传输时延两个指标来判断网络性能的优劣。信道利用率是指发送方在一个发送周期内，有效发送数据所需时间占真个发送周期的比率。传输时延指的是数据包从源节点到目的节点传输所需要的时间，包括信道中信号传播时延和数据处理时延。根据 PRIME 协议，仿真参数的设置如表 3-1 所示。其中，一个 TDMA 时隙的长度应足够节点连续发送两个数据包。本课题以单纯的 TDMA 方式以及 PRIME 标准下的 CSMA/CA 方式作为对照。单纯 TDMA 方式与混合型信道分配方式唯一的区别在于 CFP 内的信道接入过程。单纯的 TDMA 在 CFP 内只采用固定时隙分配的方式。课题所设计的混合型信道分配方式在 CFP 内采用动态时隙分配与 CSMA/CA 结合的方式。而为了控制变量，“分时复用”的思想在两种方式中均有使用。- 32 -
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2889007