用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统的制作方法

本发明涉及配电网监测通信，具体为用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统。

背景技术：

1、配电台区设备种类繁多，通过对这些设备的状态数据进行全面采集、有效分析和智能诊断，能够及时掌握台区供电网络运行情况，便于进行故障定位及故障原因分析，提高台区供电可靠性，这些功能的实现都要依赖于配电通信网的有效支撑。然而受多方面条件限制，现有通信方式无法实现对配电网中台区侧设备的通信全覆盖，对其不同层级、不同种类设备的数据采集利用率有待提高。基于此，本发明采用高速电力线载波(high speedpower line carrier，hplc)和高速微功率无线(high radio frequency，hrf)双模通信，并对其在配电台区的应用情况进行分析。

2、参考中国专利公开号为cn206412838u的基于双模通信的配电网自动化系统，通过在自动化配电网正常工作时，配电主站和配电终端之间通过双模光网络单元模块中的光通信和lte无线通信两路通信链路中的一路进行数据交互和状态监测，在配电主站实时监控电网运行状态，从而使双模光网络单元模块这个节点拓展出无线专网，形成一张从主站到终端节点完整的电力通信专网，增强了配电网通信的安全和可靠性。

3、参考中国专利公开号为cn205753646u的基于双模通信的自动化配电系统，通过采用epon与230mhz无线融合的通信节点，无线网技术作为光纤的延伸，有效拓宽了电力专网的覆盖范围，可以大大增强系统的可靠性与安全性，构建出了一个兼备光纤通信容量大、安全、稳定可靠特性；和无线专网频点数量多、传输距离远、通道安全的全新配电通信方式。

4、综合分析以上参考专利，可得出以下缺陷：

5、1)现有的配电台区中户表间内的设备同台区智能终端之间的通信距离一般相对较远(300-500m)，城中村等地方可能更远，因此采用现有的双模通信手段很难实现正常远程通信需求，例如参考专利cn206412838u的基于双模通信的配电网自动化系统和cn205753646u的基于双模通信的自动化配电系统，虽然也采用了无线网络双模通信手段进行本地通信传输，但是仍然只能在小范围内的通信传输能够保证数据不被干扰，而对于更远距离的通信传输，仍然会出现数据失真或者极易受到外界环境干扰，明显可靠性无法满足实际需求，本发明为了保证这种本地通信场景下的通信可靠性，通过在双模通信的基础上采用中继通信处理方式，将配电台区内的设备在进行通信组网时会被分为不同的层级来进行多节点通信传输，以达到远距离可靠通信传输的目的。

6、2)现有的双模通信系统在针对多节点通信过程中通信节点的选择功能较为单一，不能实现根据不同层级节点的位置信息和通信环境因素进行综合准确的选择，无法达到既能够结合实际通信环境选择最优通信节点和路径又能够保证数据准确通信的目的，从而给配电网远程通信监控带来极大的不便。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统，解决了现有的配电台区中户表内的设备同台区智能终端之间的本地通信会出现数据失真或者极易受到外界环境干扰，导致可靠性降低的问题，以及现有的双模通信系统在针对多节点通信过程中通信节点的选择功能较为单一，不能实现根据不同层级节点的位置信息和通信环境因素进行综合准确的选择，无法达到既能够结合实际通信环境选择最优通信节点和路径又能够保证数据准确通信目的的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统，包括台区智能终端、物联网通信单元和若干个不同层级的配电设备，其特征在于：所述台区智能终端包括，mcu处理器、电源、通信接口以及安装有hplc和hrf的双模通信路由，且mcu处理器内录入有控制分析算法，所述控制分析算法用于针对整个配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统中，各配电设备根据实际通信环境情况的通信方式选择进行分析控制，该路由具有可热插拔、维护简易、采集效率高以及通信稳定等优点。

5、所述物联网通信单元用于接收台区智能终端下发的控制指令和向若干个不同层级的配电设备发送控制指令，并且将采集到的台区内不同层级设备的实时数据分别以hplc或hrf任一种通信方式上传至台区智能终端；

6、若干个不同层级的所述配电设备上电之后分别通过hplc和hrf进行组网，建立同物联网通信单元之间的通信连接，并且上一层级的配电设备与相邻的下一层级的配电设备也分别通过hplc和hrf进行组网，而同一层级的分别通过hplc和hrf进行组网不进行通信组网，相邻两层级配电设备之间的双模组网兼容单纯的单一的hplc通信或hrf通信，也能够同时进行hplc通信和hrf通信，既可以进行单一通信方式组网，也可以进行双模混合组网，提高实际应用场景适配度；

7、通过节点选择算法从若干个不同层级的所述配电设备中自动选择出与此时配电台区通信环境相适配的若干个配电设备作为中继通信节点，被认定为中继通信节点的配电设备能够接收相邻层级配电设备发来的配电通信数据，并且靠近物联网通信单元的中继通信节点能够接收物联网通信单元发送的控制指令和发送给物联网通信单元采集的配电数据。

8、优选的，所述节点选择算法具体包括以下步骤：

9、s1、获取整个配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统中配电设备的数量，假设任意配电设备为源节点x，而物联网通信单元作为目标节点y，当系统网络中的某一个源节点x首次尝试与目的节点y通信时，源节点x将广播一个前向信号a向前随机选择下一跳节点，在选择转发节点时，节点首先依据信息素表中各节点对应的信息素值占整体的比例计算出该节点被选中的状态转换概率pki,j(t)，且信息素值越大的节点被选中作为转发节点的概率越大，a中包含节点的位置信息以及剩余电量信息；

