论文题目：电力多射频多信道无线自组网关键技术研究
摘要：随着国家能源互联网和泛在电力物联网战略的实施,建设一个广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共享的新一代电力系统,已成为电网发展的必然趋势。电力物联网海量高密度终端接入和确保电力业务传输质量将对电力通信网的业务承载能力提出了更高的要求。无线Mesh（Wireless Mesh Network,WMN）无线自组网在生产生活中应用广泛,多射频多信道（Multi-radio Multi-channel,MRMC）技术的应用将会进一步提升了 WMN的吞吐量和承载能力。本文在深入研究基于MRMC-WMN的电力业务承载架构的同时,同时为满足通信网在吞吐量、时延、可靠性、安全性、业务分级以及绿色节能等方面的要求,我们从信道分配、队列调度、能量效率和物理层安全等四个方面对电力MRMC-WMN关键技术开展研究。具体工作内容如下:（1）首先基于几种典型电力业务对通信网在带宽、时延、可靠性等方面的需求并根据电力系统中不同应用场景的特点,研究了不同形式的电力MRMC-WMN承载架构。（2）为了更加准确的描述多射频节点在部分重叠信道下的信道间干扰问题,本文提出了基于逻辑链路的干扰模型,在该干扰模型的基础上建立了基于链路的部分重叠信道分配博弈模型,通过在博弈收益函数中加入链路权重因子的方式,来区分不同等级业务的服务质量并证明了该模型满足纳什均衡。本文还提出了一种可变概率演进的部分重叠信道分配算法,该算法在演进过程中根据不同信道选择的收益大小,调整每次博弈时的信道选择概率,使得该算法在快速收敛的同时并具有避免局部最优化的能力。（3）为了降低系统时延,本文提出了一种分布式的速率控制时延保障调度算法。通过将网络中的限制条件转化为虚拟队列的形式,同时与真实队列一起构建了基于多维冲突图的MRMC-WMN队列模型,将电力业务对时延、传输速率、吞吐量等性能要求转化为队列稳定性问题并通过李雅普诺夫多目标优化方法进行求解。本文提出的调度算法仅通过本地信息就能做出调度决策,充分提升了网络的灵活性和可扩展性。（4）为了提高系统能量利用效率,本文提出了一种基于能量收集（Energy Harvesting,EH）的多射频能量效率优化算法,算法采用能量收集和电网供电的混合能量供给方案,在提高能量效率的同时保证了系统的可靠性。建立了基于能量收集功率分配的能量效率优化问题,并通过线性分式规划、对偶拉格朗日分解等数学方法得到问题的最优解,提出了在线功率分配优化算法。（5）本文采用协作拥塞的方式来降低窃听者信道的信噪比来提高系统安全性。提出了一种基于无线携能（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）和协作拥塞的可靠波束赋形算法,该算法同时考虑了不确定的信道状态信息模型和非线性能量收集模型对系统的影响,结合通信节点信道质量要求、能量收集门限、传输功率门限和系统安全门限等诸多限制条件,实现了在多约束条件下的发送天线波束赋形优化问题,通过S-procedure方法将问题转化为标准半定规划（Semi-Definite Programming,SDP）形式并基于凸优化的方法开展最优值的求解。
关键词：电力系统通信;无线自组网;多射频多信道;信道分配;队列调度;能量收集;协作拥塞
学科专业：电气工程
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 无线自组网的发展
1.1.2 多射频多信道技术的发展
1.2 国内外研究现状
1.2.1 信道分配技术研究现状
1.2.2 队列调度技术研究现状
1.2.3 能量收集技术研究现状
1.2.4 物理层安全技术研究现状
1.3 论文主要工作和创新点
1.4 论文组织架构
第2章 电力系统业务需求及承载架构分析
2.1 电力系统通信整体网络架构
2.2 电力业务需求
2.2.1 配电业务需求
2.2.2 用电业务需求
2.2.3 分布式电源业务需求
2.2.4 输变电业务需求
2.2.5 智能巡检业务需求
2.3 不同电力场景下MRMC-WMN承载架构分析
2.3.1 密集数据传输场景
2.3.2 稀疏数据传输场景
2.4 本章小结
第3章 多业务分级的部分重叠信道分配技术研究
3.1 引言
3.2 系统模型建立
3.2.1 网络模型
3.2.2 干扰模型
3.3 多级QoS部分重叠信道分配方案
3.3.1 基于博弈论的问题构建
3.3.2 纳什均衡分析
3.3.3 可变概率演进算法
3.4 仿真分析与性能评估
3.4.1 仿真参数配置
3.4.2 仿真结果分析
3.5 本章小结
第4章 多射频多信道时延控制队列调度算法研究
4.1 引言
4.2 系统模型建立
4.2.1 基于多维冲突图的网络模型
4.2.2 队列模型
4.2.3 系统约束条件
4.3 分布式速率控制时延保障队列调度算法
4.3.1 问题转化与李雅普诺夫优化
4.3.2 调度决策
4.3.3 分布式速率控制
4.4 仿真分析与性能评估
4.5 本章小结
第5章 基于能量收集的多射频能量效率优化算法研究
5.1 引言
5.2 系统模型建立
5.2.1 系统模型
5.2.2 问题构建
5.3 基于能量收集和功率分配的能量效率优化算法
5.3.1 问题转化
5.3.2 基于能量收集的在线功率分配算法
5.3.3 算法特性分析
5.4 仿真分析与性能评估
5.5 本章小结
第6章 基于SWIPT和协作拥塞的物理层安全算法研究
6.1 引言
6.2 系统模型建立
6.2.1 网络模型架构
6.2.2 数学模型构建
6.3 基于SWIPT和协作拥塞的波束赋形方案
6.3.1 多目标优化问题构建
6.3.2 问题转化
6.4 仿真分析与性能评估
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