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现在,国家电网配用电通信主干网络已经覆盖到电网的大部分骨干环节和城市的主要地区,实现了光纤通信。相对于城市配用电通信网,农村中低压配用电通信网络覆盖面积小,网络架薄弱。为了农村电网能与各级电网协调发展,必须首先加强建设农村配用电网通信平台。农村特殊的地理条件让无线专网具有优势,尤其是在那些地势复杂,有线网络无法铺设到的地方,只能选择无线通信。在传统配用电通信网络中,通信基础设施的损坏或错误会导致大规模的断电,直接影响到社会经济的发展,电网急需一个可自愈、稳定、可靠、经济、实用的通信平台。无线Mesh网络技术是当前无线移动通信的热门课题之一,比单跳网络更加稳定、具有自愈性等其它网络无法比拟的优势。如今,IEEE802.11s协议通过对MAC层协议的增强,极大地提升了无线网状网的容量和性能,促进了网状网的发展。为了给农村电网通信提供真正可靠、自愈和高吞吐量的无线通信网络,本文主要针对基于802.11s的Mesh网络用于农村配电网进行研究。
本文主要完成工作概括如下:
总结了农村配用电通信网的现状、特点以及覆盖范围,并对本项目场景中配用电通信网需求进行了详细的分析与计算。
简要介绍分析了802.11s中的关键技术。
在明晰了规划的流程之后,首先研究了如何对基于802.11s的Mesh网络进行频率规划、覆盖分析和容量分析。在频率规划中分析了802.11系统在2.4G和5.8G上的频率分配方案以及混合频率分配方案。在覆盖分析中通过链路计算求出在本场景下,各选定802.11设备的最大覆盖范围。在容量分析中首先对网状网节点吞吐量进行分析,并计算出链路在满足公平性的条件下,能承受的最大链路传输速率。通过分析上述各个对网络产生具体影响因素之间的辩证关系,发现在多跳网络中吞吐量的提高和范围的扩大是一对矛盾的目标。为了在本网络规划中取得最优解,研究了基于簇[1]和基于环[2]的两种AP部署方案,这两种方案都是使用混合整数非线性规划优化模型来解决AP部署问题。本文认为基于簇的AP部署方案适用场景与本项目场景类似,通过修改优化模型的目标函数及其约束条件,使其更适用于本项目中的AP部署。结合第二章中的需求分析,举出模型实例,结合第四章覆盖分析和容量分析中的计算结果,求出了等距部署的最优解,并通过理论分析,证明采用减距部署能优化网络。
本文最后利用NS-3仿真软件分别对基于802.11s的链状和网状Mesh网络拓扑单元进行仿真。通过对链状拓扑的仿真,证实通过本文增加的约束条件解出的节点数目n的取值范围更合理,更有利于指导本项目规划,并且使用减距部署能优化网络。为了进一步进行全区域无缝覆盖,本文通过比较各种网状网规则拓扑结构,选择方形拓扑单元进行仿真,得到的仿真结果为将来如何在进一步扩展网络覆盖范围同时,保证吞吐量和实时性提供了依据。