融合物聯(lián)傳感的HPLC和藍(lán)牙雙模通信系統(tǒng)

吳 斌，胡勇虎，趙文建

（浙江正泰儀器儀表有限責(zé)任公司，浙江 杭州 350001）

0 引 言

電力線載波通信（Power Line Carrier,PLC）利用現(xiàn)有的低壓電力線作為信號傳輸介質(zhì)，網(wǎng)隨電通，結(jié)構(gòu)靈活[1-3]。但低壓電力線路通信環(huán)境干擾較大，窄帶載波易受電網(wǎng)阻抗變化、噪聲、諧波等影響，導(dǎo)致通信不可靠。同時載波信號難以跨空開、變壓器或跨相傳輸，且工作在較高的頻率，一般在2～12 MHz，但電力線信道隨著頻率的升高信號衰減很大，因此載波通信距離嚴(yán)重受限。為解決這些問題，近年來，國內(nèi)外結(jié)合無線通信優(yōu)點(diǎn)，在用電信息采集系統(tǒng)中構(gòu)成高速電力線載波（High-speed Power Line Broadband Carrier,HPLC）和無線通信雙模解決方案，增加通信信號覆蓋范圍，保證監(jiān)測系統(tǒng)基本功能，實(shí)現(xiàn)對低壓配電臺區(qū)的有效管理[4]。目前的雙模通信方案主要有兩種：一是載波和無線信道具備同步接收和發(fā)送的能力[5-6]，即載波信道接收數(shù)據(jù)時，無線信道同時接收數(shù)據(jù)，根據(jù)通信模塊的負(fù)載能力，可以選擇分時發(fā)送還是同時發(fā)送，考慮到信道碰撞和信息重疊問題，須設(shè)計(jì)時隙管理和調(diào)度方案等[7]。利用雙信道同時收發(fā)信息，有效提高了通信穩(wěn)定性和系統(tǒng)的魯棒性，但通信和組網(wǎng)效率仍然較低，無法滿足雙向互動等服務(wù)的需求。另一種是根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)和任務(wù)需求自動切換適應(yīng)的通信通道[8-9]，因此需要在全網(wǎng)內(nèi)形成統(tǒng)一的動態(tài)路由表項(xiàng)，以兼容不同的設(shè)備類型和通信協(xié)議。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)和用電網(wǎng)中的深化應(yīng)用，用電信息采集系統(tǒng)中安裝了越來越多的傳感器設(shè)備，然而現(xiàn)有的用電信息采集系統(tǒng)功能單一，難以接入不同類型傳感器設(shè)備，無法對設(shè)備溫度、照明情況、用電浪費(fèi)等情況實(shí)現(xiàn)全面多維的監(jiān)測。藍(lán)牙技術(shù)功耗低，協(xié)議統(tǒng)一，基于藍(lán)牙的設(shè)備可直接與智能手機(jī)互聯(lián)互通[10]。藍(lán)牙網(wǎng)狀協(xié)議規(guī)范，藍(lán)牙Mesh彌補(bǔ)了藍(lán)牙技術(shù)在大量設(shè)備的遠(yuǎn)距離組網(wǎng)場景的應(yīng)用缺陷，成為物聯(lián)網(wǎng)中一種重要的數(shù)據(jù)傳輸方式[11]。

為此，本文提出融合物聯(lián)傳感的HPLC和藍(lán)牙雙模通信系統(tǒng)，以載波通信組網(wǎng)為主、藍(lán)牙連接為輔，根據(jù)節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)和環(huán)境計(jì)算節(jié)點(diǎn)路由選擇度，自動選擇最佳通信方式。同時提出藍(lán)牙側(cè)業(yè)務(wù)切換和負(fù)荷平衡管理方案，優(yōu)先保證低功耗藍(lán)牙中繼連接響應(yīng)，同時兼顧藍(lán)牙Mesh傳感網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)融合物聯(lián)傳感的多維度信息采集。

