- 頭條物聯網環境下，山地變電站信號可并行識別的改進算法2021-11-11 作者：王洪亮 束洪春 周潔 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為了解決山地變電站監測信號的碰撞問題，昆明理工大學電力工程學院、云南電網有限責任公司昆明供電局的研究人員王洪亮、束洪春、周潔，在2020年第23期《電工技術學報》上撰文，提出了可并行識別的改進幀時隙ALOHA算法。該改進算法解決了山地變電站物聯網監測系統中的信號碰撞問題，保證了吞吐率隨著信號量增大時也能保持相對穩定，提高了山地變電站監測信號被高效準確識別的概率，保障了變電站的安全。
為了保證當前社會使用電能的穩定性，必須確保變電站運行安全可靠。山地變電站由于處于復雜的地理位置和惡劣的氣候條件之中，更需要監測眾多影響變電站安全穩定運行的參量。山地變電站特殊的外界環境使其更難監測識別各參量信號，因此研究如何高效識別監測信號至關重要。
物聯網（IoT）技術的跨越式發展給變電站安全監測提供了新的方案和思路。其中，射頻識別（RFID）技術運用較為廣泛，但在實際運用過程中，一個閱讀天線要同時接收很多待識別標簽，通信通道阻塞造成了標簽信號碰撞問題。
目前，標簽碰撞問題已經得到了廣泛的關注，已有大量的標簽防碰撞算法被提出。隨著標簽量的大幅度增加和識別范圍擴大的需求，大量閱讀器被引入，閱讀器碰撞問題的研究日趨迫切。
國內外的研究者通過大量實驗驗證發現目前常用的幾種技術中，在標簽防碰撞領域中是切實可行的有頻分復用、波分復用、空分復用和時分復用，但是由于目前應用較多的射頻標簽屬于無源標簽，在功耗和芯片功能方面有很大的限制。
超高頻第二代標準是全球電子產品代碼（標準化組織）（EPCG）起草的基于頻分多路Class1 Generation2 UHF（EPCC1G2）算法，該算法提出將閱讀器之間通信與標簽識別通信分開不同信道以避免碰撞，但標簽沒有頻率選擇功能，所以該算法未能解決“閱讀器-閱讀器”碰撞問題。
歐盟采用基于載波監聽（CSMA）機制的ETSIEN302208-l，作為閱讀器防碰撞標準，該算法中閱讀器在識別標簽前先監聽信道是否有數據傳輸，若信道空閑，則識別標簽；若信道忙，則重新監聽信道。但是該算法存在“隱藏終端”問題，也不能有效地解決閱讀器防碰撞問題。
有學者提出的EMRCA算法復雜度較高，且算法效率較低；有學者提出的Season算法在共同識別階段不能有效地避免閱讀器之間的碰撞，使得算法第一階段效率較低；有學者提出的MTRSP算法性能較好，但算法復雜度高，不適合大規模應用。由于時間、頻率資源的有限性，這些算法性能均有缺點和不足，且算法相對復雜。
在現行系統中，防碰撞算法較多采用時分復用技術，經研究發現這種方法吞吐率較低，且在數量增大時具有一定的局限性。因此，昆明理工大學電力工程學院、云南電網有限責任公司昆明供電局的研究人員結合物聯網技術，把物聯網與山地變電站進行融合，將一種二次改進后的可并行識別的幀時隙ALOHA算法運用到山地變電站監測信號識別技術上，能夠有效地提高監測信號識別準確率并且將識別率穩定下來，解決了識別率隨著監測信號量增大而急劇下降的弊端。
圖1 山地變電站物聯網結構圖
圖2 可并行識別的改進幀時隙ALOHA算法
圖3 變電站物聯網測試平臺
首先，他們構建了山地變電站物聯網監測系統，研究傳統幀時隙ALOHA算法并進行仿真和識別效率分析，鑒于該算法吞吐率較低、局限性的弊端，提出改進幀時隙ALOHA算法；接著，他們對該算法進行了二次改進，研究了可并行識別的改進幀時隙ALOHA算法，搭建了變電站物聯網測試平臺；最后經過仿真驗證，有99.2%的監測信號能夠處在高于90%吞吐率的水平，是優化之前的1.80倍，并且最高吞吐率97.5%是傳統幀時隙ALOHA算法37.0%的2.64倍。
以上研究成果發表在2020年第23期《電工技術學報》，論文標題為“物聯網環境下變電站信號可并行識別的改進幀時隙ALOHA算法”，作者為王洪亮、束洪春、周潔。
