基于电力线载波通信的LED路灯能源监控网研究

 随着半导体照明的不断发展，LED路灯在能源监控方面的需求较为突出，要求LED路灯能源监控形成一个比较完整的网络体系。因此要求能在远程控制的基础上，实现对网络的组建和可靠的传输。在通信技术的不断发展中，低压配电网络已经广泛应用于远程通信“*后一公里接入网络'是代替专用网络的一种理想通信媒介；电力线通信（PowerLineCommunication，PLC）又称为电力载波通信，是利用电力线通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的技术，已为现代数字通信的一种重要的方式。在LED路灯能源监控网中的实现主要由两部分组成，**部分是实现远程监控时可以使用GSM或GPRS网路进行远程监控，第二部分对终端LED路灯进行采集控制时采用电力线进行通信。 对于GSM和GPRS技术，在网络通信过程中已有成熟的通信设备，但是由于低压配电网结构复杂性，高频信号在低压电网上的传输必然会有较大衰减，使得低压电力线信道的信号衰减大、噪声干扰强，严重减低了PLC信道的可靠性。为此，寻找有效的低压配电网电力线通信自动组网和快速网络恢复以及提高其抗毁性的方法和电力线通信可靠性、扩大应用规模。 本文主要研究LED路灯能源监控网中电力线通信组网，结合电力线通信的具体特点，在未知物理拓扑结构环境下利用蚁群算法来搜索电力线通信*优路径的方法，提高电力线网路的自愈能力，实现网络的重构，提高电力线通信可靠性的有效方法。 2LED路灯能源监控网特点由于在LED路灯能源监控网络中电力线载波通信信道的时变性、频率选择性和强干扰性等特点，使得用电力载波通信组网必须具有一定的特点：由于LED路灯能源监控网络物理拓扑和逻辑拓扑会经常发生变化。这些变化使得在LED路灯能源监控网中电力线通信组网过程中具有了很多与Adhoc网络特征相似之处。因此，在LED路灯能源监控网中的电力线通信方法既无法保证通信距离，也无法保证电力线通信系统长期运行的可靠性。 没有专用的交换机或中继器。作为LED路灯能源监控网用的电力线通信，一般不采用Internet网中的专用交换机和中继器等设备，无法实现信号的转发和放大。因此，通信距离会随着电网信道质量的变化而动态变化。 通信媒质共享信道。在LED路灯能源监控网电力线通信过程中，使用一个供电变压器下，电力线载波信道是完全共享，信息以广播的方式发布，所有电力线载波节点（以下简称节点）共享同一个信道。在此环境下，低压配电网信道特性的固有特点不能保证每一个载波节点能够正确地收到相关信息。因此，LED路灯能源监控网中电力线通信组网需要通过路由/中继器将同一个物理子网划分成多个逻辑子网。 弱数据处理能力LED路灯能源监控网一般由一个中心（核心）节点、多个主节点和若干个终端设备节点组成。中心节点和主节点一般为集中控制器，所包含的CPU数据处理能力相对比较强；而终端设备多为WD路灯能源采集器，或不包含CPU，或所包含的CPU数据处理能力较弱。电力线通信模块一般采用弱数据处理能力的CPU.因此，电力线通信组网很难用一般计算机网络中的网络路由算法实现。 ―对多通信。在LED路灯能源监控网中，通信方式经常是“一对多”，即一个集中控制器（中心节点）与它所负责控制的若干个LED路灯能源采集终端设备（终端节点）之间通信，各终端设备之间不需要直接的命令发布（通信）。因此，只需要维护一个全局路由表，即只需要保证中心节点与所有终端节点可靠通信，这大大简化了电力线通信路由表的维护工作。 3基于蚁群算法的LED路灯监控网3.1蚁群算法基本原理是近年来发展起来的、受自然界蚂蚁搜寻食物行为启发得到的并行优化算法。该算法是一种性能优良的启发式随机优化算法，采用正反馈机制实现分布式全局优化，通过信息素的不断更新达到*终收敛于*优路径上，算法无需进行大量的概率计算或建立复杂的数学模型来进行系统预测，可应用于LED路灯能源监控通信网中路由的组合优化求解，能够大大提高系统的可靠性和鲁棒性。 3.2基于蚁群理论的组网路由算法设有个节点组成的集合C；蚂蚁的数量为w。