1 HPLC和藍(lán)牙雙模通信系統(tǒng)架構(gòu)

雙模通信系統(tǒng)以臺區(qū)融合終端的本地通信單元為主節(jié)點(diǎn)，稱為中央?yún)f(xié)調(diào)器（Central Coordinator,CCO），具有組網(wǎng)控制、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理和數(shù)據(jù)集抄等功能。從節(jié)點(diǎn)，也稱為站點(diǎn)（Station,STA），主要包括采集器和電表上的雙模通信模塊。如果從節(jié)點(diǎn)為智能表計(jì)，可安裝雙模通信模塊直接與CCO通信；傳統(tǒng)485表可以加裝采集器與CCO通信。臺區(qū)融合終端的CCO匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，再通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳到電力系統(tǒng)主站。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙模通信系統(tǒng)框架

STA優(yōu)先以HPLC方式申請入網(wǎng)，若存在載波不通信或信號不佳時，可以通過藍(lán)牙無線通信方式橋接到鄰居節(jié)點(diǎn)，保證與CCO的通信穩(wěn)定性。采集器可通過藍(lán)牙無線通信采集具有藍(lán)牙功能的電表、水表、燃?xì)獗淼缺碛?jì)和藍(lán)牙傳感器數(shù)據(jù)信息。傳感器節(jié)點(diǎn)間通過藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)，將傳感數(shù)據(jù)上報給中心節(jié)點(diǎn)（采集器或中繼節(jié)點(diǎn)），再通過HPLC通道轉(zhuǎn)發(fā)到臺區(qū)融合終端，該終端作為邊緣代理，處理感知數(shù)據(jù)，減小云端主站存儲和計(jì)算壓力。此外，管理用戶可通過手機(jī)APP掃描采集器或電表上的二維碼，升級維護(hù)相關(guān)表計(jì)和傳感器設(shè)備。

1.1 雙模通信模塊硬件方案

HPLC和藍(lán)牙雙模通信模塊硬件原理如圖2所示，主要由載波模塊、驅(qū)動模塊和內(nèi)置天線的藍(lán)牙模塊等組成。寬帶載波通信部分主要由4個部分組成：（1）載波芯片：要求支持多載波正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）；（2）線路驅(qū)動器：放大發(fā)送的模擬信號；（3）帶通濾波器：對接收到的模擬信號進(jìn)行濾波；（4）耦合變壓器：用于雙向模擬信號與電力線之間的耦合。

圖2 雙模通信模塊硬件原理

HPLC和藍(lán)牙雙模通信模塊以載波芯片為主控單元，通過UART方式與藍(lán)牙模塊通信，同時支持DL/T645協(xié)議、DL/T698協(xié)議與采集器或臺區(qū)融合終端通信，實(shí)現(xiàn)電表抄讀和費(fèi)控等功能。過零檢測電路可以防止由于負(fù)載和阻抗不連續(xù)、諧波污染等原因引起的載波信號衰減，同時有效抵抗電網(wǎng)的浪涌電壓和浪涌電流[12]。為匹配不同類型的載波芯片，CCO采用六路過零檢測，單相電表通信模塊采用一路過零檢測，三相電表通信模塊采用三路過零檢測。

1.2 雙模通信模塊軟件方案

雙模通信協(xié)議棧設(shè)計(jì)以易維護(hù)、層次簡潔和便于定位故障為主要目標(biāo)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雙模通信協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

軟件體系是基于操作系統(tǒng)對各硬件設(shè)備的管理和調(diào)度建立的。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)CCO與STA之間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互，完成節(jié)點(diǎn)注冊和事件上報統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層向上負(fù)責(zé)通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和維護(hù)，對應(yīng)用層報文進(jìn)行匯聚和分發(fā)；向下負(fù)責(zé)路由管理，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)擇優(yōu)與載波或藍(lán)牙MAC層數(shù)據(jù)交換，并計(jì)算路由選擇度，實(shí)現(xiàn)路由動態(tài)管理。MAC層采用沖突避免的載波偵聽多址接入和時分多址接入控制機(jī)制與物理層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，分為載波MAC層和藍(lán)牙MAC層。HPLC的PHY層主要實(shí)現(xiàn)寬帶載波信號的調(diào)制并耦合到電力線媒介上，接收電力線媒介的寬帶載波信號，解調(diào)為數(shù)據(jù)報文并交予MAC子層處理。藍(lán)牙PHY層定義了藍(lán)牙工作頻率、輸出功率限制、調(diào)制方式、信道編碼和信道切換方法等，完成藍(lán)牙點(diǎn)對點(diǎn)連接傳輸和藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)覆蓋[10]。

