聶斌

摘要：我國(guó)的科技領(lǐng)域正在高速的發(fā)展中，各個(gè)層面都有了前所未有的突破性進(jìn)展，建立泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，在海量數(shù)據(jù)的支撐下實(shí)現(xiàn)物理、商業(yè)和信息的互聯(lián)與互動(dòng)，是適應(yīng)高比例可再生能源接入和電力市場(chǎng)化改革需要、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)中廣泛部署的物聯(lián)網(wǎng)終端可有效促進(jìn)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行全過(guò)程的全景感知、信息融合及智能管理與決策，但也帶來(lái)了突出的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng)終端;非法無(wú)線通信鏈路;檢測(cè)方法

引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)都在本專業(yè)的技術(shù)上有了很大的進(jìn)步，充分展示了我們的大國(guó)風(fēng)范。為了適應(yīng)多媒體應(yīng)用的增加，滿足網(wǎng)絡(luò)容量、數(shù)據(jù)速率不斷增長(zhǎng)的需求，無(wú)線通信系統(tǒng)鏈路質(zhì)量檢測(cè)成為無(wú)線通信提高系統(tǒng)性能的重要研究點(diǎn)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線電波作為一種易受到外界干擾的傳輸介質(zhì)，其傳輸質(zhì)量會(huì)因外界影響而出現(xiàn)較大波動(dòng)。為了能夠保證上層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，減小信號(hào)受到的干擾，需要評(píng)估檢測(cè)無(wú)線通信系統(tǒng)的鏈路檢測(cè)。

1無(wú)線通信概念

無(wú)線通信相對(duì)來(lái)講效率會(huì)高一些。它的信息傳輸媒介是微波通信以及衛(wèi)星通信。無(wú)線電波形式是微波通信的主要傳輸方式，這種數(shù)據(jù)信息的承載體的傳輸距離一般在幾十千米左右，雖然距離不是很長(zhǎng)，但是頻帶非常寬，承載的信息容量也非常巨大。因此使用微波通信的地區(qū)都會(huì)每相距幾十千米，就會(huì)建設(shè)一個(gè)微波中繼站，以確保信息傳遞效率。衛(wèi)星通信顧名思義則是借助衛(wèi)星作為中繼站，借此與地面上的地球站建立通信聯(lián)系，這種通信方式非常繁瑣，一般都會(huì)經(jīng)過(guò)無(wú)線-有線-無(wú)線的傳輸方式。無(wú)線通信則可以不受地域、環(huán)境的外界限制，所以我國(guó)西部地區(qū)普遍應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)，運(yùn)用無(wú)線電發(fā)射塔，大大的增強(qiáng)了人們生活的便利性，方便了生活以及生產(chǎn)。但若是傳播信息過(guò)程中遇到電磁干擾過(guò)強(qiáng)時(shí)，信息的安全性則無(wú)法保障，較容易受到人為的干擾。另外信息傳輸信號(hào)不太穩(wěn)定，可能會(huì)影響生活與生產(chǎn)，再加上無(wú)線電磁的輻射，也會(huì)對(duì)人體造成一定的傷害。

2電力物聯(lián)網(wǎng)終端非法無(wú)線通信鏈路檢測(cè)方法

2.1確定無(wú)線鏈路傳輸特點(diǎn)及速率選擇機(jī)制

無(wú)線通信傳輸中，通道無(wú)論采用何種物理層調(diào)制方法都易受到外界干擾。電磁波傳輸過(guò)程中存在很大的不確定性，存在大量干擾和損耗，丟包現(xiàn)象十分普遍。若采用固定速率，將很大程度影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能。估計(jì)當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)鏈路的質(zhì)量，并以此為依據(jù)選擇合適的傳輸速率，可以大幅度提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，在很大程度上優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前的速率控制機(jī)制主要根據(jù)物理層選擇保守調(diào)制方法。假設(shè)丟包由于環(huán)境噪聲影響接收端譯碼，根據(jù)發(fā)送端發(fā)送失敗次數(shù)逐漸降低速率，但現(xiàn)實(shí)生活中，通常由于受到其他無(wú)線通信設(shè)備的干擾而導(dǎo)致丟包率進(jìn)一步增大。如果始終單純降低速率，只會(huì)使數(shù)據(jù)包在信道中的傳輸時(shí)間延長(zhǎng)，降低傳輸效率。通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有MAC層協(xié)議，能提高無(wú)線通信系統(tǒng)的工作效率，檢測(cè)當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)鏈路質(zhì)量，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整鏈路，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能。

2.2本地均值估計(jì)算法

本地均值估計(jì)算法包括本地場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量采樣方法和采樣數(shù)據(jù)處理算法。測(cè)量采樣方法分為定點(diǎn)采樣和移動(dòng)采樣，本文采用效率較高的移動(dòng)采樣方法。因此本地均值估計(jì)算法步驟為：采用移動(dòng)采樣方法進(jìn)行采樣，選擇合適的采樣范圍（即樣本統(tǒng)計(jì)區(qū)間）和抽樣點(diǎn)數(shù)，通過(guò)采樣數(shù)據(jù)處理算法，消除疊加在本地場(chǎng)強(qiáng)均值（由本地大尺度衰落或路徑損耗決定）之上的隨機(jī)波動(dòng)（由小尺度衰落決定），得到本地場(chǎng)強(qiáng)均值的估計(jì)值。樣本統(tǒng)計(jì)區(qū)間選取的準(zhǔn)確與否決定能否有效消除快衰落信號(hào)對(duì)本地均值的影響。通常樣本統(tǒng)計(jì)區(qū)間可以沿徑向、區(qū)域或者帶寬選取，如果統(tǒng)計(jì)區(qū)間選取過(guò)小將導(dǎo)致快衰落消除不充分，使得本地均值估值誤差增大;如果統(tǒng)計(jì)區(qū)間選取過(guò)大，則本地條件將不復(fù)成立，得到的數(shù)據(jù)不能反映某一點(diǎn)附近范圍的場(chǎng)強(qiáng)均值。抽樣點(diǎn)數(shù)目決定估值方差，抽樣點(diǎn)太密將導(dǎo)致樣本不能統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，無(wú)法通過(guò)平均處理消除隨機(jī)波動(dòng)影響;抽樣點(diǎn)太稀，則會(huì)使估值方差增大。此外，抽樣點(diǎn)選取還受到接收設(shè)備能力以及運(yùn)算復(fù)雜度的影響。

