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1 篇 学位论文

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1 篇 工学
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主题

1 篇 智能电器通信网络
1 篇 多信道调度
1 篇 lorawan下行路由控...
1 篇 arima时间序列预测...
1 篇 sdn框架

机构

1 篇 温州大学

作者

1 篇 冷玉祥

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=ARIMA时间序列预测算法"

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排序：

面向智能电器系统的LoRaWAN网络下行路由控制策略

面向智能电器系统的LoRaWAN网络下行路由控制策略

引用

作者：冷玉祥温州大学

学位级别：硕士

随着电力物联网技术的发展,智能电器系统通信网承担着一系列用电设备控制与运行监控的接入通信业务,是配用电网络中的关键环节,在企业“节能降耗”的生产理念以及国家发展“双碳”目标等方面具有重要意义。智能电器系统通信网数据主要... 详细信息

随着电力物联网技术的发展,智能电器系统通信网承担着一系列用电设备控制与运行监控的接入通信业务,是配用电网络中的关键环节,在企业“节能降耗”的生产理念以及国家发展“双碳”目标等方面具有重要意义。智能电器系统通信网数据主要包括有状态数据和实际运行数据,其中状态数据主要包含网络运行状态监测和终端电器设备的状态信息数据,实际运行数据包括直接影响智能用电平台运营决策的用电运行数据与能耗信息等数据。智能电器系统通信网络技术包括光纤、电力线载波以及无线通信等方式,考虑到配用电网络结构复杂,用电终端种类较多且数量大、分布区域较广,现场安装设备时电磁干扰环境复杂,此类传统信息传输方式已无法满足智能电器系统采集业务对数据准确性、可靠性、完整性等方面的要求。LoRaWAN网络无线通信技术在信号抗衰减、大范围区域覆盖、设备灵活接入、可拓展性等方面具有明显的优势。但是,随着信息业务数据量和节点数量的不断增大,LoRaWAN网络在数据上下行过程中会出现数据传输超时和信道争用等现象,从而产生持续增长的流量与有限的网络带宽之间的矛盾。为了满足智能电器终端通信业务的实时性、可靠性等需求,LoRaWAN网络需要能够实现对未来时刻带宽需求和业务流量的预测,同时快速有效地进行网络带宽链路资源的分配,满足下行传输数据高效且可靠的路由规划。本文的主要研究内容和成果如下: (1)对现有LoRaWAN网络下行通信传输进行原理性研究分析,指出了LoRaWAN无线传感技术目前存在较大的局限性,主要体现在下行数据的网关队列拥塞与链路资源分配不均加速了下行流量的占空比饱和过程,最终导致数据下行传输产生冲突,网络性能恶化。 (2)提出基于arima优化的软件定义LoRaWAN网络下行路由控制方法,引入SDN(Software Defined Network)框架至LoRaWAN无线传感网络中,建立下行路由模型,根据SDN框架监测到的下行流量带宽来预测未来时刻路由的实时状态参数,提高网络在业务处理过程中的自适应能力和链路拥塞处理能力。 (3)为了提高下行路由信息的预测精度,考虑arima时间序列建模过程中数据波动性对预测结果的影响,提出基于最小二乘多项式(Savitzky-Golay,S-G)平滑滤波算法,对下行路由的时间序列数据进行平稳性处理,然后根据模糊数学多准则决策算法中的三角模算子设计多参数融合的下行路由控制策略,计算LoRaWAN网络下行过程最小路由选择度,确定下行通信的最优路由。 (4)针对LoRaWAN无线传感网络系统在下行过程中因数据冲突和信道争用而引起的通信阻塞和网络性能差等问题,提出基于多信道动态调度算法的LoRaWAN无线传感网络系统,采用TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)与CSMA(Carrier Sense Multiple Access,载波监听多路访问)混合接入的通信方式并结合空中唤醒机制实现多信道调度,合理分配信道资源,通过划分时隙通信中的时间轴以及分配信道方式来进一步优化数据传输机制,进而有效融合TDMA与CSMA接入通信方式,并针对具体的通信流程设计了云服务通信方案,包括节点设备和网关接入、设备地址分配、安全性验证、MQTT协议应用等。 (5)搭建了LoRaWAN网络下行路由的arima时间序列预测仿真模型,研制了基于LoRaWAN网络无线传感的智能用电信息采集系统,对所提出的控制方案进行了验证,并与传统控制方案进行了对比。仿真与实验验证结果表明,改进后的arima预测模型的均方根误差相较于标准arima模型减少了87%,并进行不同路由控制策略通信性能的对比,所提的下行路由控制策略能够有效降低网络传输时延和丢包率。基于混合接入方式的多信道调度通信有效提高了LoRaWAN网络的数据发送成功率。在实际LoRaWAN网络部署环境下进行网络性能测试,采用本文所提路由控制策略后的链路平均带宽占用率较之前增加了12%,相较于标准LoRaWAN协议下的通信效果,下行冲突概率的改善比例为50%,数据丢包率也都有明显降低,有效提高了LoRaWAN下行通信性能和可靠性,增强了网络拥塞处理能力,对智能电器系统通信网的搭建具有重要意义。

关键词：智能电器通信网络 LoRaWAN下行路由控制 SDN框架 arima时间序列预测算法多信道调度

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