2 雙模通信系統(tǒng)組網(wǎng)

2.1 HPLC側(cè)入網(wǎng)管理

系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)首先以HPLC載波方式申請加入網(wǎng)絡(luò)，入網(wǎng)后通信節(jié)點(diǎn)會定時廣播已入網(wǎng)的相關(guān)信息，主要數(shù)據(jù)信息見表1所列。

表1 入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)廣播信息

負(fù)荷率Wt的表達(dá)式為：

式中：n為數(shù)據(jù)包數(shù)量；packet為數(shù)據(jù)包大?。籅為信道帶寬。收到信息的節(jié)點(diǎn)采用一階滯后濾波方法統(tǒng)計(jì)鄰居節(jié)點(diǎn)的RSSI，如式（2）所示：

式中：RSSIold為歷史統(tǒng)計(jì)信號強(qiáng)度平均數(shù)；RSSInew為當(dāng)前周期的信號強(qiáng)度值；α為濾波系數(shù)。

通信成功率C為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)周期內(nèi)與CCO成功通信次數(shù)和周期內(nèi)與CCO通信總次數(shù)的比值，同樣采用一階滯后濾波方法統(tǒng)計(jì)，如公式（3）所示：

式中：Cold為歷史統(tǒng)計(jì)通信成功率平均數(shù)；Cnew為當(dāng)前周期的通信成功率。

節(jié)點(diǎn)優(yōu)先選擇載波方式入網(wǎng)，當(dāng)不能通過載波方式入網(wǎng)，或者載波信號中斷時，切換為藍(lán)牙橋接的方式入網(wǎng)。選擇中繼節(jié)點(diǎn)的主要目標(biāo)是，在能搜索到的已入網(wǎng)的鄰居節(jié)點(diǎn)中，選擇CCO層級最低、通信成功率最高、當(dāng)前負(fù)荷率最低且信號強(qiáng)度最強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)申請入網(wǎng)，使得請求節(jié)點(diǎn)與CCO通信成功率最大?；诖耍岢鲎钚÷酚蛇x擇度計(jì)算公式，融合負(fù)荷率、信號強(qiáng)度和通信成功率計(jì)算請求節(jié)點(diǎn)對多個鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇度Q，如公式（4）所示：

路由選擇度最小值即為最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先發(fā)起鏈接請求，當(dāng)存在多個Q最小值時，選擇層級數(shù)最小的鄰居節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)；層級相同時，優(yōu)先選擇負(fù)荷率Wt較小的節(jié)點(diǎn)。HPLC側(cè)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)管理步驟如下：

步驟1：節(jié)點(diǎn)首先以載波方式申請加入網(wǎng)絡(luò)，入網(wǎng)后通信節(jié)點(diǎn)會定時廣播已入網(wǎng)的相關(guān)信息。

步驟2：若節(jié)點(diǎn)搜索HPLC入網(wǎng)時間達(dá)到閾值但還未入網(wǎng)時，該節(jié)點(diǎn)開始搜尋周圍已經(jīng)加入HPLC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙信號，根據(jù)鄰居表信息計(jì)算最小路由選擇度確定最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)，發(fā)起鏈接請求。

步驟3：通過藍(lán)牙入網(wǎng)的通信節(jié)點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)控周圍藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的定時廣播信息，并統(tǒng)計(jì)通過藍(lán)牙中繼的節(jié)點(diǎn)的通信成功率和業(yè)務(wù)量，以動態(tài)維護(hù)鏈路；同時節(jié)點(diǎn)實(shí)時監(jiān)控HPLC通道的網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)。

步驟4：當(dāng)接收到穩(wěn)定的HPLC通道的網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)時，優(yōu)先切換到HPLC方式入網(wǎng)，重新更新網(wǎng)絡(luò)路由，整體入網(wǎng)流程如圖4所示。

