电力物联网低功耗大连接技术研究

杨东升 李希魁

（郑州信工智能化系统有限公司 河南省郑州市 450001）

近几年，我国电网规模不断扩大，电力行业中应用了大量采集、传输、处理设备，将这些设备应用连接到电力系统中，对于电力系统的运行安全、稳定来说都是一项重要挑战，可见，做好相关技术应用的分析与探讨意义重大。

1 电力物联网建设的意义

电力物联网建设是现代社会不断发展的必然趋势，对其进行建设的意义重大，主要体现在以下几个方面：

1.1 社会方面

建设电力物联网会应用到许多先进技术，这使人们加强了对各项技术的研究与应用，这推动了信息通信、计算技术等各项技术的发展，也使不同行业之间相互协调，相互促进，推动了社会稳定前进[1]。

1.2 环境方面

通过对电力互联网的应用，可以提高对各种新能源的应用，促进人们对新能源的研究，减少对不可再生能源的应用，改善生态环境，确保能源绿色、安全，实现对生态环境的保护[2]。

1.3 经济方面

利用电力物联网能够全方面感知电力系统在运行过程中具体状态，能够优化各项配置，减少非必要配置，降低在配置上的投入，进而提高经济效益。

2 电力物联网采集业务的变化

电力物联网中采用的低功耗大连接技术主要面向采集类业务，采集类业务发生的改变内容如表1所示。

表1：采集类业务发生的改变内容

3 低功耗大连接技术

3.1 低功耗技术

3.1.1 采取非连续方式接收

非连续接收（DRX）技术在具体应用期间允许的用户周期性处于不监听信道休眠状态，通过这一方式，能够大幅度降低终端设备在具体运行过程中功率消耗，减少能耗，提高经济效益[3]。非连续接收存在两种不同模式，具体情况如表2所示。

表2：非连续接收的两种模式

拓展不连续接收模式从本质上来说就是的提高DRX技术，其被应用在空闲状态下不连续发射场景，而且在运行时，允许进行后期合并，这能够大幅度减少能源消耗，提高经济效益。

3.1.2 能量收集

所谓能量收集指的就是对分布在环境中的电磁波、太阳能等各种能量进行收集，完成收集之后量，将其转变为可以被无线通信网络正常应用能量的一种先进技术，该项技术经过一段时间发展已经十分成熟，而应用效果良好[4]。通过对能量收集技术的应用，能够使通信过程中遇到的能量不足问题得到解决，目前，该项技术主要被应用在偏远地区天气站、无线传感器等方面，因为采用的各项能源都为可再生能源，对其进行应用能够减少非必要能耗，避免对生态环境造成破坏，这对于我国社会的可持续发展来说也有着重要作用，对于改善生态环境来说也有着重要意义[5]。通过对能量收集技术的应用，能够为电力互联网提供丰富能源支持，从而确保电力互联网中采用的各项设备在运行时都可以实现自给自足，设备能够保持长期稳定运行，不会由于能源供给不足出现各种不良现象，而且不需要频繁更换采用的电池。其优势主要体现在两个方面：一方面能够减低工作人员工作量，另一方面也能够提高电力物联网性能，可以将其部署到原本需要人工巡视无法完成相应检测的高山区域，甚至可以布置在火山周围，这扩大了电力物联网覆盖范围，可以为人们提供更高质量服务[6]。

从现阶段我国电力行业的整体发展情况来看，能量收集技术的模型如图1所示。

图1：能量收集技术模型

3.1.3 开关功率控制

通过对开关进行应用，可以通过自主方式完成对功率大小情况的调整，接收端在运行期间，不需要反馈接收到的各项信号信息；闭环功率控制需要终端和基站共同参与，发射端要依据接收端在运行过程中接收到的各项信号，采取动态方式完成对发生功率的动态调整，从而为后续各项工作的开展提供支持。电力物联网终端发射功率可以进行调整，在进行具体调整时，可以采取闭环或开关方式完成，利用这一方式调整，能够适当延长采用电池的寿命长度，降低终端在运行时的具体能耗，扩大整个系统容量，可以为人们提供高质量服务。

