戚佳金[1]2009年在《低压配电网电力线载波通信动态组网方法研究》文中进行了进一步梳理电力线载波通信(Power Line Communications,PLC)技术能够充分利用最为普及的电力网络资源,在传输电力的同时,承载数据、语音和视频等多项业务,具有建设速度快、投资少、无需室内布线等特点,具备其他接入方式不可比拟的优势。同时,随着电力线宽带接入网和基于电力线通信的较大规模监控系统的发展,对电力线通信网络的可靠性提出了更高的要求。在电力线通信网络规模较大时,其可靠性问题的关键是在动态变化的信道条件下,节点间通信链路是否能够可靠连接。在以往的文献和研究成果中,主要关注于相邻两节点之间的通信可靠性,从物理层的信道模型、噪声抑制、调制解调等方面考虑提高电力线通信可靠性,而对电力线通信网络可靠性的研究较少。本文从电力线通信网络的连通性及有效性两个方面出发,对提高电力线通信网络可靠性方法进行研究。分析了专家学者关于电力线信道输入阻抗、噪声、反射特性和信道模型等方面的研究内容,从中归纳出电力线信道的动态特性。根据典型的低压配电网电力线通信网络提炼出其物理网络拓扑结构和网络逻辑拓扑结构,得出电力线通信网络失效的原因,并据此提出了电力线组网的策略和要求。在此基础上,文中提出了组网模型和路径优化目标函数。利用AdHoc网络中关于网络分簇分层的思想,提出一种低压配电网电力线通信网络的分簇路由算法和网络重构方法。文中研究了电力线通信网络的分簇初始化算法步骤以及网络可重构算法的实现,分析了时序分配等问题,并通过仿真实验验证了该算法的可行性。由于分簇路由算法是基于非交迭路径的选择,其生成的路径是唯一的。虽然其具有计算量小,容易工程实现等优点,但是其缺乏有效的网络优化。考虑电力线通信网络组网路径的优化要求,提出将蚁群优化算法应用到电力线通信网络路径寻优中来。文中较为深入地分析了将蚁群优化算法引入到电力线网络路径寻优中来的可行性、快速性、鲁棒性等基础问题。通过算法各方面的性能比较,认为ACS适合于应用到电力线组网算法中。在考虑电力线通信网络的可连通性(包括生存性和抗毁性)的基础上,提出一种基于蚁群算法的以“最小跳数”为优化目标的路径寻优方法,使得电力线载波通信网络的通信范围得以扩展,实现网络内任意节点之间的可靠链接。并以仿真实验从抗毁性和生存性两个角度加以验证。进一步,文中考虑电力线通信网络的有效性要求,结合低压配电网电力线载波通信信道特有的特征,考虑电力线通信网络节点间的误码率、延时和服务类型等问题,改进优化目标函数,从定量角度提出并使用仿真实验验证该种多目标蚁群优化路径算法的有效性。为给后续的工程应用提供实现的方法,以低压电力线窄带通信网络的蚁群动态组网算法实现过程为例,对算法实现过程中的中心节点和普通节点进行任务划分。阐述了算法实现的具体步骤,提出了中心节点和节点程序框架设计的方法。同时,对基于PLC的动态网络路由算法进行了软件设计的层次划分及层次设计,这为PLC网络组网方法的实际应用提供了参考。
熊辉[2]2012年在《低压电力线网络通信协议及路由算法研究》文中进行了进一步梳理电力线是世界范围内覆盖最广的一种通信介质,所以利用电力线进行数据通信一直受到工业界和学术界的广泛关注。然而,电力线最初的设计是用于传输电能的,当用于数据通信时,信号衰减大、干扰强,且具有较强的时变性,导致通信距离有限,可靠性不高。针对这些问题,同时考虑到未来的低压电力线网络应该能实现与远程网的无缝连接,本文对低压电力线网络通信协议及路由算法进行了研究。论文开展的主要工作有：(1)构建了基于TCP/IP协议的低压电力线通信模型。目前流行的低压电力线通信协议一般都是国外标准,其通信协议复杂,成本昂贵,对硬件要求较高,所以构建一个开放的、通用的通信协议模型具有潜在的应用价值。