低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制與分簇路由協(xié)議研究.pdf

1、電力線網(wǎng)絡(luò)是世界上最為普遍也是覆蓋最為寬廣的一種網(wǎng)絡(luò)。以低壓電力線路作為傳輸通道的低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)，直接利用已有的電力線資源，具有物理通道可靠性高、覆蓋面廣、使用方便、網(wǎng)絡(luò)安裝維護(hù)成本低、永久在線等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于缺乏能夠適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)布局規(guī)劃策略、可靠實(shí)時(shí)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議和路由協(xié)議使得低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用受到了制約。為了使低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)能更加有效的得到應(yīng)用，本文對低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和分簇路由進(jìn)行了研究，

2、主要創(chuàng)新性工作如下：
　　 針對低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)規(guī)模大情況下傳統(tǒng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的利用效率低和重傳數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)性差等問題，提出有利于提高低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)利用效率的基于工頻同步的時(shí)隙介質(zhì)訪問控制協(xié)議。協(xié)議根據(jù)低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)工頻電壓信號覆蓋全網(wǎng)特點(diǎn)，采用交流電源工頻(50Hz或60HZ)信號的過零信號對網(wǎng)絡(luò)中所有的載波節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘同步。該協(xié)議通過優(yōu)先級偵聽、退避競爭、概率P預(yù)約告知等策略大大降低網(wǎng)絡(luò)沖突概率，避免因大量數(shù)據(jù)

3、包碰撞造成網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，提高了網(wǎng)絡(luò)利用效率。采用固定競爭窗口和重傳優(yōu)先級提高機(jī)制保證重傳數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。
　　 針對低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)時(shí)變性造成難以進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題，提出可以準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕谧钚⌒盘査p強(qiáng)度的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法。算法依據(jù)物理層信號強(qiáng)度及載波節(jié)點(diǎn)鄰接關(guān)系建立電力載波網(wǎng)絡(luò)最小生成樹拓?fù)淠Ｐ?。采用遺傳模擬退化算法進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，充分利用遺傳算法加快收斂，模擬退火算法避免陷入局部最優(yōu)，從而快速獲得全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。針對該算

4、法發(fā)現(xiàn)的拓?fù)滏溄訑?shù)目較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題，進(jìn)一步引入度約束對算法進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的算法獲得的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，方便有效進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布局規(guī)劃，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。
　　 針對低壓電力線載波網(wǎng)絡(luò)普通分簇算法產(chǎn)生簇頭過多、簇問路徑單一問題，基于物理層接收信號強(qiáng)度提出了一種適應(yīng)于低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)的分簇算法及網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)方法。該算法采用衰減遞減順序角色確定法和簇間多路徑分簇結(jié)構(gòu)，有效地減少了簇頭數(shù)量，降低了通信延遲，增加了簇間有效通信路徑，提

5、高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
　　 針對低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)信道干擾與時(shí)變造成路由鏈路不可靠問題，在網(wǎng)絡(luò)分簇的基礎(chǔ)上提出一種具有可靠性保證的動態(tài)路由算法，該算法根據(jù)載波簇頭網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇闃錉罱Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立以最小傳輸延遲與丟包率為優(yōu)化目標(biāo)的算法模型算法，采用多路徑的路由選擇策略，避免最佳路徑失效導(dǎo)致路由失敗，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。為了提高路由搜索效率，采用遺傳算法與蟻群算法相結(jié)合的尋優(yōu)策略，結(jié)果表明結(jié)合算法比純遺傳算法和純蟻群算法在平均時(shí)延、數(shù)據(jù)包投遞成