应用于智能电网信息采集终端的MANET技术可行性分析

1、应用于智能电网信息采集终端的MANET技术可行性分析摘要：无线自组织网络是解决智能电网信息采集无线数据传输瓶颈的有效手段。采用理论分析与智能电网实际应用需求相结合的方法，探讨基于无线自组织MESH网络结构的无线网络覆盖技术，主要目标为解决在复杂环境下智能电网信息采集“最后一公里”的无线覆盖问题；研究基于无线自组织核心网络平台技术，分析智能电网信息采集终端实时准确的数据采集、监测、控制机制；提出智能电网采用无线自组织网络信息采集技术的低成本解决方案。关键词：智能电网；无线自组织网络；信息采集；MESH网络1概述背景智能电网也被称为电网的智能化，是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的

2、传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。其主要特征包括自愈、激励和用户抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。无线自组织网络即MANET(MobileAd-hocNetwork)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其它用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络

3、的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。目前，大规模智能电网应用技术刚刚进入实际应用阶段，智能电网的构成包括数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现5个方面。在通信信息平台建设方面，我国建成了“三纵四横”的电力通信主干网络，形成了以光纤通信为主，微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局。但在“最后一公里”的覆盖问题上，始终没有有效的解决方案，尤其是在复杂条件下和大规模使用条件下，现有的解决方法存在很大的局限性，系统规模难以扩展，数据

4、传输的实时性也难以保证，大大限制了其应用场合，不能满足要求。因此，研究基于无线自组网络解决智能电网信息采集终端的“最后一公里”覆盖问题成为解决此问题的关键所在，具有极大的现实意义。国内外研究概况和发展趋势随着蓝牙、ZigBee、GPRS无线M-Bus(MeterBus)等技术的发展，无线通信技术以其在配置、安装、修改和扩展等方面的优势赢得了广泛的关注和应用。在无线计量应用中，蓝牙、ZigBee等短距离无线传输技术的针对性不强；作为通用的无线覆盖技术GPRS由于功耗、成本以及自身技术的特点，对于特定应用如各种电表、水表、气表、热能表等表计数据的采集工作的局限性使得其不能满足智能电网信息采集系统应

5、用需求；无线M-Bus是欧洲的标准，是一种现场总线，专门用于从电表、水表、气表、热能表和其它各种读表设备中传输读表数据，但M-Bus不是真正意义上的网络。在OSI的七层网络模型中，M-Bus只对物理层、链路层、网络层、应用层进行了功能定义，由于ISO-OSI参考模型中不允许上一层次改变如波特率、地址等参数，因此M-Bus在七层模型之外定义了一个管理层，可以对OSI模型任一层次进行管理。无线M-Bus总线很适合应用于电池供电的低功耗环境，能够满足近距离组网和远程抄表的需要，在欧洲已有较为成熟的研究和应用。但在我国，M-Bus通信协议尚缺乏统一的标准，存在互不兼容的问题，极大地阻碍了设备的统一，并

6、且没有较为深入的研究和应用方案。此外，作为欧洲的技术标准，没有自主的知识产权，芯片方面也受制于人，存在极大的隐患。随着无线网络技术的兴起和无线网络市场的逐渐成熟，市场对无线自组织Mesh网络的应用需求是巨大的，应用于智能电网信息采集终端的无线自组织核心网络技术具有广泛的应用前景。研究内容与预期目标研究内容（1）分析研究基于MESH结构的无线自组织网络的构架协议，包括组网模型、MAC协议、链路层协议以及网络拓扑控制等内容，根据智能电网信息采集需求，建立无线自组织MESH网络模型。（2）根据无线自组织网络的构架与协议，研究路由算法，建立相应的计算机仿真实验平台，仿真和评估各种智能电网信息采集路由算

7、法，分析研究基于MESH结构的无线自组织网络智能电网信息采集实现方案。（3）搭建基于MESH网络结构的无线自组织网络硬件演示平台系统，根据搭建基于MESH网络结构的无线自组织网络硬件平台对实际智能电网信息采集业务数据进行模拟仿真测试，逐步建立适用于智能电网信息采集业务的无线自组织网络基本理论模型，给出量化指标，并进行模拟验证测试，形成分析测试结果报告。（4）研究并分析可实现的基于MESH网络结构的无线自组织网络体系结构的智能电网信息采集业务最优方案。预期目标（1）针对智能电网信息采集需求，研究实现基于MESH结构的无线自组织网络覆盖，建立无线自组织网络模型及仿真试验平台，完成智能电网信息传输与

