低壓電力線通信人工蛛網(wǎng)動態(tài)路由方法研究
第 1 章 緒 論
1.1 課題背景及研究的目的和意義
隨著智能電網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的快速發(fā)展，世界各國政府為智能電網(wǎng)的研究與建設(shè)提供了大量的資金和政策支持，出臺了一系列的激勵措施和法律法規(guī)。2011 年，在我國政府和企業(yè)的共同推動下，智能電網(wǎng)的建設(shè)正式被納入國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要。中國國家電網(wǎng)公司決定以智能電網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，在全國范圍內(nèi)建設(shè)新型電網(wǎng)。通信作為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基本元素，其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)通信層的合理設(shè)計(jì)至關(guān)重要[1]。高速、雙向、集成的通信系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，同時(shí)要求智能電網(wǎng)的通信系統(tǒng)要像配電網(wǎng)一樣廣泛分布于千家萬戶，如此便形成了通信網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)這兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高配電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場，抵御配電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)的價(jià)值。
低壓電力線通信技術(shù)作為終端用戶與電力公司交換信息的最直接手段，是智能電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中可供選擇的極具競爭力的技術(shù)手段。因此，隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，LVPLC 技術(shù)受到了眾多研究者的關(guān)注，在國內(nèi)重新成為研究熱點(diǎn)[2]。PLC 技術(shù)在智能電網(wǎng)低壓側(cè)的應(yīng)用主要包括：自動抄表系統(tǒng)[3,4]，高級量測系統(tǒng)[5]，V2G 通信[6]，需求側(cè)管理[7]，家庭能源管理系統(tǒng)等[8]。但由于低壓配電網(wǎng)物理拓?fù)涞膹?fù)雜性、未知性和易變性，物理介質(zhì)的多樣性和共享性，通信信道的強(qiáng)噪聲干擾等特點(diǎn)，使得電力線通信可靠性較低，直接影響其在智能電網(wǎng)建設(shè)中的大規(guī)模應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外研究人員對提高電力線通信可靠性的研究主要包括 2 個(gè)方向：(1)提高 PLC 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)點(diǎn)對點(diǎn)的通信成功率。針對這一方向，研究人員主要從以下幾個(gè)方面展開工作：信道噪聲抑制技術(shù)及特性研究[9]，信道建模與快速估計(jì)[10]，基于正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)的電力線通信可靠性研究[11]，阻抗匹配特性和耦合電路設(shè)計(jì)[12]，跳頻調(diào)制/解調(diào)技術(shù)研究[13]，信道編碼技術(shù)研究[14]，傳輸特性與信號衰減特性研究[15]，高性能載波通信芯片設(shè)計(jì)開發(fā)等[16]；(2)通過組網(wǎng)，建立網(wǎng)絡(luò)路由(中繼)，提高電力線通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。國內(nèi)外學(xué)者在這方面進(jìn)行了初步的探討、研究[17 26]。對于載波通信網(wǎng)絡(luò)來說，點(diǎn)對點(diǎn)通信的高可靠性，并不意味著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的高可靠性，它僅是網(wǎng)絡(luò)可生存性的前提和基礎(chǔ)。因此，建立由路由器、中繼器等設(shè)備組成的電力線通信網(wǎng)是保證通信系統(tǒng)可靠性的重要方式，也是電力線通信發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于低壓電力線通信環(huán)境與無線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在動態(tài)性、開放性和多徑性等方面具有一定的相似性，因此，可借鑒無線通信網(wǎng)絡(luò)的各種路由理論，如：層次路由[27]，基于簇的動態(tài)路由[28]，網(wǎng)格路由[29]，基于蟻群算法的路由[30]等，進(jìn)行電力線通信路由方法的理論研究。
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1.2 電力線通信技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用研究現(xiàn)狀
1.2.1 電力線通信技術(shù)的發(fā)展
1.2.1.1 電力線通信的簡介