着眼于电力线网络与远程网无缝连接的大趋势,本文引入TCP/IP协议,构建了基于TCP/IP协议的低压电力线通信模型。为了适应低压电力线的信道特点,本文提出了TCP/IP协议替换算法来压缩TCP/IP协议头,以提高传输效率；同时,采用中间节点缓存机制,减少端对端重传次数,提高网络吞吐量。(2)提出了适合电力线通信的MAC层协议。针对PLC广播式的共享信道的特点,本文借鉴无线网络CSMA/CA信道接入方式,并将其复杂的RTS-CTS机制,改为简单的ACK确认机制,从而减少通信负担,同时保证了数据传输的可靠性。(3)提出了基于邻居表的多路径动态路由算法。现有的低压电力线通信路由算法主要有蚁群算法和分簇算法。蚁群算法实现复杂,对硬件要求较高,很少在低压电力线通信中实际应用。分簇路由主要有交迭式和非交迭两种算法,算法实现相对简甲,但各有其缺点,本文主要结合交迭式和非交迭两种算法的优点,提出了基于邻居表的多路径动态路由算法。该算法实现简单,对硬件的存储空间要求也较低。实验证明,该算法能够保证网络的连通,具有一定的健壮性和优化网络的能力。
黄海燕[3]2004年在《低压电力线网络通信技术研究》文中指出最近电力线通信受到人们的普遍关注,PLC用电力线网络作为高速数据的传输媒介,向用户提供互联网接入等服务创造出巨大的经济效益和社会效益。利用该技术,不仅可以组成小区配电变压器供电范围内的宽带接入网,而且可以利用遍布家庭各个房间的电源插座组成家庭局域网,作为其他宽带接入方式的延伸和补充。由于高速电力线通信利用原有的电力线,不用重新布线,加上220V低压电力用户比有线电视、电话用户普遍得多,电力线高速通信技术拥有其他宽带接入技术无法比拟的巨大潜在用户群。 论文介绍了低压输电线上数据传输的特性、OFDM的基本原理和实现方法和USB接口的电力线网络终端。正交频分复用(OFDM)是一种在干扰环境下有很高可靠性的信号处理技术。电力线网络通信技术(PLC)已经出现很多年了。然而这项技术并没有被广泛的应用主要是因为速度较慢、成本较高和一些其他原因。正交频分复用技术是解决这个问题的最有效手段之一。OFDM的原理很简单,该技术不是在一条通路上传输高速数据流,而是用多条通路传输低速数据流。USB接口的电力线网络终端的耦合模块为高频通信信号提供一个低阻抗通路并且允许高频瞬时现象。前端模拟模块的功能主要包括滤波器、自动增益控制(AGC)和收发转换器。主芯片INT51X1采用PowerPacket OFDM技术,这也是形成HomePlug 1.0.1技术标准的基础。其可在复杂的电力线通信环境下实现可靠的传输,速率最高可以达到14Mbps。INT51X1根据信噪比分配有效的频段来克服深度衰减、噪声源、多径衰减。MAC实行带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)有自动重新请求功能,通过数据包封装实现以太网数据包的可靠传输。INT51X1还包括10位的ADC、10位的DAC和AGC控制。 USB接口的电力线网络通信系统终端设计可用于广泛的用于各种场合,包括居民(家用),商用(办公室、公寓、酒店),运输业及国防应用。 目前,这种USB接口的电力线网络终端正在被许多家庭所使用,它具备了足够的竞争力,使得广大家庭用户能够利用现成的电力线路得到高速、可靠而便捷的通信服务。