圖4 初始化入網(wǎng)流程

2.2 藍(lán)牙側(cè)業(yè)務(wù)切換和負(fù)荷平衡管理

本文系統(tǒng)藍(lán)牙側(cè)業(yè)務(wù)包括藍(lán)牙Mesh傳感網(wǎng)和低功耗藍(lán)牙BLE點(diǎn)對點(diǎn)中繼連接。常態(tài)為藍(lán)牙Mesh傳感網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)的傳感層中的節(jié)點(diǎn)實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)信息，通過Mesh組網(wǎng)鏈路上傳給主站。當(dāng)接收到HPLC側(cè)通道發(fā)來的中繼連接請求時，切換為低功耗藍(lán)牙BLE協(xié)議工作模式，建立點(diǎn)對點(diǎn)鏈路連接，作為中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，此時藍(lán)牙的通信數(shù)據(jù)承載能力與HPLC相似，適合長數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)的傳輸。雙模通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示。

2.2.1 藍(lán)牙Mesh傳感網(wǎng)

藍(lán)牙默認(rèn)工作在BLE Mesh模式下，節(jié)點(diǎn)間通過Mesh組網(wǎng)向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，報文格式如圖6所示。

圖6 BLE Mesh傳感數(shù)據(jù)幀

表6中命令碼用于不同的幀數(shù)據(jù)字段解析，包含的信息標(biāo)識類型有：獲取信息類（獲取地址、設(shè)備類型和鄰居表信息等）、BLE數(shù)據(jù)傳輸類（發(fā)送、接收和確認(rèn)數(shù)據(jù)）、645數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)類（HPLC與藍(lán)牙雙向轉(zhuǎn)發(fā)645數(shù)據(jù)，藍(lán)牙或HPLC應(yīng)答結(jié)果）、控制類（請求BLE中繼連接，向藍(lán)牙HPLC請求節(jié)點(diǎn)信息，請求藍(lán)牙電表列表，藍(lán)牙回復(fù)掃描到的電表信息，復(fù)位，設(shè)置鄰居表過濾）、上報結(jié)果類（藍(lán)牙向HPLC上報連接結(jié)果和藍(lán)牙鄰居列表等）和請求轉(zhuǎn)發(fā)命令（請求橋接另一個主機(jī)，HPLC請求轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到手機(jī)，手機(jī)請求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到模塊，HPLC觸發(fā)藍(lán)牙升級，藍(lán)牙請求升級包，HPLC向藍(lán)牙發(fā)送升級包等）。

傳感數(shù)據(jù)類型包括開關(guān)類、級別類（功率值、照明亮度、風(fēng)速值、水量值、溫度值等）、傳感類（PM2.5、溫濕度狀態(tài)、噪音、異常報警等）、模式類（空調(diào)制冷和制熱等、風(fēng)扇搖擺方式等、洗衣機(jī)洗滌方式等）。傳感數(shù)據(jù)隨傳感類型改變而改變。

2.2.2 藍(lán)牙側(cè)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)負(fù)荷平衡管理方案

為兼顧藍(lán)牙側(cè)兩種業(yè)務(wù)的切換和高效運(yùn)行，提出了藍(lán)牙側(cè)的節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)負(fù)荷平衡管理方案。首先，每個通信節(jié)點(diǎn)會按周期統(tǒng)計(jì)藍(lán)牙側(cè)業(yè)務(wù)負(fù)荷率，包括中繼業(yè)務(wù)通信負(fù)荷率Wr、Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)通信負(fù)荷率Wm和總負(fù)荷率Wt。在Mesh傳感網(wǎng)切換為點(diǎn)對點(diǎn)中繼連接業(yè)務(wù)過程中，若收到中繼業(yè)務(wù)請求的節(jié)點(diǎn)的總負(fù)荷率Wt超過閾值，則直接將負(fù)荷率數(shù)據(jù)回復(fù)給請求節(jié)點(diǎn)，由請求節(jié)點(diǎn)判斷是繼續(xù)請求該節(jié)點(diǎn)還是更換其他節(jié)點(diǎn)。被選定的中繼節(jié)點(diǎn)一定時間內(nèi)連續(xù)收到兩次中繼請求，則立即開啟中繼業(yè)務(wù)模式。

