基于Mesh的電力無線多跳高效傳輸技術(shù)研究

陳文彬 龐建民 鄭利斌 李新軍

0 引言

電力無線通信網(wǎng)作為電網(wǎng)的重要支撐和保障,是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化運(yùn)行和控制的重要基礎(chǔ)．如何將電力無線通信網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)信息安全可靠地傳輸至監(jiān)控中心,對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行十分重要．當(dāng)前主要使用的電力無線通信手段包括電力無線專網(wǎng)、無線自組織網(wǎng)絡(luò)通信、公眾移動(dòng)通信等多種通信技術(shù)[1-3]．就當(dāng)前的通信技術(shù)手段而言,由于其在終端設(shè)備的信息監(jiān)測上仍存在大量盲區(qū),無法完成對(duì)線路的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測與控制.

近年來,隨著5G/6G[4-6]、智能電網(wǎng)[7-8]、自組網(wǎng)技術(shù)[9]、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、D2D(Device to Device,終端直通)[10-11]等的迅速發(fā)展,以及電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[12-14]的提出,為實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)各類設(shè)備及人員全景感知、泛在接入、智能開放,具有廣連接、大容量、低時(shí)延、深覆蓋的電力通信網(wǎng)絡(luò)正在得到廣泛研究[15-19]．如文獻(xiàn)[9]中對(duì)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)的電力通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面闡述和介紹.

同時(shí),已有大量研究者開展了Mesh網(wǎng)絡(luò)和多跳網(wǎng)絡(luò)在電力無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[20-25],討論如何提升電力無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測的傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性．無線Mesh網(wǎng)絡(luò)作為MANET(Mobile ad hoc Network,移動(dòng)自組網(wǎng))的一種特殊形式,具有多跳網(wǎng)狀拓?fù)浜妥越M織能力．但Mesh的設(shè)計(jì)定位更適用于節(jié)點(diǎn)固定的場景,以提供高質(zhì)量、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為目標(biāo);MANET則主要定位于軍事、救援等應(yīng)急場景,設(shè)備存在一定的移動(dòng)性．因此,Mesh更適合應(yīng)用在電力無線通信方面．例如,文獻(xiàn)[23]提出采用雙鏈路備份方案實(shí)現(xiàn)高壓輸電線路網(wǎng)絡(luò)的可靠覆蓋；文獻(xiàn)[24]提出通過引入接收確認(rèn)、選擇重傳、差錯(cuò)控制等可靠協(xié)議設(shè)計(jì)機(jī)制提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性；文獻(xiàn)[2]則基于節(jié)點(diǎn)間的距離、鏈路之間的間隔,提出了一種在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中添加鏈路連接增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的策略．但上述研究首先均未充分結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)特征考慮傳輸性能隨著傳輸次數(shù)增加帶來的性能損失,其次,很可能明顯增加網(wǎng)絡(luò)信令開銷.

因此,本文將充分考慮電力無線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)典型特征,在不提升網(wǎng)絡(luò)信令開銷的前提下,研究如何提升電力無線通信網(wǎng)絡(luò)的深覆蓋、高可靠等業(yè)務(wù)的傳輸能力,從而滿足高頻次、高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集,以及泛在電力物聯(lián)網(wǎng)全景感知和泛在接入的要求.

1 基于Mesh的傳統(tǒng)鏈?zhǔn)蕉嗵鴤鬏攨f(xié)議

1.1 系統(tǒng)模型

電力無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要特征為:輸電線路及鐵塔的分布形式為線性分布,即網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為鏈狀拓?fù)洌甅esh網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用之一是可采用無線多跳的鏈路方式進(jìn)行信息傳遞．如圖1,該鏈?zhǔn)诫娏o線網(wǎng)絡(luò)中存在7個(gè)節(jié)點(diǎn),分別表示為節(jié)點(diǎn)N0,N1,…,N6,節(jié)點(diǎn)之間的歸一化距離為1．?dāng)?shù)據(jù)需要從N0傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)N6.

1.2 傳統(tǒng)多跳傳輸協(xié)議

傳統(tǒng)鏈?zhǔn)蕉嗵鴤鬏敺绞矫枋鋈缦?假設(shè)每一跳傳輸?shù)陌l(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)分別為當(dāng)前跳的“源節(jié)點(diǎn)”和“目的節(jié)點(diǎn)”,如果當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)時(shí),它會(huì)向當(dāng)前跳的源節(jié)點(diǎn)返回“ACK”確認(rèn)信號(hào),并且轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱惶脑垂?jié)點(diǎn);其后續(xù)相鄰節(jié)點(diǎn)也能在同時(shí)收到“ACK”確認(rèn)信號(hào),并做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備．如果當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)無法成功接收數(shù)據(jù),它將向源節(jié)點(diǎn)返回“NACK”信號(hào)從而請(qǐng)求源節(jié)點(diǎn)重傳數(shù)據(jù),其后續(xù)相鄰節(jié)點(diǎn)在收到該“NACK”信號(hào)后保持原狀態(tài)不變.

