基于重構(gòu)算法和碼距反饋的電力線通信網(wǎng)絡(luò)可靠性研究.pdf

1、電力線寬帶接入網(wǎng)、局域網(wǎng)和基于電力線通信的大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，對電力線通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更高的要求。在電力線通信節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)時，可靠性問題的關(guān)鍵是在變化的信道條件下，節(jié)點(diǎn)間通信鏈路是否能夠可靠連接。在以往的文獻(xiàn)和研究成果中，針對電力線通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究較少；本文從理論和工程應(yīng)用兩個方面對提高電力線通信網(wǎng)絡(luò)連通性及有效性的方法進(jìn)行了較為深入的研究。
　　分析前人研究的電力線信道輸入阻抗、噪聲、反射特性和信道模型，從中歸納出電力線

2、信道的動態(tài)特性；分析電力線通信網(wǎng)絡(luò)可靠性相關(guān)的已有成果，結(jié)合電力線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和研究的現(xiàn)狀，提出了電力線通信連通性問題是在大規(guī)模節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)條件下，迫切需要解決的基礎(chǔ)問題。應(yīng)用OSI模型的系統(tǒng)分層方法，研究并指出現(xiàn)有電力線通信網(wǎng)絡(luò)缺乏可互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)層功能，在MAC層上增加網(wǎng)絡(luò)層的功能是十分必要的，并能以較小的代價和硬件開銷實現(xiàn)這一功能。深入研究了電力線通信網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)特性，指出電力線通信網(wǎng)絡(luò)的邏輯重構(gòu)問題即初始化問題。通過分步驟的重構(gòu)初始化，

3、提出了可重構(gòu)的引理，進(jìn)一步提出并證明了多級分層策略下的可重構(gòu)算法。闡明了重構(gòu)算法與普通中繼網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別和同步方法；并指出了可重構(gòu)算法位于受物理層限制較小的MAC層，這一特點(diǎn)對于現(xiàn)有電力線通信網(wǎng)絡(luò)的硬件平臺具有普遍的適應(yīng)性。
　　進(jìn)一步研究邏輯重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，給出一種適用于混合電力線通信網(wǎng)絡(luò)的低成本的類-TDMA的MAC層協(xié)議；應(yīng)用M/D/1模型，與輪詢系統(tǒng)對比，分析了協(xié)議的性能。分析了實際應(yīng)用對重構(gòu)算法的限制，給出了經(jīng)過驗證的工程

4、算法，以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)感興趣的通用循環(huán)周期。
　　與重構(gòu)初始化算法同樣地適應(yīng)硬件平臺，進(jìn)行了基于累加器的FEC信道編碼方法研究。針對窄帶電力線通信網(wǎng)絡(luò)，給出了碼距最大化的信道編碼原則；可使用重復(fù)編碼累加器來構(gòu)造最大碼距的信道編碼，以提高比特能量噪聲比；指出即使物理層無累加器，也可在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)軟累加器。設(shè)計信道編碼比特累加器，使用大數(shù)判決方法進(jìn)行糾錯，并給出了累加器大數(shù)判決的信道誤碼性能及實際工程驗證結(jié)果。研究了累加器與經(jīng)典TS

5、-ARQ算法的資源消耗，指出基于累加器的信道編碼能夠降低資源消耗，并能夠獲得更好的時間性能。根據(jù)信道質(zhì)量間接估計的基本需求，研究用信道編碼碼距的反饋信息將信道質(zhì)量劃分為離散的區(qū)間，作為信道編碼的參考；給出了算法并作了對比性研究，證明在滿足可靠性前提下，信道質(zhì)量反饋編碼能夠提高通信有效性。
　　針對電力線通信網(wǎng)與外部網(wǎng)的接口，提出使用單芯片嵌入式TCP/IP協(xié)議棧來構(gòu)造瘦服務(wù)器模式網(wǎng)關(guān)，給出網(wǎng)關(guān)參考模型和基本結(jié)構(gòu)，研究和闡述CGI的

6、接口方法，給出應(yīng)用層實現(xiàn)的具體方法。針對重構(gòu)算法和累加器信道編碼的應(yīng)用，研制實用的電力線擴(kuò)頻通信模塊，并指出實際應(yīng)用對擴(kuò)頻通信的限制。重點(diǎn)研究和開發(fā)電力線窄帶通信模塊，詳細(xì)闡述了設(shè)計步驟，影響物理層性能的因素及相應(yīng)的解決辦法；給出了使用窄帶電力線通信模塊進(jìn)行組網(wǎng)的方法以及在遠(yuǎn)程照明監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的工程實例。
　　電力線可重構(gòu)算法以及基于累加器的自適應(yīng)信道編碼，受物理層限制較小，具有優(yōu)良的通用性。單芯片電力線通信網(wǎng)關(guān)和電力線通信模塊