自适应低压电力网载波信道的全动态智能组网技术

深圳朗金科技开发有限公司研发中心技术总监 陈果

国网公司计划从2010年开始用三年的时间把电力用户用电信息采集系统做到一个全覆盖、全采集和全面预付费，这涉及到1.5亿国网用户和0.5亿南方电网用户的智能电表的更换和整个系统建立，这是一个很庞大市场。

电力载波是用户采集系统主流通信介质

整个系统的建构实际上由三层架构构成，包括通信层、通信层和采集层。

这里的通信层是远程通信网络，由无线公网和无线专网，230兆的专用电台等等。整个采集层由集中器加上下面的载波表和采集器组成。我们今天讨论的技术是本地网络技术，我们如何解决线路最后一公里的通信问题，这是长期以来制约整个主站系统、通信曾载波操作系统的技术发展瓶颈问题。

安装方式是这样的，集中器安装在每个配电变压器下面，采集器和载波安装在各个用户楼道的电表箱里面。其中集中器到采集器最主要的通信方式采用了低压电力载波，这是目前为止国网公司采用最多的低压电力用户采集系统的通信介质。

国内低压载波通信发展历程

低压电力网载波信道有优势有劣势。我们看低压电力网优点覆盖范围广，只要有家庭就有电力网络，这是建立企业作为自动化技术和采集技术最具竞争优势的资源。我们低压电力网也具有明显的特点，因为低压电力网建设的本初为了供电，而不是为了通信用的，所以具有网络复杂，而且通信的可靠性很难保证，高衰减，高噪音，高畸变的恶劣通信媒介。

国内低压电力载波抄表不是一个新技术，已经有15年的历史了。它的发展分为三个阶段：第一个阶段主要以增加载波技术的物理通信距离为主，辅之于人工设置中的继点。此方式使载波抄表系统工程化现象严重，且要求现场工程人员经验丰富，现场委会工程量巨大。第二阶段采用静态的自组网技术，改善系统抄收性能，减少现场工程维护工作量。此技术不能做到每个点不能直通，必须采用中介。第三个阶段采用了全动态组网技术，这个技术特别适合于实战性强的低压电力网，可以提高系统抄收系统。

国内十几年的低压电力线载波抄表系统使用实践证明，单靠载波芯片本身的物理通信能力无法达到理想和稳定可靠的抄收率。

自适应的全动态组网技术的优势

动态选择最优最短抄收路径，完全自适应;系统中每个节点都可以自动成为中继节点;系统长期稳定可靠，完全免维护等。

我们实现这种技术，它是一个分布式的网络，和以前的网络有很大的区别：

第一就是持续的载波侦听多路访问。全动态组网技术采用的洪泛算法是一种全转发技术，CSMA是一种保证最小冲突概率的冲突避免技术，为全转发提供了良好的冲突避免的机制。

第二是网络负荷控制技术。我们知道市场上主流芯片波特率很低，带宽很低，如此低的带宽都转发会出现网络堵塞，最后导致网络瘫痪。我们如何避免网络堵塞和降低网络负荷是我们技术实现的另外一个核心，技术实现核心是降低网络负荷，避免网络堵塞和振荡。这里面涉及的技术包括重复包检测、垃圾包丢弃、上下行包处理、事务号排序和处理、中继级数处理。

自适应的全动态组网技术根据当时的网络媒介状态动态选择可达路径。相较传统的逐级中继方法，随着中继级数和节点的增加，衍生出的可达路径将成倍增加;增加了通信成功概率;提高了系统抄收的可靠性。关于冲突率的分析。大家关注如何避免冲突，对于它是否可以大规模应用的很大质疑。我们采用CSMA的技术和网络负荷控制技术的实现已将网络冲突概率降低到最小;我们结合低压电力网的特点，它不是全网可见，只是局域可见，看到的节点是有限的;全动态网技术的见缝插针的优势，从这条路径堵塞了或者冲突了，只要另外一条路径可以达到就可以自动选择另外一条路径。

低压电力线载波抄表系统今后大规模商用的技术发展方向：载波芯片良好的物理层通信能力;自适应的全动态组网技术;系统技术上的免维护。技术的免维护使得这个系统大规模商用的重要前提。

以一个实际例子来介绍我们使用自适应的全动态组网技术在典型环境下的效果。北京某工厂区办公区、生产区、宿舍区共93块电表，每一小时一个时段抄收，一天24个时段进行抄收，每小时时段抄收成功率100%%。实现计量和通信分开，计量不影响通信，通信不影响计量，整个系统的可维护性增大很多。

我们的集中器低压载波的模块和表计都符合国网标准，是模块化，符合国网标准。