10、s2、收到α的邻节点首先比较该数据包内存储的上一跳节点与本地节点的位置信息，并进行位置距离比较，若上一跳节点与本地节点之间的位置距离小于中继设定距离w，则将本节点标号写入数据包并继续下一步的转发，同时对有相同源、目的节点y的不同路径建立前向信号α继续进行筛选；

11、s3、当上一跳节点与本地节点之间的位置距离大于等于中继设定距离l，则判定该本地节点为中继通信节点，并继续转发操作，第一个路径前向信号a到达目的节点y后，目的节点计算出本条路径对应的信息素值，并将前向信号a转换为返回信号b，按照与到目的节点y相反的顺序逐跳单播至源节点x，其中以此类推创建整个配电台区内所有配电设备的信息信息素表；

12、s4、通过判断算法判断步骤s3中整个配电台区内所有配电设备的信息信息素表各个配电设备的最优通信路径中所经过的中继通信节点中的层级；

13、s5、在步骤s3整个配电台区内所有配电设备的信息信息素表中，每个配电设备都对应一条到目的节点y的路径，不同项对应不同的下一跳中继通信节点。

14、优选的，所述步骤s1中计算状态转换概率的计算公式如下：

15、

16、其中，pki,j(t)为t时刻前向蚂蚁k在节点i至节点j过程中状态转换概率，allowedk为t时刻前向蚂蚁k接下来可选择的节点，α、β分别为信息启发式因子和期望启发式因子，τi,j(t)为t时刻节点i至节点j路径上的信息素值，ηi,j(t)为t时刻节点i至节点j路径启发信息，τi,s(t)为t时刻节点i至节点s路径上的信息素值，ηi,s(t)为t时刻节点i至节点s路径启发信息。

17、优选的，所述步骤s4中判断算法具体为：能够通过所述物联网通信单元和台区智能终端直接进行通信的中继通信节点为为一级通信节点，且能够和一级通信节点直接进行通信的中继通信节点为二级通信节点，依次类推，所述配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统内包含n级通信节点。

18、优选的，所述步骤s3中信息素表会在两种情况下更新，具体为：随数据包传递自动更新和网络同步更新，自动更新过程令转发节点每次信息素固定减少v，达到均衡网络能量、延长网络寿命的目的，网络同步更新信息素相当于对网络中各节点当前的信息素表进行校准。

19、优选的，所述节点选择算法能够通过hop算法和rssi算法同时进行距离的修正。

20、优选的，所述控制分析算法具体包括以下步骤：

21、t1、根据节点选择算法确定的源节点、中继节点和目的节点构建双模通信网络拓扑，根据配电设备的空间分布情况，将网络划分为表箱内网络和表箱间网络；

22、t2、通过自适应通信算法对通信链路质量进行评估；

23、t3、根据信道评估结果，实现电力线载波与无线信道的自适应切换。

24、优选的，所述步骤t2中自适应通信算法具体包括以下步骤：

25、e1、构建基于信号强度变化率的链路质量评估机制，接收信号强度变化率的参数计算公式，如下：

26、

27、式中，和分别为tk+1与tk时刻的接收信号强度；

28、e2、计算每个链路的评估质量，量化基于接收信号强度变化率的通信链路质量，用rn代表接收信号，长度为l的检测序列的信噪比估计ssnr表示为：

29、

30、式中，cn为延时相关系数，pn为接收信号能量，t为延时；

31、e3、通过通信链路实时质量评估的计算机制计算实施质量，具体入下式：

32、fi＝gi+gj；

33、式中，i为中继节点的编号，gi为源节点到中继节点i的信道评估量，gj为中继节点i到目的节点的信道评估量，其中g表示电力线和无线中链路质量较好的信道评估量；

34、e4、根据步骤e3的评估量进行电力线载波与无线信道的自适应切换。

35、优选的，所述步骤e2中rn是由有用信号un和噪声nn两部分组成，即rn＝un+nn。

36、优选的，所述步骤e3中综合信道评估量fi被用来决定中继节点的选择，使得网络能够选择最佳的中继节点，以最优化通信链路的质量和性能。

37、(三)有益效果

38、本发明提供了用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

39、(1)、该用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统，本发明为了保证这种本地通信场景下的通信可靠性，通过在双模通信的基础上采用中继通信处理方式，将配电台区内的设备在进行通信组网时会被分为不同的层级来进行多节点通信传输，以达到远距离可靠通信传输的目的。

40、(2)、该用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统，可实现根据不同层级节点的位置信息和通信环境因素进行综合准确的选择，很好的达到了既能够结合实际通信环境选择最优通信节点和路径又能够保证数据准确通信的目的，从而大大方便了配电网远程通信监控。

41、(3)、该用于配电台区本地通信的中继型多节点双模通信系统，通过对实际双模通信环境信道质量进行检测评估，来很好的达到准确进行双模通信信道切换的目的，能够实现既保证了整个配电网远程通信的可靠性又能够实时掌握整个通信环境的情况，以便能够进行人为的监控管理。