采用 PLC技術(shù)的主要優(yōu)勢是降低敷設(shè)新的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)所需的支出成本。高壓和中壓供電網(wǎng)絡(luò)都可以用來提供長距離的連接，從而避免敷設(shè)新的通信網(wǎng)絡(luò)。考慮到低壓配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛深入到世界范圍內(nèi)的千家萬戶，因此，利用 PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)，是解決電信領(lǐng)域“最后一公里”問題的具有競爭力的方案。利用供電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信功能最早開始于 20 世紀(jì)初期。最早的載波頻率系統(tǒng)(CarrierFrequency System, CFS)工作于高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，采用 10W 的信號發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)500km 的傳輸距離[35]。這類系統(tǒng)主要用于電力設(shè)施之間的內(nèi)部通信以及遠(yuǎn)程測量和監(jiān)控任務(wù)。中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的載波通信技術(shù)，如，波動載波信令(RippleCarrier Signaling, RCS)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載管理。目前，窄帶 PLC 系統(tǒng)所能提供的最高數(shù)據(jù)傳輸速率不高于 500kb/s，兩個(gè) PLC 調(diào)制解調(diào)器之間的最大傳輸距離為 1km。為了將傳輸距離進(jìn)一步延長，必須要采用中繼技術(shù)。最早的窄帶 PLC 系統(tǒng)采用的是幅移鍵控(Amplitude Shift Keying, ASK)技術(shù)。但由于該技術(shù)的抗干擾能力較弱，因此該技術(shù)并不特別適用于 PLC 網(wǎng)絡(luò)。二進(jìn)制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)技術(shù)的抗干擾能力非常強(qiáng)，所以理論上該技術(shù)更適用于 PLC 系統(tǒng)。但是，由于 BPSK 技術(shù)的相位檢測非常困難，所以，基于 BPSK 的 PLC 系統(tǒng)并未得到廣泛的應(yīng)用。隨著相位檢測技術(shù)的問題得以解決，BPSK 技術(shù)將有望應(yīng)用于未來的 PLC 系統(tǒng)中[36]。 基于 PLC 技術(shù)的自動控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，不需要建設(shè)任何新的通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)功能框圖如圖 1 1 所示。利用 PLC 技術(shù)可極大程度降低在目前樓宇內(nèi)構(gòu)建新通信網(wǎng)絡(luò)所需投入的高額資金，其能夠在目前的樓宇內(nèi)實(shí)現(xiàn)的功能主要有三個(gè)方面：(1) 統(tǒng)一控制現(xiàn)有樓宇內(nèi)的各種系統(tǒng)，如門禁控制系統(tǒng)、窗戶遮擋系統(tǒng)等；(2) 控制連接至樓宇內(nèi)部的各種電力設(shè)施；(3) 安全任務(wù)，如安全鎖、安全監(jiān)控等。 寬帶 PLC 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率至少為 2Mb/s 以上，遠(yuǎn)高于窄帶PLC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度。通常情況下，窄帶 PLC 網(wǎng)絡(luò)僅能實(shí)現(xiàn)低速率的信號傳輸或者語音信號的傳輸，而寬帶 PLC 系統(tǒng)則能提供更多、更廣泛的電信服務(wù)。所以，寬帶 PLC 技術(shù)是公認(rèn)的極具競爭力的電信技術(shù)。然而，由于供電網(wǎng)絡(luò)并非是為了滿足數(shù)據(jù)傳輸目的所設(shè)計(jì)的，在實(shí)際寬帶 PLC 技術(shù)應(yīng)用中，還存在不少的限制因素，如，寬帶 PLC 系統(tǒng)的信道衰減嚴(yán)重、傳輸距離有限等。寬帶 PLC技術(shù)需要解決的另一大難點(diǎn)是電磁兼容問題。對于寬帶 PLC 系統(tǒng)而言，其所需的帶寬較 CENELEC 所定義的窄帶系統(tǒng)帶寬要大的多(高達(dá) 30MHz)。另一方面，PLC 網(wǎng)絡(luò)就如同天線，對同一個(gè)頻率范圍內(nèi)工作的其它通信系統(tǒng)(如各類無線電業(yè)務(wù))來說是噪聲源。有鑒于此，寬帶 PLC 系統(tǒng)必須工作在有限的信號功率下，這就進(jìn)一步降低了寬帶 PLC 系統(tǒng)的性能(包括傳輸?shù)乃俾屎途嚯x)。
.......第 2 章 人工蛛網(wǎng)路由模型通信可行性研究
2.1 引言
通過組網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)路由是提高低壓 PLC 可靠性的有效手段，在總結(jié)目前路由方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，所提出的路由方法不僅是對傳統(tǒng)低壓 PLC 路由方法的補(bǔ)充，也為從新的角度研究低壓 PLC 技術(shù)提供參考。因此，本章從建立路由提高電力線通信可靠性的角度出發(fā)，分析基于 PLC 技術(shù)的智能抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)、低壓 PLC 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、邏輯網(wǎng)絡(luò)模型，并借鑒分簇路由、分層路由、網(wǎng)格路由的設(shè)計(jì)思想，結(jié)合自然蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，建立人工蛛網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)通信路由模型，并根據(jù)自然蛛網(wǎng)信息傳遞機(jī)理制定了人工蛛網(wǎng)通信規(guī)則。仿真證明人工蛛網(wǎng)路由模型良好的通信性能，驗(yàn)證其通信可行性。根據(jù)仿真結(jié)果、電力線通信實(shí)際組網(wǎng)需求等因素，確定采用單層人工蛛網(wǎng)路由模型作為低壓電力線通信組網(wǎng)模型的方案。
