电力系统无线双模通信网络的数据传输方法及系统与流程

本发明属于电力通信领域，具体涉及一种电力系统无线双模通信网络的数据传输方法及系统。

背景技术：

1、随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

2、目前，随着智能电网的发展，感知终端采集频率正由小时级向分钟级乃至秒级演进，采集信息量由电气量扩展到状态量、物理量、环境量乃至行为量。全息感知的智能电网对终端接入网的通信技术提出了更高的要求。

3、配电台区作为智能电网的末端，需要采集配电变压器、智能分支开关、智能电表、充电桩、分布式光伏等的电流、电压、功率、电能量和环境量数据。其通信方式一般由远程通信和本地通信两部分组成。其中，远程通信是指从采集终端如集中器到系统平台端的通信链路，主要采用无线公网、无线专网等方式。本地通信网络是指从感知终端如智能电表到采集终端的通信网络。本地通信网络由于分布在居民大楼、工业与企业园区，其通信环境复杂，目前通常采用高速电力载波(hplc)与微功率无线两种方式。

4、高速电力载波能利用电力线进行通信，不用额外布设通信线缆，可以减少施工难度；但是其传输速率受电网结构和各类电噪声干扰，信号衰减大，传输距离短。微功率无线方便部署，也不用敷设通信线路，但是容易受楼内墙壁遮挡，传输距离受限。目前，市场上越来越多的电表与集中器已经部署双模组，同时支持hplc和无功率无线，能够通过两种通信方式进行协同，提升通信可靠性和信息传输速率。

5、其中，网络选择研究是这两种通信技术协同的重要研究方向，通过合理选择通信网络解决通信孤岛问题。现在已经有大量的、针对通信网络选择的研究。但是，当电表等终端分布范围较大时，如在企业、工业园区、较高的居民楼等场景，受限于hplc与微功率无线的传输距离，集中器与电表之间无法通过hplc或微功率无线点对点通信，因此需要采用中继的方式。已经有研究人员提出了一些这方面的研究，比如有研究人员提出了一种基于信道质量的中继选择和双叉树的路由策略，或者针对两种通信方式的一种集中式的混合路由表构建方案，以及一种根据信道质量进行两种通信中继选择的方案。

6、但是，这些方案并没有有效的提升整体台区传输容量，而且也没有解决集中式策略的控制信息开销较大、并且容易形成信息孤岛的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种能够有效提高通信网络的传输容量，而且传输效率高、网络控制开销小的电力系统无线双模通信网络的数据传输方法。

2、本发明的目的之二在于提供一种实现所述电力系统无线双模通信网络的数据传输方法的系统。

3、本发明提供的这种电力系统无线双模通信网络的数据传输方法，包括如下步骤：

4、s1.获取电力系统无线双模通信网络的网络参数信息；

5、s2.各节点初始化自身的数据信息；

6、s3.每个中继节点根据通信网络的干扰噪声功率进行通信子载波的分配；

7、s4.各节点接收步骤s3的分配结果，并完成对应的数据传输；

8、s5.数据传输完成后，各节点更新自身的数据信息；

9、s6.重复步骤s3～s5，直至数据传输完毕，完成电力系统无线双模通信网络的数据传输。

10、步骤s2所述的各节点初始化自身的数据信息，具体包括如下步骤：

11、a.所有节点通过随机接入的方式，在公共广播信道以发送功率p0发送自身的id编码；同时，每一个节点i维护自身的邻居电力载波通信集合邻居无线通信集合电力载波通信下一跳中继集合无线通信下一跳中继集合潜在电力载波通信中继节点集合tih、潜在无线通信中继节点集合tiw、本节点跳数hopi、中继节点跳数{hopj}、基于节点i至节点j间的电力载波通信的第n个子载波的信道增益得到的估计信道增益和基于节点i至节点j间的无线通信的第n个子载波的信道增益得到的估计信道增益