彭军[4]2007年在《基于PLC的家庭网络技术研究》文中认为利用电力线通信,已经有几十年的发展历史,如在中高压输电网(35kV以上)上通过电力载波利用较低的频率(9-490kHz)传递低速数据或话音。在低压(220V)配电网,PLC技术主要用于负荷控制,远程抄表和家居自动化,其传输速率一般为1200bps或更低,因此称为低速PLC。通常把传输速率在1Mbps以上的电力线通信技术称之为高速PLC,直到最近几年,由于技术上的突破性进展,才开始出现成熟的产品,投入实际的应用。这一领域中比较有代表性的公司如芯片级厂商:美国的Intellon,法国Easyplug公司,以色列的ITRAN,西班牙的DS2。设备厂商如美国的ASOKA,韩国的Xeline公司,瑞士的ASCOM公司等。随着网络技术及多媒体技术的发展,利用电力线来实现高速Internet接入及多媒体信息传输是当前的研究热点,国外在相关研究和应用方面已取得了很大进展。采用高速电力线接入通信产品,利用220V/380V低压电力线路,以目前主流的14Mbps速率为终端用户提供宽带网络接入,可以实现住宅小区的宽带上网工程。用PLC技术组建家庭、办公宽带局域网,与其他接入方式相比,具有明显的优势。本文设计的PLC家庭网络系统主要由叁大部分组成:1、PLC主控设备。PLC主控终端主要有主控终端接口电路和电力线耦合电路两大部分组成。PLC主控终端的最主要功能是完成以太网数据包和电力包之间的相互转换,进行信号的OFDM调制与解调,以及信号与电力线的耦合。2、用户终端设备。通过用户终端,家用电脑可以向电力线上发送网络访问信息,主控终端接收到电力线上的网络访问信息后,通过modem转发到internet。Internet服务器返回的网络信息通过modem发送给主控终端,主控终端再将此信息发送到电力线网络上,这时用户终端就可以在电力线网络的另一端接收此返回的信息,并转发给家用电脑,实现PLC上网。3、人机交互平台。该平台主要为用户提供一个嵌入式WEB界面,通过这个WEB界面,用户可以很方便管理设备。包括设备IP地址的设定,网关和子网掩码的设定,设备密码的设定,MAC地址过滤功能的设定等。我国有世界最大的有线网络:输电和配电网络,如果能利用四通八达,直达千家万户的220V低压电力线传输高速数据,无疑是解决“最后一公里”的最具竞争力的方案。同时也无疑会对有效打破驻地网的局部垄断,为多家运营商带来平等竞争的机会提供有力的技术武器。
孔祥斌, 粟时平, 肖华根, 柳浩, 杨志成[5]2011年在《低压电力线载波通信特性建模研究》文中进行了进一步梳理低压电力线网络通信是利用低压配电网作为数据交流的传输媒介通信方式,其通信可靠性是当今相关领域研究热点之一。低压配电网络拓扑结构复杂和通信信道噪声大衰减强等特点,降低了低压电力线网络通信可靠性。从低压电力线网络拓扑结构入手,分析了低压电力线网络通信过程中的路径优化问题,并对通信信道、网络时滞特性建模。
徐德超[6]2015年在《低压电力线载波通信组网路由的设计与实现》文中提出电力线载波通信(Power Line Communications, PLC)是指以电力线为媒介进行信息的传输。与其他的通信技术相比,其具有建设速度快、附加投资少、不需要重新布线等优势,在电力领域逐渐成为最欢迎的通信方式。本文主要针对的是低压电力线的应用,充分利用现有的最为普及的电力网络资源,在传输电力的同时,传输更多的数据信息,用以支撑远程自动抄表系统、路灯自动控制系统和智能家居等业务。但在实践中,电力线通信环境恶劣,具有高衰减、强噪声、高阻抗等特点,因此想要实现可靠的数据传输,除了提高点对点通信的成功率,构建快速、灵活、高鲁棒性的网络也至关重要。本文通过对低压电力线载波通信的特殊性进行研究,设计一套组网路由方案来解决通信不可靠的问题。在网络的初始化过程中充分利用节点间的交换信息,划分冲突域,实现空分复用,大大地提高了组网的效率。在网络运行过程中,每个节点实时记录与周围邻居节点间的通信质量,周期性的启动路由评估功能,寻找最优的通信路径,来应对突发噪声和用电负载的突然变化对通信信道造成的影响。不断地进行网络的重构,可以实现整条链路通信的可靠性和实时性,进而解决了在低压电力线网络中由于突发干扰造成的节点间的通信不可靠问题。本方案还引入了多路径机制,来解决单次数据传输失败的问题。本方案在电网的集中自动抄表系统中已成功商用,在全国范围内大批量安装,现场运行规模超过50万个节点,业务性能达到电网的要求,远超其他厂家的同类产品。