2.3架構(gòu)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，受應(yīng)用場(chǎng)景不同的影響，構(gòu)架不盡相同，其與因特網(wǎng)進(jìn)行有線連接的接入點(diǎn)位于最高層。無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)路由器以多跳的形式在中間層次連接，以此提供無(wú)線終端用戶接入和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的相關(guān)服務(wù)。類似于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的一部分支持多跳傳遞功能，實(shí)現(xiàn)各移動(dòng)STA之間的數(shù)據(jù)多跳傳輸。mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠有效避免一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的星型結(jié)構(gòu)，避免由單點(diǎn)故障和中心網(wǎng)絡(luò)堵塞導(dǎo)致的全網(wǎng)癱瘓。與傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)相比，無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性大大增強(qiáng)。mesh網(wǎng)絡(luò)中，為了降低成本和發(fā)送功率，減少不同網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間的互相干擾，一般選用相對(duì)較短的單跳無(wú)線通信鏈路。終端用戶可以在任意地點(diǎn)隨時(shí)與其他終端聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比大幅度增加，系統(tǒng)容量隨之提升。

2.4基于密度聚類的非法通信鏈路檢測(cè)

聚類分析是將樣本集合分組成為由類似的樣本組成的多個(gè)類簇的分析過(guò)程。作為一種無(wú)監(jiān)督的模式識(shí)別方法，聚類方法需要在沒有標(biāo)記數(shù)據(jù)指導(dǎo)下對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行分組，使得同一類內(nèi)的相似性盡可能大，而不同類之間的差異性盡可能大。在無(wú)監(jiān)督條件下如何確定聚類數(shù)量，是聚類算法的核心問(wèn)題。作為一種經(jīng)典的密度聚類算法（Density BasedSpatial Clustering of Applications with Noise，DBSCAN）可在有噪聲的狀態(tài)空間中根據(jù)樣本分布密度劃分任意形狀類簇，并可根據(jù)鄰域半徑和鄰域內(nèi)樣本數(shù)自動(dòng)確定聚類數(shù)量，能有效解決人為設(shè)定聚類數(shù)量的難題。DBSCAN算法通過(guò)搜尋樣本空間中特定對(duì)象在鄰域半徑內(nèi)的相鄰對(duì)象，當(dāng)其鄰域半徑內(nèi)樣本數(shù)大于等于鄰域最小樣本數(shù)時(shí)，將這些對(duì)象形成一個(gè)類簇。基本概念：（1）鄰域半徑R：算法中給定數(shù)據(jù)集特定對(duì)象搜尋其相鄰對(duì)象的掃描鄰域半徑。（2）鄰域內(nèi)最小樣本數(shù)Min：特定對(duì)象及其鄰域內(nèi)對(duì)象構(gòu)成類簇最少包含樣本數(shù)。（3）核心樣本p：樣本p周圍鄰域半徑內(nèi)存在不少于Min個(gè)相鄰樣本;樣本a、b、c。（4）邊界樣本：邊界樣本是不滿足核心樣本條件、但處于其他核心樣本鄰域半徑內(nèi)的樣本，邊界樣本半徑鄰域內(nèi)的樣本數(shù)達(dá)不到最小樣本數(shù)。（5）噪聲樣本：數(shù)據(jù)集中不屬于各聚類類簇的樣本。（6）密度可達(dá)：核心點(diǎn)a鄰域半徑內(nèi)的點(diǎn)與a為直接密度可達(dá);核心點(diǎn)a鄰域半徑內(nèi)多點(diǎn)間為密度可達(dá)。（7）密度相連：數(shù)據(jù)集中樣本a、b與樣本f均為密度可達(dá)，但a和b密度不可達(dá)，則稱a、b密度相連。密度聚類算法首先確定聚類半徑和鄰域內(nèi)最少樣本數(shù)Min;然后計(jì)算所有樣本間歐氏距離;再逐個(gè)掃描樣本點(diǎn)，將鄰域內(nèi)大于Min的樣本設(shè)為核心點(diǎn)，處于核心點(diǎn)鄰域內(nèi)的設(shè)為邊界點(diǎn)，剩下未進(jìn)行歸類的為噪聲點(diǎn);最后將密度可達(dá)和密度相連的樣本歸為一類即可完成聚類。

結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)信息技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)通信技術(shù)的需求也隨之增加，并且越來(lái)越重視通信技術(shù)的發(fā)展，而無(wú)線技術(shù)的研發(fā)可以更好地滿足人們對(duì)通信技術(shù)的要求，由此可見無(wú)線通信技術(shù)勢(shì)必是未來(lái)通信行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

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