進(jìn)行中繼業(yè)務(wù)時，當(dāng)通信總負(fù)荷率Wt達(dá)到上限閾值，請求節(jié)點(diǎn)根據(jù)式（4）計(jì)算最小路由選擇度，開啟第二條中繼通路，并在兩通道間分?jǐn)倐鬏敂?shù)據(jù)量。當(dāng)收到兩個中繼通信節(jié)點(diǎn)的總負(fù)荷率Wt1和Wt2都低于下限時，并且兩路通信的中繼通信業(yè)務(wù)負(fù)荷率總值不超過一路通信中繼節(jié)點(diǎn)的正常總負(fù)荷率，即Wr1+Wr2<（Wt1orWt2），請求節(jié)點(diǎn)中斷通信成功率較低的鏈路，被釋放的節(jié)點(diǎn)切換回Mesh傳感網(wǎng)業(yè)務(wù)模式。

如果網(wǎng)絡(luò)中不存在第二條中繼鏈路，請求節(jié)點(diǎn)回復(fù)無新鏈接路徑消息給中繼節(jié)點(diǎn)，該中繼節(jié)點(diǎn)優(yōu)先保證中繼業(yè)務(wù)響應(yīng)，降低Mesh傳感網(wǎng)通信業(yè)務(wù)處理頻次，當(dāng)Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)通信負(fù)荷率Wm被迫降到0時觸發(fā)負(fù)荷率告警信息發(fā)送給請求節(jié)點(diǎn)和CCO，此時需要增加中繼節(jié)點(diǎn)等。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)測試

以杭州市一園區(qū)為試點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)臺區(qū)共安裝300只STA、1只CCO，設(shè)備分布情況見表2所列。

表2 試點(diǎn)園區(qū)STA設(shè)備分布

CCO安裝在11樓表架#1。為測試HPLC跨相、跨空開傳輸效果，相鄰樓層的STA接入不同相線，在同一表架上，單相表分別接入A、B、C三相。測試周期為30天，每10 min一次抄表，抄讀數(shù)據(jù)項(xiàng)個數(shù)為3，發(fā)送時間間隔為100 ms，并進(jìn)行開啟、關(guān)閉藍(lán)牙橋接功能重復(fù)性組網(wǎng)測試。

實(shí)驗(yàn)一：為測試純載波組網(wǎng)模式下系統(tǒng)通信情況，將5個表架放在同一房間內(nèi)，各表架經(jīng)過濾波插座接入電源，市電供電和載波信道完全隔離。其周期性業(yè)務(wù)性能測試平均數(shù)據(jù)見表3所列。

表3 隔離各表架載波信號測試結(jié)果

純載波模式下，僅有與CCO同處于表架#1上的43只STA入網(wǎng)，配電房和其他房間的表計(jì)無法入網(wǎng)，未入網(wǎng)表計(jì)的事件上報信息自動被入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)濾除，因此CCO無法接收到未入網(wǎng)STA的停復(fù)電事件。開啟藍(lán)牙通信功能后，在混合組網(wǎng)模式下，1 h內(nèi)11樓層的設(shè)備可以全部入網(wǎng)，包括11樓配電房中表計(jì)和鄰樓層的表計(jì)；2 h內(nèi)6～27樓層配電房內(nèi)表計(jì)可全部入網(wǎng)。混合組網(wǎng)模式下最大可以通過12級的路由使得各樓層配電房內(nèi)表計(jì)全部入網(wǎng)；在HPLC不通時，通過藍(lán)牙通信匹配最優(yōu)路由，減少級數(shù)，同時提高入網(wǎng)成功率。