3.2 大连接技术

3.2.1 接入类别限制

接入类别限制机制在具体应用时的核心思想就是在网络处于过载状态时，对部分终端接入请求进行适当限制。在接入类别限制下，演进型基站周期性广播中会接入禁止时间和允许参数p。启动设备，让其处于速记接入过程，内置速记数生成器在运行过程中，会通过随机生产0-1 之间的一个随机数，将随机生产的数据与接入许可参数对比分析，通过对比方式对是否发送接入请求进行确定，从实际情况来看，在具体作业开展，应当在内置随机生产的数小于p 时，终端此时将会发送接请求[7]。但是，从实际情况来看，接入类别限制中，p 是一个固定数值，该数值的整体灵活性相对较差，如果p值较大，将会到导致采用的设备在进行反问时，产生较大延迟，而如果p 值较小，则将会在重负载情况下，出现资源竞争问题。而采用的扩展接入限制，其实的对接入类别限制的一种增强方案，在该方案下，通过对不同类型终端进行应用，允许针对各个终端设置具有针对性的控制参数，也就提高具体控制策略的合理性，使其能够满足应用需求[8]。扩展接入限制在应用时，允许演进型基站在运行时能够在任意时间对广播消息中的扩展接入限制参数进行进行合理修改，通过对这一方式进行应用，能够缩短获取扩展接入限制参数所需要的时间，从而使接入控制整体灵活性能够得到进一步提高，满足应用需求。

3.2.2 时限接入

从本质上来说，时限接入就是预留资源的一种方法，该方法在具体应用时仅允许采用的各个物联网设备在特定接入时限内，通过随机方式发出随机接入请求，利用网络负载，通过均匀方式分散到每个接入时隙，进而疏通网络，以免发生严重拥堵问题。在采用时隙接入方法时，允许一个接入时隙同时分配个不同设备，如果不仅一个设备运行，选择同一前导码在相同时隙上发送随机接入请求，此时，由于不仅一个设备运行，这将会发生碰撞问题，也就是说运行的设备要退避一段时间，再后续接入帧相应时隙，然后发送。

需要相关工作人员在具体工作开展时注意的是，在时隙接入方法中需要设置时隙接入周期是其中十分重要的一项内容，如果设置周期过短，会对拥塞控制整体效果造成不良影响，而如果设置周期过长，将会导致设备终端接入时延过长，无法满足需求。可见，若通信业务较为敏感，则不适合应用时隙接入方案解决遇到得拥塞现象。

3.2.3 退避机制

该机制与接入类别限制具有一定相似性，从本质上来说都是发送延迟随机接入请求，接入类别限接入算法，对于接入请求通过接入概率控制，而对退避机制进行应用，可以通过对退避时间进行设定方式，合理将瞬时接入设备合理分散不同时隙中，进而避免发生冲突问题。在均匀退避机制下，设定的退避时间窗是一个固定值，该方法在具体应用时也存在一定弊端，主要体现在面临不同网络复杂时，整体灵活性相对较差，因此，会出现非必要冲突或时延。二进制指数退避的核心思想就是节点计入了请求之后，依据是否发生了碰撞设计每个节点的具体接入时间请求，依据是否发生了碰撞问题，对各个节点退避时间进行设计，若发生了碰撞，要增加退避时间窗口，将其增加到最大值，否则要将退避时间窗口减小到最小值。

4 结语

低功耗大连接是电力物联网中一项重要技术，其应用前景广泛，在对这一技术进行应用时，需要从不同方面入手，对采用的技术进行全面探讨，保证采用高技术合理性，从而使其作用能够得到充分发挥，为人们提供高质量服务。