刘旭炜[7]2018年在《基于电力线通信的智能家居平台设计》文中提出近些年来,随着我国经济的飞速增长、信息技术实力的快速提升,人们对家居用电设备智能化、信息化的需求日益增长。智能家居领域巨大的发展前景,使得各大研究机构与生产厂商纷纷涌入。但是,眼下我国智能家居领域还处在初级发展阶段,尚没有形成统一的家居内部组网通信标准,各大生产厂商相继推出自己的产品,导致系统之间的兼容性很差,市场整体较为混乱。而且从家居网络通信方式上来看,无论是采用传统的有线方式,还是无线方式,都存在一定的不足。因此,本文针对以上问题,设计了一套基于电力线载波技术的智能家居平台,可以避免传统有线方式需重新布线,无线方式信号穿墙能力弱的缺点,提供快速搭建智能家居系统的解决方案。智能家居平台由网关、节点以及智能手机APP组成。网关作为平台的核心,是本文的重点研究对象。网关由电力线调制解调模块与嵌入式核心板组成,具备电力线通信能力,对内组织管理电力线网络,对外能够连入家居Internet网络,实现与用户智能手机APP的交互。电力线调制解调模块实现电力线通信,为满足不同场合的需要,分别基于低压电力线载波芯片MI200E与INT6400/1400设计了窄带与宽带调制解调解决方案。除了设计制作设备硬件,本文重点研究了电力线通信协议。结合窄带方案的载波芯片MI200E,设计了基于竞争的电力线MAC协议,宽带方案则移植了成熟的HomePlug-AV协议。然后,基于该智能家居平台,本文搭建了一套家居电灯控制系统,用户可方便快捷地通过智能手机APP对家居电灯节点实施控制。最后,严格的性能测试表明,本文设计的窄带/宽带调制解调设备具备良好的电力线通信能力,智能家居网关能够实现电力线网络与外部Internet的交互,基于本文提出的平台,用户可快速地开发智能家居系统。
罗文亮[8]2010年在《基于低压配电网的OFDM调制技术及其应用研究》文中指出低压电力线载波通信(PLC)是通信技术发展的一个比较新的研究方向,其技术研究和应用成为目前国内外研究的热点问题之一,有着深远的理论意义和广泛的实用价值。但由于低压电力线网络信道特征具有时变性且很复杂,对传输信号具有较高的频率选择性衰减特征,使低压电力线上的数据传输速率受限,误码率高。为了充分发挥低压电力线通信的潜力,有必要研究一种频谱效率高、抗噪声及信号衰减能力强的传输技术,在对比各种现有的传输调制技术的优缺点后,采用正交频分复用(OFDM)技术来实现低压电力网络的高速数据传输是一种比较理想的方案。本文对OFDM技术所涉及到的噪声模型、传输模型、信道容量等关键技术问题展开研究,主要工作包括：1、在实验测量的基础上,对低压电力线通信中必须面对的阻抗特性、噪声特性和衰减特性进行了研究,计算分析了信道阻抗、信号的衰减与频率的关系及各种噪声的时域特性、频域特性。2、根据PLC传输网络特征建立了信道传输模型,实验仿真结果表明所建传输模型与实际信道特征接近；在对信号输入功率优化的基础上,研究了室内外低压电力网络支路的数量、支路负载以及支路的长度等因素对信道容量的影响。3、提出了一种基于直接决策估计的OFDM PLC信道的自适应估计和均衡方法,该方法通过接收到的子载波符号表征一个竞争的神经元网络,通过神经元自适应估计信道的权值变化,进而根据信道的权值进行信道估计,利用消除星座对称补偿非线性的影响实现信道均衡。