雙模模塊停電后首先根據(jù)TEI置位自己的位圖，然后廣播上報，同時通過HPLC和藍(lán)牙兩個通道上報停電事件，突破原有HPLC逐級轉(zhuǎn)發(fā)的路由級數(shù)限制，通過藍(lán)牙通道更加快速地匯集轉(zhuǎn)發(fā)信息。復(fù)電事件在組網(wǎng)完成后進(jìn)行單播上報，周邊未停電的節(jié)點(diǎn)將收到的停復(fù)電事件，結(jié)合本節(jié)點(diǎn)的停復(fù)電信息，再生成新的位圖停復(fù)電事件，繼續(xù)向主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，主節(jié)點(diǎn)收到之后再根據(jù)TEI對比相應(yīng)的位圖即可獲知節(jié)點(diǎn)停復(fù)電狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)二：為驗(yàn)證在雙模通信系統(tǒng)用電系統(tǒng)中的性能，將5個表架分置不同房間（250只STA，1只CCO），直接供電，其余STA仍安裝在各樓層配電房中，其周期性業(yè)務(wù)性能測試平均數(shù)據(jù)見表4所列。

表4 未完全隔離各表架載波信號測試結(jié)果

從上述測試數(shù)據(jù)可以看出，雙模系統(tǒng)10 min內(nèi)組網(wǎng)成功率比單一HPLC方式提升了30%，這是因?yàn)橐粋€節(jié)點(diǎn)通過藍(lán)牙入網(wǎng)后，附近的節(jié)點(diǎn)可以通過藍(lán)牙橋接快速入網(wǎng)，混合組網(wǎng)模式入網(wǎng)率隨時間變化呈指數(shù)式增長。60 min后，純載波模式下配電房中的表計(jì)仍難以入網(wǎng)，雙模組網(wǎng)方式入網(wǎng)率提高了5%，停電上報成功率比HPLC提升了4%；復(fù)電上報成功率比HPLC提升了3%，并能保證復(fù)電事件100%上報。停電事件會立即打包上報，復(fù)電需等表計(jì)重新入網(wǎng)后再分散上報，因此上報時間較長且與組網(wǎng)時間相關(guān)。HPLC組網(wǎng)方式具有定位故障的優(yōu)勢，融合藍(lán)牙技術(shù)后，使得范圍界定更加準(zhǔn)確且效率更高。除單一HPLC模式配電房中未入網(wǎng)表計(jì)外，雙模組網(wǎng)級數(shù)比單一HPLC方式平均減少了1級。綜上，雙模系統(tǒng)的整體性能比單HPLC組網(wǎng)方式提升顯著。

3.2 現(xiàn)場試點(diǎn)案例測試效果

本文方法設(shè)計(jì)的HPLC和藍(lán)牙雙模通信系統(tǒng)方案已經(jīng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)應(yīng)用，臺區(qū)安裝1只CCO、348只STA，其中包括單相電能表雙模模塊340只，三相電能表雙模模塊3只，雙模采集器5只?，F(xiàn)場設(shè)置有1 min、5 min曲線數(shù)據(jù)輪詢上報；同時日常采集電表日凍結(jié)、分支運(yùn)行狀態(tài)、傳感信號等數(shù)據(jù)。選取2022年4月7日～4月16日的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。在測試統(tǒng)計(jì)期間實(shí)驗(yàn)設(shè)備全部入網(wǎng)且穩(wěn)定運(yùn)行，抄表成功率100%，日凍結(jié)成功率100%，1 min、5 min曲線采集成功率大于99%。

圖7 現(xiàn)場測試采集成功率10日統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 結(jié) 語

針對載波通信受限、無線通信存在盲點(diǎn)的問題，本文提出了融合物聯(lián)傳感的HPLC和藍(lán)牙雙模組網(wǎng)通信系統(tǒng)。首先充分利用HPLC和藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)的通信優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合環(huán)境狀態(tài)計(jì)算路由選擇度進(jìn)而選擇最佳路由；之后設(shè)計(jì)藍(lán)牙側(cè)業(yè)務(wù)切換和負(fù)荷平衡管理方案，通過藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)接入傳感器設(shè)備可豐富用電信息采集系統(tǒng)的功能。實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測試結(jié)果表明，雙模通信方式提高了節(jié)點(diǎn)間連通率和事件上報效率，同時提升了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和魯棒性。未來將繼續(xù)完善以臺區(qū)融合終端為中心的邊緣網(wǎng)絡(luò)，建立傳感和能耗智能識別模型，使用機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測運(yùn)行異常、能耗異常、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷等情況，并進(jìn)行路由維護(hù)或預(yù)警。