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低压电力线网络通信协议及路由算法研究

作　者: 熊辉
导　师: 李红信
学　校: 兰州大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 低压电力线通信 TCP/IP协议 自动路由 分簇算法
分类号: TN913.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 94次
引　用: 1次
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内容摘要


电力线是世界范围内覆盖最广的一种通信介质,所以利用电力线进行数据通信一直受到工业界和学术界的广泛关注。然而,电力线最初的设计是用于传输电能的,当用于数据通信时,信号衰减大、干扰强,且具有较强的时变性,导致通信距离有限,可靠性不高。针对这些问题,同时考虑到未来的低压电力线网络应该能实现与远程网的无缝连接,本文对低压电力线网络通信协议及路由算法进行了研究。论文开展的主要工作有：(1)构建了基于TCP/IP协议的低压电力线通信模型。目前流行的低压电力线通信协议一般都是国外标准,其通信协议复杂,成本昂贵,对硬件要求较高,所以构建一个开放的、通用的通信协议模型具有潜在的应用价值。着眼于电力线网络与远程网无缝连接的大趋势,本文引入TCP/IP协议,构建了基于TCP/IP协议的低压电力线通信模型。为了适应低压电力线的信道特点,本文提出了TCP/IP协议替换算法来压缩TCP/IP协议头,以提高传输效率；同时,采用中间节点缓存机制,减少端对端重传次数,提高网络吞吐量。(2)提出了适合电力线通信的MAC层协议。针对PLC广播式的共享信道的特点,本文借鉴无线网络CSMA/CA信道接入方式,并将其复杂的RTS-CTS机制,改为简单的ACK确认机制,从而减少通信负担,同时保证了数据传输的可靠性。(3)提出了基于邻居表的多路径动态路由算法。现有的低压电力线通信路由算法主要有蚁群算法和分簇算法。蚁群算法实现复杂,对硬件要求较高,很少在低压电力线通信中实际应用。分簇路由主要有交叠式和非交叠两种算法,算法实现相对简甲,但各有其缺点,本文主要结合交叠式和非交叠两种算法的优点,提出了基于邻居表的多路径动态路由算法。该算法实现简单,对硬件的存储空间要求也较低。实验证明,该算法能够保证网络的连通,具有一定的健壮性和优化网络的能力。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9
  1.2 国内外发展现状  9-10
  1.3 研究目的和意义  10-11
  1.4 本文主要研究内容和组织结构  11-13
第二章 低压电力线信道和低压电力线网络  13-23
  2.1 PLC信道  13-15
    2.1.1 噪声特性  13-14
    2.1.2 阻抗特性  14
    2.1.3 衰减特性  14-15
  2.2 PLC网络拓扑与特征  15-17
  2.3 PLC网络MAC层技术  17-20
    2.3.1 传统的介质访问控制方法  17-19
    2.3.2 几种协议的比较分析  19
    2.3.3 PLC网络MAC算法  19-20
  2.4 PLC网络网络层技术  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 低压电力线通信协议模型  23-34
  3.1 引言  23
  3.2 OSI参考模型  23-24
  3.3 现有电力线通信协议  24-26
    3.3.1 X-10协议  24
    3.3.2 LonWorks  24-25
    3.3.3 CEBus  25
    3.3.4 EIB协议  25
    3.3.5 各种协议模型的比较与分析  25-26
  3.4 基于TCP/IP协议的电力线通信模型  26-33
    3.4.1 TCP/IP协议用于PLC网络的优点  26-27
    3.4.2 TCP/IP协议用于PLC网络存在的问题  27-28
    3.4.3 协议的改进  28-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 低压电力线网络自动路由研究  34-50
  4.1 PLC初始化组网和自动路由概述  34-35
  4.2 PLC常见路由算法  35-37
  4.3 基于邻居表的多路径路由算法  37-44
    4.3.1 组网的前提条件  37
    4.3.2 网络初始化算  37-39
    4.3.3 地址路由策略  39-40
    4.3.4 网络重构  40-44
  4.4 路由算法实验测试  44-49
    4.4.1 实验条件  44-47
    4.4.2 初始化组网测试  47
    4.4.3 网络重构测试  47-49
    4.4.4 固定路由失效测试  49
  4.5 本章小节  49-50
第五章 结论  50-52
  5.1 主要结论  50
  5.2 研究展望  50-52
参考文献  52-55
在学期间的研究成果  55-56
致谢  56

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 有线通信、通信线路工程 > 载波通信
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