.......2.2 低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
2.2.1 LVPLC 網(wǎng)絡(luò)
物理拓?fù)? LVPLC 系統(tǒng)以低壓供電電纜作為通信信號的傳輸媒介來實(shí)現(xiàn) PLC 系統(tǒng)的接入。由文獻(xiàn)[3,4,22]可知，由于低壓電力線通信信號相間損耗非常大，在研究基于 PLC 技術(shù)的智能抄表網(wǎng)絡(luò)時(shí)，均可以某一單相網(wǎng)絡(luò)為研究對象，本文據(jù)此對某一相 PLC 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。低壓配電網(wǎng)絡(luò)通過配電變壓器與中壓或者高壓電網(wǎng)相連接，某一相 PLC 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示。一般情況下，PLC 接入系統(tǒng)與廣域網(wǎng)/電信骨干網(wǎng)之間的通信是依靠安裝于變壓器二次側(cè)的 PLC 基站來實(shí)現(xiàn)的。除此之外，還可將 PLC 接入系統(tǒng)的基站節(jié)點(diǎn)安裝于街邊的某個(gè)配電箱，甚至安裝于某個(gè)終端用戶處來實(shí)現(xiàn)與通信骨干網(wǎng)的連接。無論在什么條件下，骨干通信網(wǎng)絡(luò)的通信信號必須通過 PLC 基站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，才能成為適用于在低壓配電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ判盘�。一方面，來�?PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信信號被 LVPLC 調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換成能夠被常規(guī)的通信系統(tǒng)處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。同時(shí)，用戶端設(shè)備一般均需要具備包括 ISDN 接口和以太網(wǎng)接口在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)通信接口。另一方面，用戶也可通過位于電表處的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與接入網(wǎng)的連接。網(wǎng)關(guān)將 PLC 接入網(wǎng)分割成室外、室內(nèi)兩部分，并承擔(dān)將室外、室內(nèi)不同頻率信號間的轉(zhuǎn)換功能。 2.2.2 低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 通過在目前的電表內(nèi)安裝電力線載波通信模塊對電表進(jìn)行升級的方式，即可實(shí)現(xiàn)基于低壓電力線通信的智能抄表系統(tǒng)，每個(gè)智能電表終端均可視作為一個(gè)載波通信終端節(jié)點(diǎn)。從這個(gè)層面出發(fā)，采用低壓 PLC 技術(shù)的智能抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)與低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一致的。為了表述的方便性和統(tǒng)一性，文中統(tǒng)一采用低壓電力線通信系統(tǒng)來代替智能抄表系統(tǒng)的表述。低壓電力線通信以電力線為通信媒介傳輸不同類型的信息，提供各類通信和自動控制服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)通信信號在電力線信道內(nèi)的可靠傳輸，低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)由以下專用設(shè)備構(gòu)成：PLC 調(diào)制解調(diào)器，基站，中繼器和網(wǎng)關(guān)[93]。 (1) PLC 調(diào)制解調(diào)器 PLC 調(diào)制解調(diào)器完成電力線信號的調(diào)制、解調(diào)和編碼等功能，可實(shí)現(xiàn)用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備與電力線信道的連接，PLC 調(diào)制解調(diào)器的一端是用戶接口，為不同的通信設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。這些接口包括用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)接口，通用串行總線接口，提供固定電話業(yè)務(wù)的接口等。PLC 調(diào)制解調(diào)器另一端通過耦合裝置連接到低壓配電線路，可將電力線通信信號耦合至電力線信道以及從電力線信道上提取信號，實(shí)現(xiàn)電力線通信信號的發(fā)送與接收。圖 2 2 為 PLC 調(diào)制解調(diào)器的功能框圖。耦合器的功能包括：(1)實(shí)現(xiàn)高通濾波器的功能；(2)保證高、低電壓的安全隔離。 (2) 基站 圖 2 3 為電力線基站功能框圖，其功能是將低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)與通信骨干網(wǎng)進(jìn)行連接。在低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)中，基站負(fù)責(zé)其所管轄的終端用戶節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行監(jiān)控，路由建立與維護(hù)等。同時(shí)，基站提供包括各種數(shù)字用戶線路(xDSL，Digital Subscriber Line)、用于連接高速網(wǎng)絡(luò)的同步數(shù)字體系(SDH，SynchronousDigital Hierarchy)、用于無線互聯(lián)的 WLL(Wireless Local Loop)等接口。