8、采集。（2）研究并提出基于MESH结构的无线自组织网络的智能电网信息采集最优无线传输方案，通过仿真试验平台加以验证。拟解决的关键技术和难点（1）主从式无线传输信道自适应跟踪技术。在无线路由的网络拓扑分析过程中，节点路由分支需要通过特殊的数学物理分析手段逐步实施，考虑采用表中继路径自适应技术，建立基本的网络拓扑框架，进行路径自适应中继通信。（2）无线射频信道的功率动态分配技术。在有限的带宽内高效利用无线射频信道资源是无线自组织网络成功应用的重要因素。设计一种使用多射频、多信道、方向性天线的新型无线Mesh数据回程网，采用基于连接图的等价变换来实现无线MESH网络信道分配算法，这种新型的信道分配算

9、法能够有效地减少链路间干扰。（3）测量型无线自组织网络路由生成技术。通过测量海量无线节点的最佳静态可实现路由，确定所对应节点的激活与休眠状态，根据无线信道传输质量和其它设定的受限约束条件，动态自适应调整激活节点，形成动态自适应路由生成算法。2技术可行性分析技术路线项目技术路线可以概括为：瞄准市场应用，坚持自主创新，以突破关键技术为基础，充分利用一切有利资源，重点突破“最后一公里”瓶颈，分步实施研究内容。瞄准市场应用就是以市场需求为导向，在迅速吸收和消化国外先进技术的基础上，结合原有技术，针对电力系统信息传输的瓶颈问题，具体研发切实可行的市场需要技术和解决方案，并投入应用。自主创新即坚持以我为主

10、、坚持不断创新。这主要表现在两个方面：一是发扬我们在VHF和UHF频段无线数据和语音信息传输领域的技术优势设计构造全新的无线覆盖新概念；二是依托近几年我们在电力系统和其它无线应用系统无线接入与传输技术方面积累的宝贵经验，对智能电网的信息采集端核心网络进行技术支持。充分利用一切资源主要包括两个方面：一是凭借我们与省内外、国内外知名大学和研究机构的良好关系，获得多方面的技术提升；二是广泛联合国内长期的合作伙伴，扩大规模，实现互利双赢。拟采用的实验手段通过实际测试无线自组织网络已有路由算法的实际效率，得出相应的实验测试数据并对其进行分析研究。根据本研究建立的基于MESH结构的无线自组织网络模型，提出

11、效率更高的新的路由算法，并在新建模拟分析平台的基础上测试验证新算法的效率，给出应用于智能电网信息采集终端的无线自组织网络组网方案。3市场需求情况和风险分析项目实施的风险主要来自两个方面：（1）技术风险：从目前项目的研发进展情况看，本项目技术本身没有任何风险。但是基于MESH结构的无线自组织网络的技术成熟性以及智能电网信息采集技术的发展与应用直接影响到项目计划的实施进度。（2）市场风险：从市场上讲主要是随着新技术的普及，各种新算法在不久的将来可能不再是一个技术门槛。以上风险为低风险水平，其关键在于研发进度和产业化推进速度。如能与开拓能力强的大型企业形成合作伙伴关系，实现技术共享、利润分成、强强携

12、手，必定将项目成果迅速推向产业化。4经济、社会和环境效益预测在智能电网领域的应用上，使用无线自组织网络技术解决电网信息传输系统“最后一公里”覆盖问题，尤其针对传统的电网信息传输技术难以解决的问题，采用灵活快捷方便的具有完全自主产权的基于MESH结构的无线自组织网技术，能够极大提高电网信息采集端核心网络的鲁棒性与可靠性，并使有限的频率资源得到最佳合理使用。预计形成年产值数千万的智能电网无线信息采集产业。在社会效益方面，体现在以下几个方面：（1）基于MESH结构的无线自组织网技术能够成为智能电网无线采集领域的核心技术，可申请多项专利，产业化后，可以形成一个基础性信息服务产业，可提供数以千计的就业岗

13、位，填补我省乃至中部地区在无线表计量领域的一项空白。（2）基于包括核心技术在内的几个核心算法具有完全自主知识产权，其低成本和低功耗的特性可以很好地满足在特殊表计量环境下的可靠需求，部分解决我国对国外同类算法严重依赖的问题，在一定程度上可以缓解相关国外专利费方面的压力。（3）推动我国智能电网无线采集技术的进步，带动相关产业发展，特别为笔者所在省市在特殊环境下的无线表计量产业的发展做贡献。（4）为我国相关无线表计量标准的建立和完善做出贡献。参考文献：朱近康新兴发展的无线通信技术和网络J.中国科学技术大学报，2008（7）.KANABARMeshNetworksWebsiteEB/OL.http：/.PALAKPPARIKH，MITALKUMARGetal.OpportunitiesandchallengesofwirelesscommunicationtechnologiesforsmartgridapplicationsJ.IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2010.LANGHAMMERN，KAYSR，COMMUN，etal.Evaluation