电力线通信自动抄表系统中的电能表捕获算法.pdf
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1、电 力线 通信 自动抄 表系 统中 的电能 表捕 获算 法电 力线 通信 自动抄 表系 统中 的电能 表捕 获算 法 基 于 电 力 线 通 信(PLC)的 自 动 抄 表(AMR)应 用 在 我 国 已 有 十 多 年 历 史。近 几年 来,技 术 的 发 展 重 点 从 点 对 点 通 信 能 力 转 向 了 网 络 系 统 能 力,从 而 使 自 动 抄表 产 品 达 到 了 实 用 的 程 度。目 前,自 动 抄 表 技 术 正 处 于 从 小 批 量 应 用 转 向 大 面积 推 广 的 阶 段。在 这 一 阶 段 遇 到 了 一 些 阻 力。例 如 互 联 互 通、模 块 互 换
2、等 问 题已 经 引 起 了 业 界 的 充 分 注 意,并 在 国 网 公 司 的 协 调 下 制 定 了 初 步 的 可 行 解 决 方案 和 计 划。但 是,还 有 一 些 现 实 的 问 题 未 被 充 分 注 意 和 讨 论,而 这 些 问 题 有 可能 成 为 抄 表 系 统 大 批 量 应 用 的 瓶 颈。本 文 着 重 讨 论 配 电 台 区 与 电 能 表 的 管 辖 关系 问 题,它 涉 及 到 系 统 初 始 的 施 工 量 和 日 常 的 维 护 量。1 1 典 型 的典 型 的 PLCAMRPLCAMR 体 系体 系 典 型 的 PLCAMR 体 系 由 三 级 系
3、统 构 成:主 站、集 中 器 和 电 能 表 终 端。主 站负 责 管 理 全 局 的 集 中 器 与 电 能 表 信 息,可 通 过 光 纤、GPRS、公 话 网 或 其 他 方 式与 集 中 器 通 信;集 中 器 一 般 每 个 配 电 台 区 安 装 一 个,管 理 所 在 台 区 的 全 部 电 能表,其 日 常 工 作 是 通 过 电 力 线 通 信 采 集 各 电 能 表 数 据;电 能 表 负 责 计 量 用 电 户的 各 类 用 电 量。当 前 的 集 中 器 虽 然 不 同 程 度 地 具 备 了 自 学 习 路 由 知 识 和 自 组 网 络 的 能 力,但 还 不 能
4、 基 于 纯 零 知 识 开 始 工 作。只 有 在 了 解 了 要 管 辖 的 电 能 表 编 号 及 其 计 量项 目 后 才 能 工 作,这 就 要 求 电 力 营 销 部 门 理 清 配 电 台 区 的 用 电 户 档 案,尤 其 是电 能 表 编 号,通 过 主 站 将 这 些 资 料 下 发 到 台 区 集 中 器,才 能 启 动 自 动 抄 表。同样,在 抄 表 系 统 运 行 过 程 中,当 台 区 内 发 生 更 换 电 能 表、新 增 用 电 户 或 者 台 区之 间 发 生 线 路 切 换 等 业 务 时,必 须 及 时 正 确 地 维 护 集 中 器 中 的 用 户 资
5、 料。由 于电 力 公 司 通 常 是 按 照 面 向 人 工 抄 表 的 习 惯 划 分 组 织 用 户 资 料(例 如 按 街 道 顺 序组 织),理 清 配 电 台 区 与 用 电 户 的 关 系 往 往 需 要 耗 费 很 大 的 人 力。所 以 经 常 因 为台 区 集 中 器 装 入 了 错 误 的 表 号 而 导 致 费 时 费 力 的 现 场 排 查 工 作,尤 其 对 于 用 电历 史 长 的 老 城 区,理 清 电 能 表 与 台 区 的 关 系 极 其 困 难,成 为 普 及 自 动 抄 表 技 术的 关 键 瓶 颈。解 决 上 述 问 题 的 本 质 在 于 系 统 能
6、 够 从 零 知 识 开 始 工 作。所 谓 零 知 识 是 指 初始 时 主 站 只 知 道 有 哪 些 配 电 台 区 和 集 中 器,但 是 并 不 清 楚 哪 些 电 能 表 属 于 哪 个台 区 的 集 中 器;集 中 器 仅 知 道 自 己 的 编 号(ID),但 不 知 道 有 哪 些,有 多 少 电 能表 隶 属 自 己;电 能 表 仅 知 道 自 己 的 编 号(还 有 自 己 的 计 量 项 目),但 不 知 管 辖 自己 的 集 中 器 是 谁。在 上 述 条 件 下,要 求 集 中 器 能 够 自 动 获 取 所 在 台 区 已 经 安 装 的 全 部 电 能 表表 号
