電力線載波通信以分布廣泛的低壓電力傳輸線為通信媒介,它的便利性無可取代。同時,它也被認(rèn)為是智能電網(wǎng)中舉足輕重的一種通信方式。然而,整個電力線通信網(wǎng)絡(luò)共享一個信道,導(dǎo)致信道資源緊張,沖突頻發(fā)。電力線通信網(wǎng)絡(luò)普遍存在著信道利用率低,傳輸時延大的情況。本文將從提高電力線通信的網(wǎng)絡(luò)信道利用率和降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延的角度出發(fā),對低壓電力線載波通信的信道動態(tài)分配方法進行研究并加以改進。本文首先將分析電力線通信技術(shù)的總體研究現(xiàn)狀、現(xiàn)有的電力線通信標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀以及電力線信道分配技術(shù)研究現(xiàn)狀。在熟悉各種電力線通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,借鑒前人研究信道分配技術(shù)的成果,提出一種新的電力線通信信道分配技術(shù)研究方案。該方案將CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免)和TDMA(Time Division Multiple Access,時分多址)進行組合,取長補短,能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動態(tài)變化并提高網(wǎng)絡(luò)性能。其次,本文將對四種經(jīng)典的電力線信道分配方法進行研究并進行分析比較。同時,本文將選取針對智能抄表系統(tǒng)的PRIME(Power Line Intelligent Metering Evolution,電力智能計量演化)協(xié)議為研究背景,以PRIME協(xié)議為框架,進行電力線通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。然后,本文將提出一種新的混合型信道動態(tài)分配方法。該方法以動態(tài)時隙分配方法為基礎(chǔ),結(jié)合CSMA/CA機制,并且融合了分時復(fù)用的思想。若節(jié)點在自己被分配的時隙內(nèi)沒有消息發(fā)送而產(chǎn)生空閑時隙,就會造成信道資源浪費。混合型信道分配方法可以很好的利用空閑時隙,從而提高網(wǎng)絡(luò)信道利用率并減小傳輸時延。本文將在OMNe T++仿真平臺上搭建仿真模型,以幾種電力線通信典型邏輯拓?fù)錇檠芯繉ο?驗證混合型信道分配方法的有效性。最后,本文將對所設(shè)計的混合型信道動態(tài)分配方法進行改進。改進將從網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層分別入手。對于網(wǎng)絡(luò)層,本文將通過使用負(fù)載均衡機制,對中繼節(jié)點傳輸能力進行改進;對于數(shù)據(jù)鏈路層,本文將通過使用時隙復(fù)用方式,對傳輸時延問題進行改進。仿真結(jié)果表明,改進后的混合型信道分配方式在信道利用率和傳輸時延方面的表現(xiàn)都很優(yōu)秀,并且優(yōu)于單一型信道分配方式。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM73
【部分圖文】：

(e) 64 節(jié)點網(wǎng)絡(luò) (f) 128 節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖 3-5 改進型退避算法性能可以看出無論網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目多少，網(wǎng)絡(luò)中 60%的節(jié)點退避窗口都在 12個 TDMA 時隙以下，網(wǎng)絡(luò)中 90%的節(jié)點退避窗口在 16 個 TDMA 時隙以下。也就是說，網(wǎng)絡(luò)中絕大部分節(jié)點的退避窗口都處于較小的范圍內(nèi)。這顯然提高了 PLC 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點競爭的公平性。在以下的課題研究中，都會采取這種退避- 28 -

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽馊鐖D 3-10，其中第四個為隨機拓?fù)�。類�?I 表示所有節(jié)點集中分布；類型 II 表示大部分節(jié)點集中分布；類型 III 表示所有節(jié)點均勻分布。可以看出從類型 I 到類型 III，網(wǎng)絡(luò)集中程度越來越低，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度越來越高。以 32 個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)為例，圖 3-11 給出了基于幾種典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建仿真結(jié)果。仿真結(jié)果符合預(yù)期設(shè)想。- 31 -

3.5 信道分配仿真驗證及性能分析本課題采用信道利用率和傳輸時延兩個指標(biāo)來判斷網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣。信道利用率是指發(fā)送方在一個發(fā)送周期內(nèi)，有效發(fā)送數(shù)據(jù)所需時間占真?zhèn)�發(fā)送周期的比率。傳輸時延指的是數(shù)據(jù)包從源節(jié)點到目的節(jié)點傳輸所需要的時間，包括信道中信號傳播時延和數(shù)據(jù)處理時延。根據(jù) PRIME 協(xié)議，仿真參數(shù)的設(shè)置如表 3-1 所示。其中，一個 TDMA 時隙的長度應(yīng)足夠節(jié)點連續(xù)發(fā)送兩個數(shù)據(jù)包。本課題以單純的 TDMA 方式以及 PRIME 標(biāo)準(zhǔn)下的 CSMA/CA 方式作為對照。單純 TDMA 方式與混合型信道分配方式唯一的區(qū)別在于 CFP 內(nèi)的信道接入過程。單純的 TDMA 在 CFP 內(nèi)只采用固定時隙分配的方式。課題所設(shè)計的混合型信道分配方式在 CFP 內(nèi)采用動態(tài)時隙分配與 CSMA/CA 結(jié)合的方式。而為了控制變量，“分時復(fù)用”的思想在兩種方式中均有使用。- 32 -
【參考文獻】

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本文編號：2889007