12、b.当节点j通过公共广播信道接收到节点i的信号并解码成功后，节点j估算得到节点j上电力载波通信接收信干噪比和节点j上无线通信接收信干噪比并进行判断：

13、若则其中γh为电力载波通信的最小信干噪比门限；

14、若则其中γw为无线通信的最小信干噪比门限；

15、同时，节点j估算节点i到节点j的电力载波通信公共信道增益和节点i到节点j的无线通信公共信道增益从而更新集合和

16、当经过设定的时隙t0后，节点j通过广播信道发送集合和

17、c.节点i接收到节点j发送的信息后，进行判定：

18、若则将节点j放入集合

19、若则将节点j放入集合

20、同时，若存在或且节点j为目的节点，则节点i更新自身的节点跳数hopi为1，并对外广播；

21、d.节点i接收到节点j发送的跳数信息后，进行判定：

22、若或则更新集合{hopj}中节点j的跳数；

23、经过设定的时隙t1后，节点i将自身的节点跳数hopi更新为min{hopj}+1，并对外广播；

24、e.各个节点均更新跳数并持续时间到达设定的时隙t2后，对每个节点i进行判定：

25、若且hopj＜hopi，则将节点j从集合中移除，并将集合对外广播；

26、若且hopj＜hopi，则将节点j从集合中移除，并将集合对外广播；

27、f.每个中继节点j收到集合和后，同步更新集合和完成各节点自身数据信息的初始化。

28、步骤s3所述的每个中继节点根据通信网络的干扰噪声功率进行通信子载波的分配，具体包括如下步骤：

29、a.每个中继节点j，检测每一个电力载波通信子载波的干扰噪声功率和无线通信子载波的干扰噪声功率：

30、若电力载波通信子载波的干扰噪声功率和无线通信子载波的干扰噪声功率满足设定的第一要求，则暂定将第n个电力载波通信子载波或第m个无线通信子载波分配给节点i；

31、然后，建立一个2n大小的窗口，n为窗口尺寸，并随机选取一个自然数x，且要求x满足0≤x＜2n；然后持续监听x个设定的时隙，若监听时段内电力载波通信子载波的干扰噪声功率和无线通信子载波的干扰噪声功率均满设定的第二要求，则确定将第n个电力载波通信子载波或第m个无线通信子载波分配给节点i，并通过控制信号将分配结果发送给节点i；

32、b.节点i接收到节点j下发的分配结果后，按照接收到的分配结果进行数据传输，直至接收到新的分配结果；

33、c.若中继节点j在设定的时隙t3内，未收到节点i发送的数据，则返回步骤a并重新进行分配；

34、若中继节点j接收到了节点i发送的数据，但接收数据时的干扰噪声功率不满足设定的要求，则将窗口尺寸n增大，并返回步骤a重新进行分配。

35、步骤a所述的电力载波通信子载波的干扰噪声功率和无线通信子载波的干扰噪声功率满足设定的第一要求，具体包括如下步骤：

36、对于中继节点j，当且仅当满足以下两个条件时，认定电力载波通信子载波的干扰噪声功率满足设定的第一要求，并将第n个电力载波通信子载波分配给节点i：

37、条件一：节点i在中继节点j的第n个电力载波通信子载波上有最大的估算的信道增益；

38、条件二：条件一中的最大的估算的信道增益大于电力载波通信的最小信干噪比门限γh；

39、其中，采用如下算式计算条件一中的最大的估算的信道增益：

40、

41、式中为电力载波通信中每个子载波发送的最大功率；为中继节点j上第n个电力载波通信子载波的干扰量；为中继节点j上电力载波通信子载波的噪声；|| ||2为二阶矩阵函数；

42、对于中继节点j，当且仅当满足以下两个条件时，认定无线通信子载波的干扰噪声功率满足设定的第一要求，并将第n个无线通信子载波分配给节点i：

43、条件一：节点i在中继节点j的第n个无线通信子载波上有最大的估算的信道增益；

44、条件二：条件一中的最大的估算的信道增益大于无线通信的最小信干噪比门限γw；

45、其中，采用如下算式计算条件一中的最大的估算的信道增益：

46、

47、式中为无线通信中每个子载波发送的最大功率；为中继节点j上第n个无线通信子载波的干扰量；为中继节点j上无线通信子载波的噪声；|| ||2为二阶矩阵函数。

48、步骤a所述的监听时段内电力载波通信子载波的干扰噪声功率和无线通信子载波的干扰噪声功率均满设定的第二要求，具体包括如下步骤：

49、对于中继节点j，当且仅当满足以下条件时，认定监听时段内电力载波通信子载波的干扰噪声功率满足设定的第二要求，并将第n个电力载波通信子载波分配给节点i：

50、

51、式中为电力载波通信中每个子载波发送的最大功率；为中继节点j上第n个电力载波通信子载波的干扰量；为中继节点j上电力载波通信子载波的噪声；|| ||2为二阶矩阵函数；

