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中低压电力线通讯网络的性能及服务质量研究

2020-11-23阅读(784)

中低压电力线通讯网络的性能及服务质量研究

论文摘要

随着电力市场拆分越来越明朗，要面对将来的发展趋势，目前的电力配电网需要提高自身的自动化水平，提高供电质量和效率，同时能够让供电商为用户提供更多的增值服务。这些需求都依赖于网络技术，需要构建一个能够覆盖用户和配电网设备的广域网。电力线以它不用布线，覆盖范围广，高的传输速度等优点，成为一个可能网络解决方案。本文主要研究利用中、低压电力线构建广域网络平台来监测和控制能源的分配和消耗，并解决了以下的几个问题：如何实现长距离的数据传输，同时能够适应网络结构的动态变化；如何在主／从模式下满足不同应用程序的网络要求；如何满足实时事件的获取。本文的工作属于欧洲REMPLI“通过电力线和因特网进行实时能源管理”（Real-time Energy Management via Power Line and Internet）项目的一部分。在本项目中，利用中、低压电力线构建了REMPLI PLC（Power Line Communication）网络。设计了一个基于洪泛机制的的路由协议（Simple Frequency Network：SFN）来解决电力网网络结构动态变化的问题和远距离传输中数据包中继的问题，并使用仿真和概率计算两种方法与源地址路由协议进行比较，确定SFN更适用于电力线通讯网络，能够同时满足有效路由和传输时间短的要求。在完成对整个网络的设计后，确定了采用多个逻辑信道来提高带宽利用率和主从的通讯方式来满足应用程序的体系结构。通过分析和OPNET网络仿真，对由一个主节点和多个从节点构成的单个REMPLI PLC网络和由中压、中／低压变电站和低压构成的REMPLI PLC网络性能进行了评价，结果证明REMPLI PLC网络能够满足大部分的应用要求。注意到由于受到电力公司的限制，不允许将数据存放在从节点，从节点在接到数据请求命令后，需要从设备中直接读取数据，这样造成数据的读取过程设置困难和复杂。建议能够放开限制，在从节点中安装数据存储器，仿真结果显示这个方案能很大程度上提高网络的性能。提出由从节点动态地提供数据的读取时间，解决由于数据不能存放在从节点所造成的读取过程设置问题；同时提出并实现了一个新的任务调度算法为上层应用提供区分服务，保证网络的服务质量。为了降低计算时间，提出了截止期放宽的双优先级别调度算法（Dual-Priority scheduling policy with the relaxation of deadline）。利用REMPLI PLC网络中的多信道，提出在一个信道中采用随机接入协议满足实时事件的获取。通过对现有的的随机接入协议（ALOHA和CSMA协议）进行改进，使它们能够适用SFN路由协议，提出了两个随机接入协议：ALOHA-SFN和carrier sense-SFN。最后利用OPNET仿真做出了性能评价，结果显示这两个协议优于在主／从模式下周期性轮询方式，能够更好的满足应用的要求。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • Acronyms
  • Chapter 1 Introduction
  • 1.1 Why do we need a new PLC
  • 1.2 Perimeter of our study and its context:REMPLI
  • 1.3 Research problems
  • 1.4 Our Approaches,contributions and the organization of the thesis
  • Chapter 2 Electric Power Distribution and Consumption
  • 2.1 Power electric distribution system
  • 2.2 Main applications for the control and handling of electric power distribution
  • 2.3 System requirements
  • 2.3.1 Functions
  • 2.3.2 Timing constraints
  • 2.4 Communication networks
  • 2.5 Conclusion
  • Chapter 3 Power Line Communications-Technologies and Problems:Requirements for their Control and Open Issues
  • 3.1 Historical development of data communication over power line
  • 3.2 Regulatory of PLC communication
  • 3.3 Present PLC technologies and applications
  • 3.3.1 Physical layer
  • 3.3.2 MAC layer
  • 3.3.3 Current PLC applications
  • 3.4 Standards
  • 3.5 Identification of problems in PLC technology for utility applications
  • 3.6 REMPLI project and architecture
  • 3.7 Conclusions
  • Chapter 4 Routing Algorithms
  • 4.1 Routing protocols
  • 4.1.1 DLC 1000
  • 4.1.2 SFN
  • 4.2 Performance metrics
  • 4.3 Theoretical analysis
  • 4.3.1 Average polling cycle duration of DLC 1000
  • 4.3.2 Theoretical analysis of SFN
  • 4.4 Numerical comparison between SFN and DLC 1000
  • 4.4.1 Five channel models
  • 4.4.2 Average duration of a polling cycle
  • 4.4.3 Bandwidth consumed for routing signaling
  • 4.4.4 Routing overhead
  • 4.4.5 Conclusion
  • 4.5 Simulation and performance evaluation
  • 4.5.1 Physical Layer Emulator
  • 4.5.2 Simulation parameters for routing protocols
  • 4.5.3 Simulation results of DLC 1000
  • 4.6 Improvement of SFN protocol
  • 4.6.1 Methods to decide the number of repeater levels
  • 4.6.2 Simulation results
  • 4.6.3 Conclusion
  • Chapter 5 REMPLI Performance Evaluation
  • 5.1 Logical channel
  • 5.2 Network layer services
  • 5.3 Performance Evaluation
  • 5.3.1 Performance in an autonomous PLC network
  • 5.3.2 End to end performance in REMPLI PLC network
  • 5.4 Conclusion
  • Chapter 6 Dispatcher
  • 6.1 Traffic classes and priority levels in network layer
  • 6.2 System constraints
  • 6.3 Aperiodic traffic
  • 6.4 Periodic traffic
  • i'>6.4.1 Execution time Ci
  • 6.4.2 Static Periodic Polling
  • 6.4.3 Dynamic polling approach
  • 6.5 Simulation results
  • 6.5.1 Static schedule vs dynamic schedule
  • 6.5.2 DP vs DP with deadline relaxation
  • 6.6 Towards dispatcher implementation
  • 6.7 Conclusion
  • Chapter 7 Random Access Protocol Based on SFN
  • 7.1 Characteristic of random access protocol based on SFN
  • 7.2 Random access protocols design
  • 7.2.1 Time slot partition in random access logical channel
  • 7.2.2 ARQ mechanism
  • 7.2.3 Repeating in SFN protocol
  • 7.2.4 Protocol description
  • 7.3 Simulation results
  • 7.3.1 Repeater level
  • 7.3.2 Two protocols comparison
  • 7.4 Conclusion
  • Chapter 8 Conclusions and Future Works
  • Bibliography
  • Acknowledgments
  • Appendix
  • Appendix A Calculation Program
  • A.1 DLC 1000
  • A.2 SFN
  • Appendix B Simulation Model
  • B.1 Interface Visual C++ Physical Layer Emulator and OPNET Simulator
  • B.2 REMPLI simulation in OPNET
  • B.2.1 Medium node
  • B.2.2 Master node
  • B.2.3 Slave node
  • B.2.4 Bridge node
  • B.2.5 ALOHA-master node
  • B.2.6 ALOHA-slave node
  • B.2.7 CSMA-master node
  • B.2.8 CSMA-slave node
  • B.3 Configuration
  • B.4 Statistics tools
  • 攻读学位期间发表的论文

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