低压电力线载波通信新型组网模型性能分析

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1、低压电力线载波通信新型组网模型性能分析电力线(Pounication,PLC)系统的通信可靠性[2,3]，致使大规模应用受到制约。提高电力线通信可靠性可以从物理层角度来考虑，例如，信道估计与选择[4]、滤波设计[5]、功率分配[6]等方面，还可以从电力线通信的组X方式[7]、X络模型[8]等角度来考虑。围绕电力线通信X络可靠性、容错性和生存性方面的研究，国外有学者开始了初步的探讨工作。有关窄带电力线通信组X问题的研究国内外学者仍很少开展。本文从提高窄带电力线通信可靠性角度，对新型组X模型的建立自动

2、路由等方面做研究探讨，提出了基于人工蛛X的组X算法，给出对比仿真实验结果并作分析。2新型PLCX络模型2.1PLCX络结构根据低压配电X配电区域的不同，X络的拓扑结构存在差异。但总体来说，PLCX络是基于树形的混合拓扑结构[9]。低压配电X的PLC系统是由位于变压器二次侧的通信基站和分布在电X内的多个用户终端构成的。图1所示为典型的低压配电XPLC系统物理拓扑结构。单相电力线通信X关A、B、C放置在每相的起始位置，负责各相电X内的终端节点组X。位于变压器二次侧的基站负责与各单相X关进行数据通信，并

3、通过广域X与外界交互信息。为了达到负载均衡的目的，各用户终端大致均匀地分布在每一相内。由图1可知，三相之间为并列且相对独立的关系，故用其中一相的拓扑结构作为重点研究对象，便具有代表性和普遍性[8]。在PLC系统中，下行方向的信息由基站/X关传输到所有的用户终端，每个终端可以直接或通过中继节点间接收到该信息;上行方向，用户终端传送的信息不仅可以被基站/X关接收，其他的用户终端也可以接收。所以，从MAC(mediumaccesscontrol)层角度，PLCX络是一个树形物理拓扑下的总线型逻辑结构[9

4、]。基于X络的此种结构特点，本文将建立新的PLC组X模型。蜘蛛经过约18亿年的进化，现在的蜘蛛X不仅具有优雅、超轻的结构，而且具有超级弹性和抗张强度，可以抵抗各种大风、昆虫等的冲击。即使有几个X格单元遭到破坏，它仍能作为X来捕获猎物，具有极强的抗毁能力。针对蜘蛛X的结构特点，蜘蛛的捕食机理以及人工蜘蛛X通信拓扑的构建等方面问题，文献[10]已进行了详尽的阐述。本文只对PLCX络的MAC层逻辑拓扑转化为单层人工蛛X逻辑拓扑的过程进行详细的分析。由于电力线通信数据传输距离有限，在实际应用中，可能只有离

5、X关节点物理距离近的用户终端能与该相X关可靠通信。假设某单相X络内用户节点总数为》，X关一次广播后有m个节点回应与之可靠通信，剩下个用户节点虽然物理链路是连通的，但是在MAC层是断开的。这种情况下，应用传统的广播查询所有节点的方法，存在部分节点不能成功通信的情况，因此效率很低。为解决这个问题，我们提出了基于蛛X的组X模型及相应的路由算法。前文提到，在MAC层与X关可靠通信的m个节点中，任意两个之间也是可靠通信的，基于此本文建立了如图2b所示的人工蛛X逻辑拓扑。m个节点组成m-1边蛛X结构，相邻节点

6、之间能可靠通信，不相邻节点可通过节点A为中继进行通信。节点A为m个节点中随机选取的任意一个。假定其位于逻辑子X的中心，其与所有周边节点均能可靠通信，功能与X关类似，负责收集其所在蛛X周边各节点的信息，同时，由此节点发起对剩下的》-m个用户节点的组X广播，依次类推，最终该单相X络内的所有节点组成了多个类似的人工蛛X。离X关节点“近”的蛛X的中心节点(例如A)，可以直接与X关通信，处在“中间”位置的蛛X的中心节点需要以‘‘近”的X络的中心节点为中继与X关通信，同样，处在“较远”位置的蛛X的中心节点，是

7、以‘‘中间’’、‘‘近”的中心节点为中继与X关通信。单相X关只要确保每个子X的中心节点能与之可靠通信即可，这样在一定程度上提高了单相X关采集节点数据的效率。3蛛X路由3.1PLC通信机制在介绍蛛X路由之前，简要说明PLC常规通信机制。首先由X关向该单相X络内的所有用户终端发送广播信息，当用户终端收到来自X关的信息则将数据传回给X关，同时在数据包内添加应答信息，使X关能确认该节点处于良好的工作状态。如果该节点没有数据要传回给X关，它要发送确认信息至X关，确认其通信的良好状态。在一个数据周期内未被查询

8、到的用户终端，将在下一数据周期以同样的方式被X关查询[11]。此方法受信道状况等因素的影响，在下一个数据采集周期内以同样的方式查询到故障节点存在很大的不确定性，导致数据丢失，造成整个X络工作效率低下，影响系统的可靠性。3.2蛛X组X算法人工蛛X组X过程如下：(1)由X关节点发送组X广播，在收到该广播的(2)第一个人工蛛X组X完成后，X关向节点A发送指令，由节点A发送组X广播。设有/t(w灸«=个节点收到节点A的广播，剔除掉已经获得逻辑ID的g个节点，在剩下的个节点中选择一个与节点A