面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路與無(wú)線通信融合技術(shù)研究

張相敏，崔正峰

（山東福大變壓器有限公司，山東 聊城 252000）

0 引 言

在通信信息發(fā)展下，電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)信息傳感技術(shù)完成不同的電力生產(chǎn)、管理步驟，以增強(qiáng)電力通信感知能力[1-2]。使用電力線路作為無(wú)線通信媒介有很多優(yōu)勢(shì)。例如，電力線路覆蓋范圍廣泛，電力線路傳輸?shù)男盘?hào)不受地形、建筑物等因素影響[3]。實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線通信融合易受噪聲等干擾限制，因此需研究有效的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)[4]。

目前，電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)仍存在問(wèn)題。例如，電力線路中的噪聲和干擾影響無(wú)線通信信號(hào)質(zhì)量，需提升信號(hào)傳輸質(zhì)量和可靠性[5]。相關(guān)人員設(shè)計(jì)基于5G 網(wǎng)絡(luò)與ZigBee 融合組網(wǎng)技術(shù)的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)和考慮圖像信號(hào)融合的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)提升信號(hào)傳輸質(zhì)量和可靠性，但效果不佳[6-7]。因此，文章設(shè)計(jì)了一種全新的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)。

1 面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路與無(wú)線通信融合技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 面向電力物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別電力線路無(wú)線通信傳輸特性

大部分無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)使用混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獲取通信鏈路，但實(shí)際傳輸過(guò)程中存在噪聲衰減問(wèn)題?；诖?，文章通過(guò)信道傳輸?shù)寞B加衰減效果，設(shè)計(jì)無(wú)線通信特性描述輸出函數(shù)y(n)，表達(dá)式為

式中：h(k)為通信輸出信號(hào)；x(n-k)為無(wú)線通信輸入信號(hào)。

根據(jù)式（1）函數(shù)進(jìn)行自回歸響應(yīng)，將電力線路無(wú)線通信融合看成隨機(jī)過(guò)程，生成電力線路無(wú)線通信特性傳輸分析模型H(fn,t)，表達(dá)式為

式中：N(fn)為自衰減函數(shù)；ai為通信采樣頻率；N(fn-1,t)為白噪聲過(guò)程函數(shù)。

根據(jù)式（2）模型的采樣參數(shù)、頻率變化實(shí)時(shí)獲取無(wú)線通信傳輸特性，為后續(xù)的電力線路無(wú)線通信融合提供基礎(chǔ)。

1.2 利用信息感知進(jìn)行電力線路無(wú)線通信融合跨層分配

電力物聯(lián)網(wǎng)涵蓋大量電力傳感器節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)低壓電力線接入無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，模擬信號(hào)衰減狀態(tài)。因此，利用低壓微功率跨層融合方法計(jì)算不同節(jié)點(diǎn)的分配感知衰減值，構(gòu)建有效的跨層融合分配網(wǎng)絡(luò)。信息感知電力線路無(wú)線通信融合跨層分配網(wǎng)如圖1 所示。

圖1 信息感知電力線路無(wú)線通信融合跨層分配網(wǎng)

1.3 搜索電力線路無(wú)線通信融合路徑

為提升電力線路無(wú)線通信融合性能，需要搜索電力線路無(wú)線通信融合路徑。路徑搜索參數(shù)DR為

式中：DN(e)為搜索子集。

根據(jù)式（3）的路徑搜索參數(shù)判斷通信約束狀態(tài)，將最優(yōu)路徑搜索問(wèn)題轉(zhuǎn)換為目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)問(wèn)題。設(shè)計(jì)路徑搜索代價(jià)函數(shù)SC(R)為

式中：EN為平均通信速率。

根據(jù)路徑搜索代價(jià)函數(shù)計(jì)算路徑質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)，進(jìn)行通信服務(wù)質(zhì)量約束，獲取的最優(yōu)搜索路徑ΔS為

式中：ρ為通信路徑路由跳數(shù)。

使用上述步驟進(jìn)行電力線路無(wú)線通信融合最優(yōu)路徑搜索可有效控制局部收斂次數(shù)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

文章選取MATLAB 2020 作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行無(wú)線通信融合實(shí)驗(yàn)。即預(yù)設(shè)增益信道均勻分布，取值范圍為0.5 ～1.5 dB，調(diào)整初始信道噪聲值，使服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）速率變?yōu)?0 Mb/s，此時(shí)的非實(shí)時(shí)用戶QoS 速率為10 Mb/s。根據(jù)電力線路無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際通信狀態(tài)，預(yù)設(shè)400 m×400 m 仿真實(shí)驗(yàn)區(qū)域，設(shè)置1 ～16 個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)通信拓?fù)浣M成如圖2 所示。

圖2 仿真實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)通信拓?fù)浣M成

由圖2 可知，2、4、5、6、8、9 以及11 均屬于中繼路由節(jié)點(diǎn)。實(shí)際的電力線路無(wú)線通信傳輸過(guò)程較為復(fù)雜，難以進(jìn)行資源分配與響應(yīng)。因此，在實(shí)驗(yàn)前需預(yù)先由中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同的信息探測(cè)幀，利用狀態(tài)信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分配反饋，獲取完整的無(wú)線通信數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

使用文章設(shè)計(jì)的面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)、文獻(xiàn)[6]的基于5G 網(wǎng)絡(luò)與ZigBee融合組網(wǎng)技術(shù)的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)以及文獻(xiàn)[7]的考慮圖像信號(hào)融合的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)，進(jìn)行電力線路無(wú)線通信融合，記錄3 種方法在不同傳輸節(jié)點(diǎn)下的通信融合傳輸性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1～表4 所示。

表1 通信傳輸時(shí)延實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單位：ms

表2 無(wú)線通信傳輸誤碼率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 無(wú)線通信傳輸速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單位：Mb/s

表4 無(wú)線通信路徑效果判斷結(jié)果

根據(jù)表1 ～表4 數(shù)據(jù)可知，文章設(shè)計(jì)的面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)在不同通信傳輸節(jié)點(diǎn)下的無(wú)線通信傳輸時(shí)延、誤碼率較低，而傳輸速率較高。相比之下，文獻(xiàn)[6]技術(shù)和文獻(xiàn)[7]技術(shù)的時(shí)延和誤碼率較高，而傳輸速率較低。實(shí)驗(yàn)表明，文章提出的電力線路無(wú)線通信融合技術(shù)具有較好的融合效果和可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

隨著電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用日益重要。文章針對(duì)電力線路與無(wú)線通信融合技術(shù)進(jìn)行研究，旨在滿足電力系統(tǒng)智能化發(fā)展的需求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文章設(shè)計(jì)的面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路與無(wú)線通信融合技術(shù)具有較好的融合效果和可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，可為電力系統(tǒng)智能化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。