[發(fā)明專利]一種中壓配網(wǎng)電力線載波通信路由算法

在審

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• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN106973015A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王艷;薛晨;焦彥軍
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H04L12/721
• 分類號: H04L12/721;H04L12/803;H04B3/54
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11212
• 代理人: 談杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種中壓配網(wǎng)電力線載波通信路由算法。

背景技術(shù)

中壓配網(wǎng)為35kV及以下的配電網(wǎng)絡(luò)，電力線載波通信是使用現(xiàn)有的電力線作為通信信道，在電力線上加載、接收高頻信號實現(xiàn)通信，利用耦合裝置實現(xiàn)強電與弱電的隔離。在中壓配網(wǎng)配電自動化領(lǐng)域應(yīng)用電力線載波通信(power line communication，PLC)技術(shù)，設(shè)計靈活完善的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與節(jié)點自組網(wǎng)路由算法是保障PLC系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。人工智能方法被大量應(yīng)用到低壓PLC組網(wǎng)路由算法的研究之中，但該方法實現(xiàn)過程復(fù)雜，尋優(yōu)時間較長。傳統(tǒng)分層搜索算法簡單迅速，但路由優(yōu)化指標單一，優(yōu)化結(jié)果不一定最優(yōu)。人工智能算法與分層搜索算均未考慮配網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，導致組網(wǎng)過程具有盲目試探性。基于多叉樹遍歷的組網(wǎng)算法雖然結(jié)合了配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但不夠靈活，當配網(wǎng)中有較強干擾時可能導致路由算法失效。

智能電網(wǎng)的進一步發(fā)展對中壓配網(wǎng)配電自動化通信提出了更高要求，不論直接接入中壓配網(wǎng)的分布式電源還是通過配電變壓器間接接入中壓配網(wǎng)的低壓智能用電負荷等新興設(shè)備，均需實時傳輸大量配電自動化數(shù)據(jù)。電力線載波通信技術(shù)成本低、組網(wǎng)方式靈活，已成為未來配電自動化通信的首選方式之一。但PLC網(wǎng)絡(luò)信道環(huán)境惡劣、干擾嚴重、時變性大，靈活完善的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與節(jié)點自組網(wǎng)路由算法是保障中壓配網(wǎng)PLC系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。

近年來，人工智能與分層搜索方法在PLC路由算法中研究較多。蟻群算法、人工蛛網(wǎng)算法、遺傳算法等人工智能方法被大量應(yīng)用到低壓PLC組網(wǎng)路由算法的研究之中，這些方法對于低壓抄表系統(tǒng)尚可滿足其集抄需求，但難以滿足中壓配電自動化數(shù)據(jù)傳輸高實時性的應(yīng)用要求。傳統(tǒng)分層搜索算法簡單迅速，可以保證路由中繼跳數(shù)較少，但路由優(yōu)化指標單一，搜索結(jié)果不一定最優(yōu)。

基于人工智能的PLC路由算法屬于隨機全局尋優(yōu)算法，實現(xiàn)過程復(fù)雜，占用大量軟硬件資源，尋優(yōu)時間較長，對于低壓抄表系統(tǒng)尚可滿足其集抄需求，但難以滿足中壓配電自動化數(shù)據(jù)傳輸高實時性的應(yīng)用要求。傳統(tǒng)分層搜索算法簡單迅速，可以保證路由中繼跳數(shù)較少，但路由優(yōu)化指標單一，搜索結(jié)果不一定最優(yōu)。人工智能算法與分層搜索算均未考慮配網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，導致組網(wǎng)過程具有盲目試探性。基于多叉樹遍歷的組網(wǎng)算法雖然結(jié)合了配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但不夠靈活，當配網(wǎng)中有較強干擾時可能導致路由算法失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種中壓配網(wǎng)電力線載波通信路由算法，解決了現(xiàn)有的計算方法過于復(fù)雜，路由優(yōu)化指標單一，當配網(wǎng)中有較強干擾時可能導致路由算法失效的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種中壓配網(wǎng)電力線載波通信路由算法，按照以下步驟進行：

步驟1：設(shè)置中壓配電網(wǎng)載波通信三級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；同一變電站中各中壓配電出線的主節(jié)點均直接接入該站的配電自動化系統(tǒng)，構(gòu)成PLC變電站區(qū)域網(wǎng)；每條中壓配電出線上的PLC節(jié)點形成一個一級子網(wǎng)，每個一級子網(wǎng)中有一個一級子網(wǎng)主節(jié)點與若干個一級子網(wǎng)從節(jié)點；每條分支線路的PLC節(jié)點組成一個二級子網(wǎng)，每個二級子網(wǎng)就近選擇主干上的一級子網(wǎng)從節(jié)點作為該二級子網(wǎng)的主節(jié)點，這樣形成區(qū)域網(wǎng)—一級子網(wǎng)—二級子網(wǎng)的三級次PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中一級子網(wǎng)主節(jié)點、二級子網(wǎng)主節(jié)點根據(jù)中壓配網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)靜態(tài)指定；

步驟2：子網(wǎng)主節(jié)點廣播搜索從節(jié)點命令，收到該廣播的從節(jié)點以物理ID為標識，應(yīng)答主節(jié)點，請求注冊入網(wǎng)；

步驟3：主節(jié)點根據(jù)收到的從節(jié)點請求注冊入網(wǎng)信息，向該從節(jié)點返回允許注冊命令以及本子網(wǎng)的標識符；經(jīng)過這兩步，搜索到的節(jié)點為第1層節(jié)點，主節(jié)點通過搜索得到第1層節(jié)點，建立鏈路，在建立鏈路同時，根據(jù)雙方的通信情況確定鏈路質(zhì)量Q值；

步驟4：第1層節(jié)點按照物理ID由小至大分別搜索剩余所有節(jié)點，剩余節(jié)點若能接收到某節(jié)點的搜索信號則應(yīng)答該節(jié)點，第1層節(jié)點記錄應(yīng)答節(jié)點的物理地址與對應(yīng)的鏈路質(zhì)量，并匯報給主節(jié)點，此步驟搜索到的節(jié)點歸為第2層節(jié)點；

步驟5：若某個第2層節(jié)點存在多個第1層中繼節(jié)點，則進行層間鏈路優(yōu)化，選定唯一中繼節(jié)點；

步驟6：第2層節(jié)點繼續(xù)向下搜索第3層節(jié)點，并優(yōu)化2、3層之間鏈路，依次類推，直至該子網(wǎng)內(nèi)的所有節(jié)點。

進一步，步驟3中，Q值越小對應(yīng)的鏈路質(zhì)量越好。

進一步，步驟5中的層間鏈路優(yōu)化的算法如下：

1)確定鏈路優(yōu)化前各節(jié)點的負載數(shù)；

2)確定第2層節(jié)點的入網(wǎng)優(yōu)先級；設(shè)定可選上層中繼個數(shù)較少的節(jié)點具有較高入網(wǎng)優(yōu)先級，若兩個節(jié)點入網(wǎng)優(yōu)先級相同則優(yōu)先使編號較大的節(jié)點入網(wǎng)；