如圖1中,假設(shè)數(shù)據(jù)包的平均誤塊率(Block Error Ratio,BLER)為30%,即每一個(gè)數(shù)據(jù)Block每跳出錯(cuò)的概率即為30%,因此可近似理解為每一個(gè)Block全程6跳的傳輸過程中平均有2跳會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,則至少需要8次才能將數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)N0傳輸至節(jié)點(diǎn)N6．在第1跳中,節(jié)點(diǎn)N0向節(jié)點(diǎn)N1發(fā)送數(shù)據(jù),節(jié)點(diǎn)N1回復(fù)ACK表示成功接收．在第2跳中,節(jié)點(diǎn)N1向節(jié)點(diǎn)N2發(fā)送該包,但節(jié)點(diǎn)N2接收失敗,于是向節(jié)點(diǎn)N1反饋NACK請(qǐng)求重傳．因此在第3跳中,節(jié)點(diǎn)N1將數(shù)據(jù)重傳至節(jié)點(diǎn)N2．在第4跳和第5跳中,節(jié)點(diǎn)N3和節(jié)點(diǎn)N4均成功接收了數(shù)據(jù),第6跳數(shù)據(jù)傳輸失敗．于是第7跳為節(jié)點(diǎn)N4繼續(xù)重傳數(shù)據(jù),節(jié)點(diǎn)N5成功接收．最后,在第8跳中,節(jié)點(diǎn)N5成功將數(shù)據(jù)發(fā)送給節(jié)點(diǎn)N6．綜上,該數(shù)據(jù)總共經(jīng)歷了8次才由節(jié)點(diǎn)N0傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)N6.

傳統(tǒng)多跳電力無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是:路由選擇方法簡單,參與路由的節(jié)點(diǎn)數(shù)目少,各跳之間相互獨(dú)立．缺點(diǎn)為:一旦目的節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤接收數(shù)據(jù),必須請(qǐng)求源節(jié)點(diǎn)重傳,造成時(shí)間和功率等資源的浪費(fèi).

2 免重傳無線多跳系統(tǒng)及傳輸協(xié)議

2.1 基本思路

在無線通信傳輸過程中,傳輸距離、多徑衰落和信號(hào)干擾等因素都會(huì)降低包的成功接收率．自由空間傳播模型下的路徑損耗的計(jì)算公式[26]為

L0=32.44+20·log(f)+20·log(d),

(1)

式中:f為工作頻率(單位:MHz),d為接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的距離(單位:km).

在傳輸總距離一定的情況下,傳統(tǒng)系統(tǒng)傳輸時(shí)延主要由端到端跳數(shù)和每跳的重傳次數(shù)共同決定．若減小BLER,則減小了單跳傳輸距離,每跳重傳次數(shù)會(huì)減少,但系統(tǒng)端到端跳數(shù)會(huì)增加;若增大BLER,則增大了單跳傳輸距離,系統(tǒng)端到端跳數(shù)會(huì)減小,但每跳重傳次數(shù)會(huì)增大．因此端到端跳數(shù)與每跳重傳次數(shù)之間存在一定的反比關(guān)系,傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的時(shí)延將在這兩者之間取折中.

本文提出的方案可近似理解為免重傳方案,即當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)無法準(zhǔn)確接收時(shí)不必請(qǐng)求重傳,而是由備份節(jié)點(diǎn)嘗試向更遠(yuǎn)的目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送,可大幅降低端到端的總跳數(shù),從而大幅降低系統(tǒng)端到端時(shí)延,但所付出的代價(jià)是需要更多的節(jié)點(diǎn)參與到路由轉(zhuǎn)發(fā)中來.

2.2 系統(tǒng)組成

本文所提出的新型電力無線免重傳多跳傳輸系統(tǒng),主要由源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和備份節(jié)點(diǎn)組成．備份節(jié)點(diǎn)是為了保證通信鏈路正常,存在于兩座塔之間的數(shù)量不等、僅具有路由功能的路由節(jié)點(diǎn).