.......第 3 章 電力線通信人工蛛網(wǎng)路由可靠性研究 ..................37
3.1 引言 ................................................ 37
3.2 人工蛛網(wǎng)全端可靠性分析............................... 37
第 4 章 人工蛛網(wǎng)動態(tài)路由實(shí)現(xiàn)方法研究 ......................57
4.1 引言 .................................................. 57
4.2 總線型 LVPLC 網(wǎng)絡(luò)的人工蛛網(wǎng)路由實(shí)現(xiàn) ................... 57
4.2.1 Dijkstra 中心節(jié)點(diǎn)選取算法..............................57
第 5 章 基于人工蛛網(wǎng)的 LVPLC 改進(jìn)分級蟻群路由算法 ..........90
5.1 引言 .................................................. 90
5.2 分級蟻群路由算法 ........................................ 90
5.3 改進(jìn)分級蟻群路由算法 ..................................... 92
第 5 章 基于人工蛛網(wǎng)的 LVPLC 改進(jìn)分級蟻群路由算法
5.1 引言
圍繞 LVPLC 建立路由提高可靠性的問題，還可以參考一些學(xué)者的研究成果，比如，將人工智能算法應(yīng)用到 PLC 路由問題中，以解決在這樣復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中建立路由進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可靠的組網(wǎng)難度很大的問題。目前，蟻群優(yōu)化算法已應(yīng)用于電力線通信中繼/路由優(yōu)化領(lǐng)域，并取得了一定的效果[20,115,116]。但是蟻群算法的時(shí)間效率問題是束縛該算法應(yīng)用的重要因素之一。減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)是提高蟻群算法效率的重要途徑。為了解決蟻群算法在低壓電力線通信路由尋優(yōu)方面的效率低下問題，根據(jù)前文提出的人工蛛網(wǎng)路由方法，可以在網(wǎng)絡(luò)層將大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)分成由若干個(gè)人工蛛網(wǎng)子網(wǎng)組成的分級網(wǎng)絡(luò)這一特性，本章提出了基于人工蛛網(wǎng)的低壓電力線通信改進(jìn)分級蟻群路由算法，建立以人工蛛網(wǎng)為“局部網(wǎng)”，以蟻群算法構(gòu)建的網(wǎng)為“骨干網(wǎng)”的兩層通信網(wǎng)絡(luò)路由模型，建立低壓電力線通信分層動態(tài)路由模型，綜合研究提高電力線通信網(wǎng)絡(luò)的可生存性方法。該算法解決了低壓電力線通信的路由優(yōu)化問題，為通過建立路由提高低壓電力線通信可靠性提供了新的思路。以中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量最小為尋優(yōu)目標(biāo)的仿真結(jié)果表明，該算法能有效提高算法尋優(yōu)效率及網(wǎng)絡(luò)的通信性能，延長低壓電力線通信距離，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。
.......5.2 分級蟻群路由算法
假設(shè)圖 5 1 所示分級網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)過人工蛛網(wǎng)算法的組網(wǎng)結(jié)果如圖 5 3 所示。每個(gè)邏輯子網(wǎng)內(nèi)的路由維護(hù)、重構(gòu)等均由子網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，且子網(wǎng)間的通信均以中心節(jié)點(diǎn)為中繼進(jìn)行，降低了蟻群算法在 Level 1 節(jié)點(diǎn)內(nèi)的使用次數(shù)，在一定程度上降低了算法的使用率，提高了尋優(yōu)效率。結(jié)合人工蛛網(wǎng)的改進(jìn)分級蟻群路由算法流程圖如圖 5 4 所示，算法過程如下： 根據(jù)蛛網(wǎng)組網(wǎng)初始化算法，圖 5 5 所示的單相低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)在不同通信距離的情況下，，人工蛛網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)果如圖 5 7 所示。人工蛛網(wǎng)算法將樹形網(wǎng)絡(luò)分割成由多個(gè)人工蛛網(wǎng)(如 19, 21, 30, 31, 35，中心節(jié)點(diǎn)為 35)組成的分級網(wǎng)絡(luò)，且在不同通信距離條件下，組網(wǎng)結(jié)果變化不大，這表明人工蛛網(wǎng)算法對不同的通信環(huán)境具有一定的穩(wěn)定性和自適應(yīng)性。每個(gè)子網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)其所在子網(wǎng)的周邊節(jié)點(diǎn)與 BS 節(jié)點(diǎn)的通信、路由維護(hù)等。若 BS 能與每個(gè)子網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)可靠通信，則 BS 能保證與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的可靠通信。