LoRa上行多跳通信研究及在输电线路中的应用

摘要

输电线路作为电网的重要组成部分，极易受外界复杂因素的影响而发生故障。为了保障输电线路的稳定运行，需要对输电线路及其周边环境的一些参数进行实时监测。长距低功耗数据传输技术(Long Range，LoRa)作为非授权频谱低功耗广域网技术(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)的典型代表，具有覆盖范围广、功耗低和成本低等特点，非常适合在输电线路监测中应用。
　　输电线路监测系统中的监测终端一般都是沿线部署，呈长形分布，而LoRa网络广泛采用星型拓扑结构，会导致离基站较远的监测终端需要以较大的发射功率发送数据，进而加快监测终端的能源消耗，可能还会使数据传输失败，从而降低了整个监测网络寿命和传输的可靠性。针对这一问题，提出并研究了LoRa上行多跳通信技术，并将其应用在输电线路监测系统中，在保证输电线路监测网络正常工作的前提下，降低网络瓶颈能耗，从而实现延长网络寿命的目的。
　　本文首先介绍了输电线路监测的主要参数及监测系统中信息通信的特点，在此基础上，针对已在输电线路监测中应用的通信技术缺点，提出可以在输电线路监测中应用LoRa技术。其次，对LoRa技术的基本原理进行介绍，分析LoRa单跳通信在输电线路中应用的不足，研究LoRa上行多跳通信技术，并给出了确定最优多跳的路由和传输配置算法。再次，根据输电线路监测系统的设计原则，对基于LoRa上行多跳通信的输电线路监测系统的进行了总体设计，并对系统的现场感知终端、LoRa上行多跳网络和远程数据管理中心这三个部分的软、硬件架构进行了具体的论述。最后，基于输电线路环境分别进行了LoRa上行多跳通信策略仿真实验和LoRa通讯模块的通信实验。结果表明，在输电线路监测系统中，使用LoRa多跳通信技术可以实现远距离高可靠性传输，并延长输电线路监测系统寿命。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 各章节内容安排

2 输电线路监测及其相关技术研究

2．1 输电线路监测概述

2．1．1 输电线路监测的主要参数

2．1．2 输电线路监测信息通信的特点

2．2 输电线路监测系统中的通信技术

2．2．1 输电线路监测系统通信技术介绍

2．2．2 输电线路检测通信技术分析

2．3 本章小结

3 面向输电线路监测的LoRa上行多跳通信研究

3．1 LoRa概述

3．2 LoRa上行多跳通信

3．3 面向输电线路监测的LoRa上行多跳通信策略

3．3．1 计算可能的多跳组合

3．3．2 瓶颈能量计算

3．3．4 最优跳组合与最佳传输配置

3．5 本章小结

4 基于LoRa多跳通信的输电线路监测系统设计

4．1 输电线路监测系统的设计原则

4．1．1 可靠性和实时性

4．1．2 灵活性和安全性

4．2 基于LoRa上行多跳通信技术输电线路监测系统

4．3 输电线路监测现场测量感知终端

4．4 基于LoRa上行多跳通信技术的低功耗广域网络

4．5 输电线路监测系统远程数据管理控制中心

4．6 本章小结

5 实验及分析

5．1 基于输电线路环境LoRa上行多跳通信测试

5．2 基于输电线路环境的LoRa通信测试

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果