每一跳發(fā)送數(shù)據(jù)的都是源節(jié)點(diǎn),接收數(shù)據(jù)的都為目的節(jié)點(diǎn),備份節(jié)點(diǎn)即為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間用來準(zhǔn)確接收源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)．備份節(jié)點(diǎn)比目的節(jié)點(diǎn)離源節(jié)點(diǎn)更近．備份節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的距離定義為“備份步長”．假設(shè)每相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間設(shè)有一個(gè)備份節(jié)點(diǎn),每相鄰兩個(gè)備份節(jié)點(diǎn)之間也可設(shè)一個(gè)“備份-備份”節(jié)點(diǎn)．“備份-備份”節(jié)點(diǎn)是當(dāng)前跳備份節(jié)點(diǎn)在后續(xù)跳中的備份節(jié)點(diǎn),比當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)距離源節(jié)點(diǎn)距離更短．本方案假設(shè)無論當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)能否正確接收數(shù)據(jù),當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)均能正確接收數(shù)據(jù).

當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)無法正確接收源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)時(shí),備份節(jié)點(diǎn)將代替目的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行目的節(jié)點(diǎn)的功能,即進(jìn)行下一跳轉(zhuǎn)發(fā)．如果當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)沒有成功接收數(shù)據(jù),備份節(jié)點(diǎn)將變?yōu)楹罄m(xù)跳的源節(jié)點(diǎn),則備份-備份節(jié)點(diǎn)就轉(zhuǎn)變?yōu)楹罄m(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)．如圖2所示,其路由中存在18個(gè)節(jié)點(diǎn),備份節(jié)點(diǎn)位于源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的2/3處,備份節(jié)點(diǎn)之間也存在“備份-備份”節(jié)點(diǎn),位于距離下一個(gè)備份節(jié)點(diǎn)的1/3處．圖2中,每一跳的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)都屬于同一種類型的節(jié)點(diǎn),例如,圓節(jié)點(diǎn)向下一個(gè)圓節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù),它們之間的方型節(jié)點(diǎn)是備份節(jié)點(diǎn);同樣的,當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)均為三角型節(jié)點(diǎn)時(shí),它們之間的黑色圓節(jié)點(diǎn)是備份節(jié)點(diǎn).

2.3 傳輸協(xié)議

下面介紹節(jié)點(diǎn)之間的具體傳輸步驟和過程,圖3為當(dāng)前跳數(shù)據(jù)傳輸時(shí)各節(jié)點(diǎn)信令流程和工作流程示意圖．當(dāng)前跳的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)后,當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù),同時(shí)當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)偵聽并接收同樣的數(shù)據(jù)．在此假設(shè)ACK/NACK都能準(zhǔn)確接收,因?yàn)锳CK/NACK是指示數(shù)據(jù)塊傳輸是否正確的重要信令,所以通常情況下,通信系統(tǒng)會(huì)保證其傳輸錯(cuò)誤率非常低．例如:在4G/LTE蜂窩系統(tǒng)中,ACK/NACK傳輸?shù)哪繕?biāo)誤碼率通常設(shè)定在10-4以下．另外,系統(tǒng)可以采用減低MCS、重復(fù)編碼、功率提升等傳統(tǒng)技術(shù)方案對(duì)ACK/NACK的傳輸準(zhǔn)確性進(jìn)行增強(qiáng)和保證.

如果當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)正確接收數(shù)據(jù)時(shí),當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)反饋ACK信令,當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)、后續(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)均能同時(shí)偵聽到ACK信令;當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹罄m(xù)跳的源節(jié)點(diǎn),當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)釋放收到的數(shù)據(jù),后續(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備.

如果當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)無法正確接收數(shù)據(jù)時(shí),當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)反饋NACK信令,當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)、后續(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)均能同時(shí)偵聽到NACK信令;當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)不做任何動(dòng)作,當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹罄m(xù)跳的源節(jié)點(diǎn),后續(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹罄m(xù)跳的目的節(jié)點(diǎn)來接收數(shù)據(jù).

與傳統(tǒng)方案相比,本文所提的免重傳方案不會(huì)產(chǎn)生額外的信令開銷．在目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)后反饋ACK/NACK時(shí),當(dāng)前跳的備份節(jié)點(diǎn)、后續(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)、備份-備份節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)均要同時(shí)偵聽該ACK/NACK．假設(shè)目的節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)之間的歸一化距離為“1”,當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)反饋ACK/NACK時(shí),所有距離目的節(jié)點(diǎn)在“1”之內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都可以偵聽到信令,包括當(dāng)前跳的源節(jié)點(diǎn)、備份節(jié)點(diǎn)、后續(xù)跳的備份節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)．因此,當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)偵聽到ACK/NACK信令時(shí),它們可以根據(jù)該信令和距離當(dāng)前跳目的節(jié)點(diǎn)的距離自動(dòng)判斷并轉(zhuǎn)換自己在后續(xù)跳中的角色.

