面向电力物联网的电力线路与无线通信融合技术研究

2024-05-17张相敏崔正峰

通信电源技术 2024年6期

张相敏，崔正峰

（山东福大变压器有限公司，山东聊城 252000）

0 引言

在通信信息发展下，电力物联网应运而生。通过信息传感技术完成不同的电力生产、管理步骤，以增强电力通信感知能力[1-2]。使用电力线路作为无线通信媒介有很多优势。例如，电力线路覆盖范围广泛，电力线路传输的信号不受地形、建筑物等因素影响[3]。实际应用中，无线通信融合易受噪声等干扰限制，因此需研究有效的电力线路无线通信融合技术[4]。

目前，电力线路无线通信融合技术仍存在问题。例如，电力线路中的噪声和干扰影响无线通信信号质量，需提升信号传输质量和可靠性[5]。相关人员设计基于5G 网络与ZigBee 融合组网技术的电力线路无线通信融合技术和考虑图像信号融合的电力线路无线通信融合技术提升信号传输质量和可靠性，但效果不佳[6-7]。因此，文章设计了一种全新的电力线路无线通信融合技术。

1 面向电力物联网的电力线路与无线通信融合技术设计

1.1 面向电力物联网识别电力线路无线通信传输特性

大部分无线通信网络使用混合拓扑结构获取通信链路，但实际传输过程中存在噪声衰减问题。基于此，文章通过信道传输的叠加衰减效果，设计无线通信特性描述输出函数y(n)，表达式为

式中：h(k)为通信输出信号；x(n-k)为无线通信输入信号。

根据式（1）函数进行自回归响应，将电力线路无线通信融合看成随机过程，生成电力线路无线通信特性传输分析模型H(fn,t)，表达式为

式中：N(fn)为自衰减函数；ai为通信采样频率；N(fn-1,t)为白噪声过程函数。

根据式（2）模型的采样参数、频率变化实时获取无线通信传输特性，为后续的电力线路无线通信融合提供基础。

1.2 利用信息感知进行电力线路无线通信融合跨层分配

电力物联网涵盖大量电力传感器节点，可以通过低压电力线接入无线通信网络，模拟信号衰减状态。因此，利用低压微功率跨层融合方法计算不同节点的分配感知衰减值，构建有效的跨层融合分配网络。信息感知电力线路无线通信融合跨层分配网如图1 所示。

图1 信息感知电力线路无线通信融合跨层分配网

1.3 搜索电力线路无线通信融合路径

为提升电力线路无线通信融合性能，需要搜索电力线路无线通信融合路径。路径搜索参数DR为

式中：DN(e)为搜索子集。

根据式（3）的路径搜索参数判断通信约束状态，将最优路径搜索问题转换为目标函数寻优问题。设计路径搜索代价函数SC(R)为

式中：EN为平均通信速率。

根据路径搜索代价函数计算路径质量评价函数，进行通信服务质量约束，获取的最优搜索路径ΔS为

式中：ρ为通信路径路由跳数。

使用上述步骤进行电力线路无线通信融合最优路径搜索可有效控制局部收敛次数。

2 实验

2.1 实验准备

文章选取MATLAB 2020 作为实验平台，进行无线通信融合实验。即预设增益信道均匀分布，取值范围为0.5 ～1.5 dB，调整初始信道噪声值，使服务质量（Quality of Service，QoS）速率变为10 Mb/s，此时的非实时用户QoS 速率为10 Mb/s。根据电力线路无线通信网络的实际通信状态，预设400 m×400 m 仿真实验区域，设置1 ～16 个通信网络拓扑节点。仿真实验节点通信拓扑组成如图2 所示。

图2 仿真实验节点通信拓扑组成

由图2 可知，2、4、5、6、8、9 以及11 均属于中继路由节点。实际的电力线路无线通信传输过程较为复杂，难以进行资源分配与响应。因此，在实验前需预先由中心节点发送不同的信息探测帧，利用状态信息网络拓扑进行分配反馈，获取完整的无线通信数据。

2.2 实验结果与讨论

使用文章设计的面向电力物联网的电力线路无线通信融合技术、文献[6]的基于5G 网络与ZigBee融合组网技术的电力线路无线通信融合技术以及文献[7]的考虑图像信号融合的电力线路无线通信融合技术，进行电力线路无线通信融合，记录3 种方法在不同传输节点下的通信融合传输性能，实验结果如表1～表4 所示。

表1 通信传输时延实验结果单位：ms

表2 无线通信传输误码率实验结果

表3 无线通信传输速率实验结果单位：Mb/s

表4 无线通信路径效果判断结果

根据表1 ～表4 数据可知，文章设计的面向电力物联网的电力线路无线通信融合技术在不同通信传输节点下的无线通信传输时延、误码率较低，而传输速率较高。相比之下，文献[6]技术和文献[7]技术的时延和误码率较高，而传输速率较低。实验表明，文章提出的电力线路无线通信融合技术具有较好的融合效果和可靠性，有一定的应用价值。