52、对于中继节点j，当且仅当满足以下条件时，认定监听时段内无线通信子载波的干扰噪声功率满足设定的第二要求，并将第n个无线通信子载波分配给节点i：

53、

54、式中为无线通信中每个子载波发送的最大功率；为中继节点j上第n个无线通信子载波的干扰量；为中继节点j上无线通信子载波的噪声；|| ||2为二阶矩阵函数。

55、步骤s5所述的各节点更新自身的数据信息，具体包括如下步骤：

56、(1).数据传输完成后，每经过设定的时隙t4，所有节点i广播自身的数据信息；所述的数据信息包括id、和hopi；

57、(2).每个节点接收到步骤(1)发送的数据信息后，采用如下步骤进行数据信息的更新：

58、(2)-1.当节点j通过公共广播信道接收到节点i的信号并解码成功后，节点j估算得到节点j上电力载波通信接收信干噪比和节点j上无线通信接收信干噪比并进行判断：

59、若则其中γh为电力载波通信的最小信干噪比门限；

60、若则其中γw为无线通信的最小信干噪比门限；

61、同时，节点j估算节点i到节点j的电力载波通信公共信道增益和节点i到节点j的无线通信公共信道增益从而更新集合和

62、(2)-2.节点i接收到节点j发送的信息后，进行判定：

63、若则将节点j放入集合

64、若则将节点j放入集合

65、同时，若存在或且节点j为目的节点，则节点i更新自身的节点跳数hopi为1；

66、(2)-3.节点i接收到节点j发送的跳数信息后，进行判定：

67、若或则更新集合{hopj}中节点j的跳数；

68、经过设定的时隙t1后，节点i将自身的节点跳数hopi更新为min{hopj}+1；

69、(2)-4.各个节点均更新跳数并持续设定的时隙t2后，对每个节点i进行判定：

70、若且hopj＜hopi，则将节点j从集合中移除，并将集合对外广播；

71、若且hopj＜hopi，则将节点j从集合中移除，并将集合对外广播；

72、(2)-5.每个中继节点j收到集合和后，同步更新集合和

73、本发明还公开了一种实现所述电力系统无线双模通信网络的数据传输方法的系统，包括数据获取模块、初始化模块、子载波分配模块、数据传输模块、数据更新模块和循环模块；数据获取模块、初始化模块、子载波分配模块、数据传输模块、数据更新模块依次串联；循环模块的输入端连接数据更新模块的输出端，循环模块的输出端连接子载波分配模块的输入端；数据获取模块用于获取电力系统无线双模通信网络的网络参数信息，并将数据上传初始化模块；初始化模块用于根据接收到的数据，初始化各节点的数据信息，并将数据上传子载波分配模块；子载波分配模块用于根据接收到的数据，根据通信网络的干扰噪声功率对每个中继节点进行通信子载波的分配，并将数据上传数据传输模块；数据传输模块用于根据接收到的数据，各节点完成对应的数据传输，并将数据上传数据更新模块；数据更新模块用于根据接收到的数据，更新各节点自身的数据信息，并将数据上传循环模块；循环模块用于根据接收到的数据，控制载波分配模块、数据传输模块和数据更新模块的重复工作，直至数据传输完毕，完成电力系统无线双模通信网络的数据传输。

74、本发明提供的这种电力系统无线双模通信网络的数据传输方法及系统，能够通过控制干扰水平而提升带宽复用效率，能够根据信道条件自适应地选择中继和带宽分配，从而尽可能地提升集中器的采集数据速率，而且本发明能够自适应地构建多跳传输网络，分布式地实现双模混合组网，减少集中式的网络控制开销，有利于防止信息孤岛；因此本发明的传输效率高，网络控制开销小，可靠性更高。