3 性能分析

本節(jié)將重點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)傳輸方案和本文所提出的免重傳無線方案的平均傳輸次數(shù)進(jìn)行性能對(duì)比分析．平均傳輸次數(shù)與系統(tǒng)端至端傳輸時(shí)延呈正比關(guān)系,如果平均傳輸次數(shù)越多,則平均端到端時(shí)延也更大.

假設(shè)N表示傳統(tǒng)傳輸方案路由中存在N+1個(gè)節(jié)點(diǎn),假設(shè)每跳之間的距離為單位距離1,因此第1個(gè)源節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間的歸一化距離為N,對(duì)應(yīng)于圖1和圖2,第1個(gè)節(jié)點(diǎn)位于坐標(biāo)“0”,最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)位于坐標(biāo)“N”.

假設(shè)誤塊率BLER為q,即表示數(shù)據(jù)塊出錯(cuò)的概率為q,因此,若采用傳統(tǒng)方案,每跳中數(shù)據(jù)塊無差錯(cuò)到達(dá)接收方的概率為1-q,數(shù)據(jù)塊第i次無差錯(cuò)到達(dá)接收方且前i-1次都出錯(cuò)的概率為

Pi=(1-q)·qi-1,

(2)

所以,每一跳中數(shù)據(jù)塊無損壞到達(dá)接收方需要的平均發(fā)送次數(shù)為

(3)

因此,采用傳統(tǒng)方案的平均傳輸總次數(shù)為

(4)

本文所提出的免重傳方案的傳輸次數(shù)與備份節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和備份步長存在緊密關(guān)系．在本文所提出的免重傳系統(tǒng)中,假設(shè)平均傳輸總次數(shù)為Q,單跳如果失敗,但備份節(jié)點(diǎn)接收成功,則實(shí)際傳輸距離為(1-a);如果成功,則傳輸距離為實(shí)際每跳距離1(歸一化距離)．因此可得出如下計(jì)算:

Q·[q·(1-a)+(1-q)]=N.

(5)

因此,免重傳系統(tǒng)的平均傳輸總次數(shù)為

(6)

根據(jù)上述分析,計(jì)算仿真得出N=3和N=10時(shí)傳統(tǒng)方案和本文免重傳方案的平均傳輸次數(shù)的比較結(jié)果如圖4所示．圖4中,傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的平均傳輸總次數(shù)隨著誤塊率的增加呈現(xiàn)大幅增長,主要原因是如果傳輸失敗的概率增加,重傳次數(shù)也相應(yīng)迅速增加．然而,本文所提出的免重傳系統(tǒng)的平均重傳次數(shù)并沒有呈現(xiàn)大幅增長,因?yàn)樵诿庵貍鞣桨钢?當(dāng)前跳的目的節(jié)點(diǎn)如果不能準(zhǔn)確接收,但存在距離源節(jié)點(diǎn)更近的備份節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù)包．如果從單跳傳輸距離的角度來對(duì)比考慮,傳統(tǒng)多跳系統(tǒng)每跳傳輸距離可能為0;但免重傳多跳系統(tǒng)每跳傳輸?shù)木嚯x至少為1-a,因此免重傳系統(tǒng)傳輸總次數(shù)肯定也低于傳統(tǒng)方案.

圖5為N=10時(shí),隨著誤塊率的增加,本文所提出的免重傳方案傳輸次數(shù)Q與傳統(tǒng)方案傳輸次數(shù)M之間的比值變化(備份步長a分別設(shè)置為1/2,1/3,1/6)．比值越小,則說明免重傳方案的次數(shù)越少,性能越優(yōu)．由圖5可知,在誤塊率較低時(shí)(q<0.2),采用新方案的平均傳輸總次數(shù)與傳統(tǒng)方案相比,減少的并不明顯,因?yàn)樵贐LER較低的情況下,傳統(tǒng)方案傳輸出錯(cuò)概率很低,重傳次數(shù)很少;然而隨著誤塊率的進(jìn)一步增大,傳統(tǒng)方案出錯(cuò)增多,重傳次數(shù)增多,新方案的優(yōu)勢得到明顯體現(xiàn)．如當(dāng)誤塊率為0.4時(shí),新方案的平均傳輸次數(shù)僅為傳統(tǒng)方案次數(shù)的65%～75%．且備份步長a越小,降低的次數(shù)越多．因?yàn)閭浞莶介L越短,每跳備份節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)木嚯x就越遠(yuǎn),總次數(shù)會(huì)越少.