由此，可極大程度降低相應(yīng)的通信鏈路數(shù)量，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用蟻群算法進(jìn)行路徑尋優(yōu)，理論上可較大幅度提高其尋優(yōu)效率。 表 5 2 為基站節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)通信的路由表。從表中可知，基站節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，均以各子網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。人工蛛網(wǎng)路由算法將低壓配電網(wǎng)絡(luò)分割成由多個(gè)單層人工蛛網(wǎng)為子網(wǎng)的分級網(wǎng)絡(luò)，為應(yīng)用分級蟻群算法進(jìn)行路徑尋優(yōu)創(chuàng)造條件。
.......結(jié) 論
根據(jù)低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)，尤其是低壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，研究適合低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)的路由模式，探索新的相關(guān)路由算法，對于提高低壓電力線通信可靠性有著較為重要的意義。同時(shí)，這也是從本質(zhì)上解決低壓電力線通信在智能抄表系統(tǒng)規(guī)�；瘧�(yīng)用的關(guān)鍵手段。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，針對上述問題，提出了低壓電力線通信人工蛛網(wǎng)動態(tài)路由方法，提高了低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。本文主要完成的工作及結(jié)論如下： (1)詳細(xì)分析了 LVPLC 網(wǎng)絡(luò)的組成、物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合自然圓形蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建了人工蛛網(wǎng)路由的數(shù)學(xué)模型，并制定人工蛛網(wǎng)通信規(guī)則。對雙層人工蛛網(wǎng)路由模型的通信性能進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了人工蛛網(wǎng)路由模型的通信可行性，可以滿足自動抄表系統(tǒng)的通信需求。根據(jù)路由算法設(shè)計(jì)的簡潔性、易用性、高效性等要求，確定采用單層人工蛛網(wǎng)路由模型為本文的研究對象。 (2)應(yīng)用融合 Markov 概率模型的改進(jìn)因子分解法計(jì)算人工蛛網(wǎng)的全端可靠性，在 >0.5gp 的條件下，人工蛛網(wǎng)的全端可靠性高于其它典型網(wǎng)絡(luò)的全端可靠性 1 倍以上，證明了人工蛛網(wǎng)路由模型的高連通可靠性；采用經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)抗毀度計(jì)算方法，首次分析人工蛛網(wǎng)的抗毀度，人工蛛網(wǎng)的抗毀度是其它典型網(wǎng)絡(luò)抗毀度的 1.5 倍以上。從全端可靠性和抗毀度兩個(gè)方面，證明了人工蛛網(wǎng)的高連通可靠性。從理論分析與仿真兩個(gè)層面證明，單層人工蛛網(wǎng)路由模型具有應(yīng)用于低壓電力線通信的高連通可靠性，為接下來的人工蛛網(wǎng)路由算法的建立及實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。 (3)針對總線型網(wǎng)絡(luò)，提出了人工蛛網(wǎng)中心節(jié)點(diǎn)選取算法、人工蛛網(wǎng)初始化算法，制定了詳細(xì)的自動路由協(xié)議及組網(wǎng)完成后網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包傳輸規(guī)則；仿真對比實(shí)驗(yàn)表明，提出的 ACRP 協(xié)議可降低 90%以上的信道沖突，提高信道吞吐量及利用率 3 倍以上。針對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的樹形網(wǎng)絡(luò)，提出了樹形網(wǎng)絡(luò)人工蛛網(wǎng)路由初始化算法，并制定路由維護(hù)原則。設(shè)計(jì)了人工蛛網(wǎng)算法時(shí)序，有效降低了信道數(shù)據(jù)沖突率。總線型網(wǎng)絡(luò)的人工蛛網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，人工蛛網(wǎng)路由算法在總線型低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)的適用性較好，實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)在加入干擾前后波動保持在 20%左右，吞吐量波動維持在 5%左右，與未建立路由網(wǎng)絡(luò)相比，大幅度提高通信的可靠性；樹形網(wǎng)絡(luò)的人工蛛網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在加入干擾前、后的延時(shí)波動維持在 20%左右，吞吐量波動維持在 5%左右，與總線型網(wǎng)絡(luò)的通信性能相似，誤碼率維持在較低水平，在保證低壓電力線通信系統(tǒng)的連通性、實(shí)時(shí)性、通信效率等服務(wù)質(zhì)量方面具有較大優(yōu)勢。
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參考文獻(xiàn)（略）
本文編號：40244
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