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配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)，直接面向社會和客戶，其網(wǎng)絡性能直接影響用戶體驗和供電可靠性。隨著配電網(wǎng)逐步向配電物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展， 現(xiàn)有電力線載波通信(PLC)因面臨線路分支、脈沖干擾、有色噪聲、地磁干擾等影響，在通信可靠性上存在明顯的弊端。無線通信網(wǎng)絡具有成本低廉， 易于維護，可擴展性強，靈活性高等優(yōu)點，對促進我國智能電網(wǎng)的構建有積極作用，是配電網(wǎng)中重要的通信手段。但無線通信的信道質量受建筑物遮擋等因素的影響，存在處于配電室、表箱等位置的節(jié)點無法正常通信的問題。因此，采用單一的通信方式已無法滿足配電網(wǎng)的通信需求。

 

  網(wǎng)絡拓撲結構

為了保證配電網(wǎng)通信的可靠性，目前學術界、產(chǎn)業(yè)界的認為電力線與無線技術相結合是解決單一通信方式問題的有效手段。融合異構網(wǎng)絡能夠結合各個網(wǎng)絡的優(yōu)點，實現(xiàn)合作增益，提升配電網(wǎng)業(yè)務傳輸性能。IEEE 1905 協(xié)議提出了虛擬 MAC 層的基礎架構，在邏輯鏈路層(LLC)和媒體接入層(MAC) 層之間建立抽象層 (AL) 來實現(xiàn)以太網(wǎng)(IEEE802.3)、無線局域網(wǎng)(IEEE802.11)、電力線載波(IEEE1901)、同軸電纜(MoCA) 4 種通信技術的融合，然而 IEEE 1905 協(xié)議未考慮多跳網(wǎng)絡的融合，也未對多種網(wǎng)絡融合的資源分配策略進行深入研究。文獻提出了兩種適用于配電網(wǎng)的組網(wǎng)融合方案，一種針對于對通信可靠性要求較高的區(qū)域，采用 PLC 與無線互為備份的方式，這種方式無法解決配電室中的中央?yún)f(xié)調(diào)器(CCO)與樓道中的代理協(xié)調(diào)器(PCO)無法通信的問題，另一種針對于覆蓋區(qū)域較大，站點距離較遠的場景下，采用 PLC 與無線級聯(lián)通信的組網(wǎng)方案，這種方式配置成本高、運維復雜。文獻提出一種基于鏈路感知一致性的融合通信組網(wǎng)算法，側重于解決融合網(wǎng)絡的組網(wǎng)和拓撲優(yōu)化問題。

融合網(wǎng)絡的總體架構與功能示意圖

同時，配電網(wǎng)為了綜合利用不同通信方式的特點，在保證業(yè)務可靠性的同時提升系統(tǒng)的資源利用率，異構網(wǎng)絡中的鏈路選擇與分配策略算法也是當前研究熱點。文獻提出了一種基于信噪比優(yōu)選的載波和無線通信的物理層融合方法，這種方法在物理層選取 2 路信號中信噪比較高的一路進行接收，浪費了其中一路資源。文獻采用經(jīng)典的輪詢算法進行資源調(diào)度分配業(yè)務，周期性地對每個業(yè)務包按照預先設計好的策略進行輪詢發(fā)送，這種方法設計簡單，但缺乏靈活性。文獻提出一種基于層次分析法的網(wǎng)絡切換算法，以時延、帶寬、經(jīng)濟性和丟包率作為判決指標進行決策，但未考慮各網(wǎng)絡的實際業(yè)務承載情況，不利于實現(xiàn)網(wǎng)絡間的負載均衡。文獻提出異構網(wǎng)絡適用的 M/M/1 排隊論模型，模擬異構網(wǎng)絡的多流傳輸，這種方法整個系統(tǒng)看作一個服務速率一致的整體，未考慮到配電系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的變化。文獻提出了一種基于遺傳算法的風電、光伏和光熱聯(lián)合調(diào)度策略，這種方法在實現(xiàn)上有許多參數(shù)，這種參數(shù)的選取大部分依靠經(jīng)驗，可靠性不足。文獻基于 D-S 證據(jù)理論對多數(shù)據(jù)進行混合分析，這種方法在實際計算上存在指數(shù)到爆炸的問題。文獻基于灰色模糊理論來確定優(yōu)先級，由模糊矩陣確定權重和上界，這種方法算法復雜度高，數(shù)據(jù)處理量大。

單跳網(wǎng)絡業(yè)務流分配算法流程圖

綜合上述分析，本文面向當前電力線與無線融合網(wǎng)絡研究中存在的問題，基于虛擬 MAC 層設計電力線通信與無線通信的融合方案，細化虛擬 MAC 業(yè)務流分配方案。接著分析驗證了本文設計的融合與分配方案能有效降低網(wǎng)絡時延，為進一步實現(xiàn)電力線與無線融合提供了參考。

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基金資助項目：國家電網(wǎng)有限公司科技項目“寬帶電力線載波與無線融合通信技術研究及芯片研制”(5455HT170028).

Project supported by Science and Technology Project of SGCC "Research on the Fusion of Broadband Power Line and Wireless Communications and Chip Development " (5455HT170028).