上述分析是基于傳統(tǒng)方案中鏈?zhǔn)蕉嗵?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)固定為N+1時(shí),在直接調(diào)整每跳BLER情況下兩種傳輸方案的性能對(duì)比．然而,BLER與傳輸距離密切相關(guān),單跳的傳輸距離又將直接影響傳統(tǒng)方案的總跳數(shù)．因此,本文繼續(xù)假定源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的總傳輸距離一定,對(duì)比分析通過改變每跳傳輸距離而改變BLER的情況下的兩種方案的性能.

假設(shè)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的總傳輸距離固定為D,單位為km．假設(shè)接收節(jié)點(diǎn)所收到的干擾一致,根據(jù)表1參數(shù),進(jìn)行鏈路仿真計(jì)算和鏈路損耗計(jì)算,得出傳輸距離與SNR的關(guān)系、SNR與BLER的關(guān)系．基于此進(jìn)一步重新仿真兩種方案在傳輸總距離固定為10 km時(shí)的性能,如圖6所示.

表1 鏈路仿真參數(shù)Table 1 Link simulation parameters

由圖6可知,傳統(tǒng)傳輸方案的總次數(shù)隨著誤塊率的增加呈現(xiàn)先減少后增長的趨勢．前期次數(shù)減少是因?yàn)閱翁膫鬏斁嚯x在增加,總距離固定則傳輸總次數(shù)下降;后期次數(shù)增長是因誤塊率太高帶來了重復(fù)傳輸?shù)脑龆啵疚拿庵貍鞣桨傅目偞螖?shù)也呈現(xiàn)先減少后增長的趨勢,但后期傳輸次數(shù)的增長幅度得到明顯控制,因?yàn)榫嚯x源節(jié)點(diǎn)距離更近的備份節(jié)點(diǎn)可準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)．另外,對(duì)比圖中4條曲線的最小值,可得出本文的免重傳方案的最優(yōu)性能可比傳統(tǒng)方案的最優(yōu)性能提升10%～20%.

總之,在BLER較低的情況下,可通過增加單跳的傳輸距離,減少傳輸總跳數(shù),降低端到端時(shí)延，但隨著傳輸距離的進(jìn)一步增大,BLER將進(jìn)一步增大,系統(tǒng)出錯(cuò)概率增大,傳統(tǒng)方案重復(fù)次數(shù)增多,總跳數(shù)增加．本文所提出的免重傳方案因存在距離源節(jié)點(diǎn)更近的備份節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù),所以，傳輸總次數(shù)得到明顯優(yōu)化.

值得注意的是:大部分情況下,本文所述的“備份節(jié)點(diǎn)”可以是系統(tǒng)中原來已部署的節(jié)點(diǎn),無需增加總節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)與部署成本．原因在于:傳統(tǒng)方案中,為了避免多次重傳,目標(biāo)BLER通常設(shè)置得較低,因而單跳傳輸距離短;而在所提方案中,容錯(cuò)性能較好,目標(biāo)BLER可以設(shè)置得較高,從而單跳傳輸距離遠(yuǎn),可進(jìn)行“跨節(jié)點(diǎn)”傳輸,而此時(shí)“被跨過的節(jié)點(diǎn)”即可自動(dòng)成為本文所述的“備份節(jié)點(diǎn)”．例如當(dāng)傳統(tǒng)方案BLER為0.01時(shí),所述新方案單跳可設(shè)置傳輸兩個(gè)節(jié)點(diǎn),將中間節(jié)點(diǎn)設(shè)置為備份節(jié)點(diǎn)使用,即a為1/2,BLER也因此增大.由圖6可知,新方案在BLER大于0.01區(qū)間的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方案在BLER為0.01時(shí)的性能.

4 結(jié)束語

針對(duì)電力無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域信號(hào)覆蓋難、通信質(zhì)量差的問題,本文所提出的基于Mesh的免重傳電力無線多跳高效傳輸技術(shù)可在未增加任何網(wǎng)絡(luò)信令開銷的前提下,明顯降低數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳傳輸所需的平均次數(shù),進(jìn)一步顯著降低平均時(shí)延,提升電力在無線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性,仿真試驗(yàn)也驗(yàn)證了該結(jié)論．隨著當(dāng)前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、小型化低功耗技術(shù)、射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展,使得本文的研究具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.