7、(及 其 可 抄 读 数 据 项)。在 对 等 网 络 中 这 一 要 求 较 容 易 满 足,因 为 对 等 网络 的 任 意 节 点 都 可 以 主 动 地 启 动 通 信 业 务,只 要 配 以 载 波 冲 突 检 测 和 随 机 回 避等 待 机 制 即 可 完 成 主 动 注 册 任 务。但 目 前 国 家 电 网 关 于 自 动 抄 表 的 通 信 协 议 都是 主 从 结 构 的,电 能 表 作 为 通 信 节 点 只 有 被 动 应 答 的 能 力,不 能 主 动 发 起 通 信任 务 1-4。为 了 适 应 主 从 体 系 结 构,本 文 设 计 了 专 门 的 电 能 表
8、捕 获 算 法。该 算法 的 优 点 在 于 不 需 要 额 外 的 空 间 资 源,线 性 时 间,倘 若 台 区 内 有 n 个 电 能 表,算 法 可 在 O(n)次 报 文 跳 转 时 间 内 完 成 搜 索 任 务。2 2 表 号 捕 获 算 法表 号 捕 获 算 法 假 设 电 能 表 编 号 的 区 间 为 a,b(实 际 应 用 中 a=0,b=1012,或 者 说 是 6 B的 BCD 码)。表 号 捕 获 算 法 的 核 心 思 想 比 较 简 单,有 2 点:(1)对 于 给 定 的 表 号 区 间 I=a,b,利 用 报 文 冲 突 判 断 出 3 种 情 况:在 区间
9、 I 中 恰 有 1 只 电 能 表;在 区 间 I 中 无 电 能 表;在 区 间 I 中 存 在 多 只 电 能 表。(2)利 用 二 分 搜 索 技 术 快 速 缩 减 查 找 空 间。以 下 分 4 个 子 节 描 述 基 于 上 述 思 想 的 表 号 捕 获 算 法。为 了 简 明 本 文 略 去 实现 细 节。在 以 后 的 叙 述 中,集 中 器 和 电 能 表 统 称 为 节 点。2.1 2.1 判 定 给 定 区 间 的 邻 居 分 布 情 况判 定 给 定 区 间 的 邻 居 分 布 情 况 首 先 定 义 一 种 查 询 报 文 Q=IDsource,a,b。其 中 I
10、Dsource 为 报 文 源 节点(发 出 者)的 编 号,IDmin a b IDmax。报 文 Q 向 编 号 在 区 间 a,b内 的 节点 发 出 查 询 请 求,凡 是 编 号 在 此 区 间 的 节 点(即 编 号 IDme 满 足 a IDme b 的 节点)收 到 该 报 文 后 立 即 回 应 一 个 报 文 R=IDme,r,报 出 自 己 的 编 号 IDme 和 自己 的 属 性 r。定 义 了 以 上 2 种 报 文,节 点 IDsource 判 定 给 定 区 间 a,b的 邻 居 情 况 的方 法 是 依 靠 区 别 冲 突 信 号 与 背 景 噪 音 的 能
11、力。这 种 能 力 是 指 当 有 多 个 节 点 同 时发 送 报 文 时,接 收 节 点 虽 然 由 于 报 文 冲 突 不 能 正 确 地 收 到 任 何 一 个 报 文,但 不会 和 无 报 文(线 路 上 只 有 背 景 噪 音)混 为 一 谈,接 收 者 能 够 根 据 冲 突 信 号 与 背景 噪 音 的 特 征 差 异 判 断 出 有 多 个 报 文 同 时 到 达 并 造 成 了 冲 突。正 如 当 多 人 同 时讲 话 时,可 能 听 不 清 楚 任 何 一 个 人 说 的 内 容,但 能 够 断 定 有 多 人 在 讲 话。如 果PLC 的 物 理 层 能 够 将 冲 突
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- 电力线 通信 自动 系统 中的 电能表 捕获 算法
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