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配電網是電力系統的末端環節，直接面向社會和客戶，其網絡性能直接影響用戶體驗和供電可靠性。隨著配電網逐步向配電物聯網方向發展， 現有電力線載波通信(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。無線通信網絡具有成本低廉， 易于維護，可擴展性強，靈活性高等優點，對促進我國智能電網的構建有積極作用，是配電網中重要的通信手段。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的通信需求。
網絡拓撲結構
為了保證配電網通信的可靠性，目前學術界、產業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。融合異構網絡能夠結合各個網絡的優點，實現合作增益，提升配電網業務傳輸性能。IEEE 1905 協議提出了虛擬 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) 來實現以太網(IEEE802.3)、無線局域網(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 協議未考慮多跳網絡的融合，也未對多種網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的組網融合方案，一種針對于對通信可靠性要求較高的區域，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協調器(CCO)與樓道中的代理協調器(PCO)無法通信的問題，另一種針對于覆蓋區域較大，站點距離較遠的場景下，采用 PLC 與無線級聯通信的組網方案，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算法，側重于解決融合網絡的組網和拓撲優化問題。
融合網絡的總體架構與功能示意圖
同時，配電網為了綜合利用不同通信方式的特點，在保證業務可靠性的同時提升系統的資源利用率，異構網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。文獻采用經典的輪詢算法進行資源調度分配業務，周期性地對每個業務包按照預先設計好的策略進行輪詢發送，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絡切換算法，以時延、帶寬、經濟性和丟包率作為判決指標進行決策，但未考慮各網絡的實際業務承載情況，不利于實現網絡間的負載均衡。文獻提出異構網絡適用的 M/M/1 排隊論模型，模擬異構網絡的多流傳輸，這種方法整個系統看作一個服務速率一致的整體，未考慮到配電系統中每個環節的變化。文獻提出了一種基于遺傳算法的風電、光伏和光熱聯合調度策略，這種方法在實現上有許多參數，這種參數的選取大部分依靠經驗，可靠性不足。文獻基于 D-S 證據理論對多數據進行混合分析，這種方法在實際計算上存在指數到爆炸的問題。文獻基于灰色模糊理論來確定優先級，由模糊矩陣確定權重和上界，這種方法算法復雜度高，數據處理量大。
單跳網絡業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絡時延，為進一步實現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).
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