4、通过优化相关系数进行最大似然函数估计,提出了一种基于数据辅助循环序列的时域相关和能量检测算法,仿真结果表明该算法实现了OFDM调制中的频偏估计、时间同步问题。5、研究了一种降低信号峰均比(PAPR)的算法,该算法利用伪随机序列较低的非周期自相关性,对发送序列在时域进行扰动,然后在频域对序列进行相邻分割,分割后的分组信号进行相位扰动,对经过扰动的频域序列进行IDFT变换,得到多个时域信号,选择最小的PAPR时域信号作为传输信号,结果表明其互补累积分布函数(CCDF)曲线下降更快,具有显着地降低OFDM信号的PAPR。6、设计了数据帧格式、中继转发应用层协议,实现了网络7级中继功能；路由算法通过建立节点的传输矩阵标记了网络中的通信节点,然后根据集中器采集数据的方式分为单点数据采集和多点数据采集来建立节点路由表,算法实现了抄表网络的自动路由。论文对OFDM调制技术实现中所遇到的若干关键问题进行了系统的研究,理论分析和实验结果表明本文所得结果具有一定的创新性。
郑艳华[9]2016年在《低压电力线信道特性与小波多载波调制研究》文中认为电力线通信(PLC)作为一种新型的宽带通信方式,通常由终端、耦合器、中继器和电力线网络等几部分组成。电力线通信具有使用方便、建设成本低、覆盖范围广、通信速率高等优点,可以为光纤和x DSL等尚未覆盖的环境中提供接入网和互联网的服务,也可以家庭和大楼为单位组建局域网,还可为特定单位和公司提供专用网。因此,电力线通信具有广泛的应用前景,近年来成为研究的热点。低压电力线网络与其它有线通信网络的传输特性不同,电力线网络原本是用来作为能量传输的通道,而没有考虑通信的特定要求,因而需要对其通信传输特性进行专门的研究。本论文首先从研究室内低压电力线信道的传输特性入手,分析了低压电力线网络在频域的传输特性;然后测量和分析了几种常用电器以及室内低压电力线网络中的噪声特性,并对这些噪声进行了建模;接着利用小波变换在时域和频域都能定位的优势,提出了一种小波多载波电力线通信系统,用小波滤波技术来降低电力线信道中的噪声。具体的研究内容及创新成果如下:1.采用自底向上的建模方法,利用传输线原理和链形散射矩阵理论,对电力线信道的传输特性进行了研究。推导出室内低压电力线网络的传输函数,找出了其传输特性。对总线型、树型、星型和环型等不同室内低压电力线网络拓扑结构的传输特性进行了仿真和测量分析,并研究了支路结构、长度、规格和负载等因素对传输特性的影响。得出了不同拓扑、支路、线型以及负载等因素对传输特性的影响。2.将常见家用电器产生的噪声和电力线信道中的噪声分为背景噪声和脉冲噪声两大类,并利用自回归理论和改进马尔科夫链分别对背景噪声和脉冲噪声进行建模分析。在背景噪声分析中,利用自回归模型并采用汉明窗和布莱克曼窗截断得出的功率谱估计与实测值的相对误差分别为2.68%和2.25%。对脉冲噪声的分析采用改进马尔科夫链模型,并利用汉明窗和布莱克曼窗截断得到的功率谱估计与实测值的相对误差分别2.12%和2.09%。两种模型值与实测值均较吻合。3.研究了利用小波变换对电力线信道中的噪声进行了消除的方法。设计了一种在小波域中利用本地方差分析并通过可靠的噪声检测器来消除高斯噪声和脉冲噪声的时频滤波器系统,该滤波只处理带有噪声的信号,根据带有噪声信号的方差特性自适应地进行去噪处理,降低了噪声水平,提高了信噪比。4.提出了一个低复杂度、高灵活性的多载波扩频系统。考察了该系统在时变行为和多种噪声源的多径频率选择性衰落室内低压电力线信道上带有载波频率误差的性能。该系统的信道间距可变,并在接收端采取相干检测,能有效地抵抗多径衰落。实验结果表明,该方法不仅消除了脉冲噪声和高斯噪声,而且还改善了误比特率,能够为电力线通信提供更高质量的服务。5.针对室内低压电力线信道的特性提出了一种基于正交小波的多载波扩频通信系统。该系统利用不同的正交小波基在不同子带上调制信号,从而实现电力线多载波调制。该调制方式既能克服OFDM系统中对频偏敏感和峰均比高的缺点,又能去除接收信号中的噪声和实现多载波多用户多规格通信的功能。
