面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路與無線通信融合技術(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)運而生。通過信息傳感技術(shù)完成不同的電力生產(chǎn)、管理步驟，以增強電力通信感知能力[1-2]。使用電力線路作為無線通信媒介有很多優(yōu)勢。例如，電力線路覆蓋范圍廣泛，電力線路傳輸?shù)男盘柌皇艿匦巍⒔ㄖ锏纫蛩赜绊慬3]。實際應(yīng)用中，無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線通信融合技術(shù)[4]。

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

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

1.1 面向電力物聯(lián)網(wǎng)識別電力線路無線通信傳輸特性

大部分無線通信網(wǎng)絡(luò)使用混合拓撲結(jié)構(gòu)獲取通信鏈路，但實際傳輸過程中存在噪聲衰減問題。基于此，文章通過信道傳輸?shù)寞B加衰減效果，設(shè)計無線通信特性描述輸出函數(shù)y(n)，表達式為

式中：h(k)為通信輸出信號；x(n-k)為無線通信輸入信號。

根據(jù)式（1）函數(shù)進行自回歸響應(yīng)，將電力線路無線通信融合看成隨機過程，生成電力線路無線通信特性傳輸分析模型H(fn,t)，表達式為

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

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

1.2 利用信息感知進行電力線路無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，可以通過低壓電力線接入無線通信網(wǎng)絡(luò)，模擬信號衰減狀態(tài)。因此，利用低壓微功率跨層融合方法計算不同節(jié)點的分配感知衰減值，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線通信融合跨層分配網(wǎng)

1.3 搜索電力線路無線通信融合路徑

為提升電力線路無線通信融合性能，需要搜索電力線路無線通信融合路徑。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)路徑搜索問題轉(zhuǎn)換為目標函數(shù)尋優(yōu)問題。設(shè)計路徑搜索代價函數(shù)SC(R)為

式中：EN為平均通信速率。

根據(jù)路徑搜索代價函數(shù)計算路徑質(zhì)量評價函數(shù)，進行通信服務(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)。

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

2 實 驗

2.1 實驗準備

文章選取MATLAB 2020 作為實驗平臺，進行無線通信融合實驗。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，此時的非實時用戶QoS 速率為10 Mb/s。根據(jù)電力線路無線通信網(wǎng)絡(luò)的實際通信狀態(tài)，預(yù)設(shè)400 m×400 m 仿真實驗區(qū)域，設(shè)置1 ～16 個通信網(wǎng)絡(luò)拓撲節(jié)點。仿真實驗節(jié)點通信拓撲組成如圖2 所示。

圖2 仿真實驗節(jié)點通信拓撲組成

由圖2 可知，2、4、5、6、8、9 以及11 均屬于中繼路由節(jié)點。實際的電力線路無線通信傳輸過程較為復(fù)雜，難以進行資源分配與響應(yīng)。因此，在實驗前需預(yù)先由中心節(jié)點發(fā)送不同的信息探測幀，利用狀態(tài)信息網(wǎng)絡(luò)拓撲進行分配反饋，獲取完整的無線通信數(shù)據(jù)。

2.2 實驗結(jié)果與討論

使用文章設(shè)計的面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路無線通信融合技術(shù)、文獻[6]的基于5G 網(wǎng)絡(luò)與ZigBee融合組網(wǎng)技術(shù)的電力線路無線通信融合技術(shù)以及文獻[7]的考慮圖像信號融合的電力線路無線通信融合技術(shù)，進行電力線路無線通信融合，記錄3 種方法在不同傳輸節(jié)點下的通信融合傳輸性能，實驗結(jié)果如表1～表4 所示。

表1 通信傳輸時延實驗結(jié)果 單位：ms

表2 無線通信傳輸誤碼率實驗結(jié)果

表3 無線通信傳輸速率實驗結(jié)果 單位：Mb/s

表4 無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)計的面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路無線通信融合技術(shù)在不同通信傳輸節(jié)點下的無線通信傳輸時延、誤碼率較低，而傳輸速率較高。相比之下，文獻[6]技術(shù)和文獻[7]技術(shù)的時延和誤碼率較高，而傳輸速率較低。實驗表明，文章提出的電力線路無線通信融合技術(shù)具有較好的融合效果和可靠性，有一定的應(yīng)用價值。

3 結(jié) 論

隨著電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展，無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用日益重要。文章針對電力線路與無線通信融合技術(shù)進行研究，旨在滿足電力系統(tǒng)智能化發(fā)展的需求。實驗結(jié)果表明，文章設(shè)計的面向電力物聯(lián)網(wǎng)的電力線路與無線通信融合技術(shù)具有較好的融合效果和可靠性，具有一定的應(yīng)用價值，可為電力系統(tǒng)智能化發(fā)展做出貢獻。