李延祥[10]2015年在《低压电力线通信改进组网路由算法与通信协议研究》文中提出低压电力线通信技术以其分布广泛、无需重新布线、成本低廉等特点,在路灯控制、智能家居和楼宇自动化、远程自动抄表等系统中得到大量应用。然而,由于电力线网络的物理拓扑多变、频率选择性衰减和信道干扰强烈等原因,使得其点对点有效通信距离和通信可靠性不足。目前普遍采用建立网络中继的策略来满足电力线通信网络规模扩展的需要。现存的各类组网路由算法及可用于电力线网络的通信协议大多无法在算法复杂度和通信可靠性两方面取得兼顾。本文从提高通信可靠性和稳定性的角度,针对自动抄表系统,研究低压电力线通信组网路由算法和通信协议的改进方案。本文首先通过对低压电力线通信网络特性的研究,总结了电力线通信组网的特点及要求。在分析现存叁种主要组网路由算法的优势和不足的基础上,提出了一种改进组网路由模型。通过通信成功率的对比,说明了与非交迭分簇模型相比,改进模型在通信可靠性和稳定性上具有不可比拟的优势。利用提出的改进路由模型进行组网路由算法的设计,通过Matlab仿真工具对算法进行了原理验证和实例分析。结果表明,改进组网路由算法充分利用了非交迭分簇算法和单层人工蛛网算法的优势,实现了简单、高效、可靠组网的要求。接着,本文介绍了一种基于非交迭分簇路由模型的典型通信协议——PRIME标准,对其物理层及MAC层协议的内容和特点进行了深入细致的分析。并根据其存在的一些不足,利用改进组网路由算法,提出了相应的改进方案,提高了协议的灵活性、可靠性和通信效率。鉴于PRIME标准协议内容复杂,对节点存储空间和运算能力要求较高等不足,提出了符合我国DL/T645通讯规约的四层通信协议——CCMR协议。对其数据链路层和网络层协议进行了详细的算法及程序设计,分析了协议的特点及优势。最后,利用True Time工具箱,搭建了低压电力线网络仿真模型。对PRIME协议、改进PRIME协议和CCMR协议进行了程序设计和仿真验证,定量比较分析了叁种协议在各方面的性能。结果表明,与PRIME协议相比,采用改进组网路由模型及算法的通信协议,组网时间短、路由开销小、数据包投递率高,真正实现了高效可靠通信的要求,具有良好的市场价值和应用前景。
参考文献：
[1]. 低压配电网电力线载波通信动态组网方法研究[D]. 戚佳金. 哈尔滨工业大学. 2009
[2]. 低压电力线网络通信协议及路由算法研究[D]. 熊辉. 兰州大学. 2012
[3]. 低压电力线网络通信技术研究[D]. 黄海燕. 武汉大学. 2004
[4]. 基于PLC的家庭网络技术研究[D]. 彭军. 厦门大学. 2007
[5]. 低压电力线载波通信特性建模研究[J]. 孔祥斌, 粟时平, 肖华根, 柳浩, 杨志成. 电气开关. 2011
[6]. 低压电力线载波通信组网路由的设计与实现[D]. 徐德超. 中国科学院大学(工程管理与信息技术学院). 2015
[7]. 基于电力线通信的智能家居平台设计[D]. 刘旭炜. 浙江大学. 2018
[8]. 基于低压配电网的OFDM调制技术及其应用研究[D]. 罗文亮. 西安理工大学. 2010
[9]. 低压电力线信道特性与小波多载波调制研究[D]. 郑艳华. 华南理工大学. 2016
[10]. 低压电力线通信改进组网路由算法与通信协议研究[D]. 李延祥. 哈尔滨工业大学. 2015
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