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文献综述
1.1 研究背景
近年来人民群众的生活质量不断提升,对生活条件的期待值同样水涨船高,特别是电力网络供电稳定性,更是人们关注和重视的热点话题。许多电力企业在这种情况下不断扩容,这有效地提升了我国电力网络的规模,更有甚者将网络技术与电网运营管理结合起来,取得了突出的实质性成果。而物联网技术与输变电设备运行管理的结合,更是一种突破性的、有实际意义的尝试,就本课题进行研究,是促进我国电力网络输变电设备稳步发展的必然选择。
国家电网有限公司在2019年3月8日发布的《泛在电力物联网建设大纲》中明确定义了泛在电力物联网的概念：泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。文献[1]中对泛在电力物联网建设的关键技术进行了探讨，其中提到泛在电力物联网必须要实现全面和灵活的信息感知方式，并且要求进一步实现传感器设备的低功耗化和高度集成化，同时还应该封装无线通信功能以减少线路和其他网络基础设施的部署。
输变电设备是电力系统中不可或缺的组成原件,电力系统的运行稳定性很大程度上取决于输变电设备的运转情况,因此我们必须要做好输变电设备的管理工作[2]。而物联网技术则能够在输变电设备管理中扮演重要的角色,为推动输变电设备的有效运行、促进我国电力网络顺利发展,有关业内人士近年来开始对物联网技术等进行分析,并就其在输变电设备状态监测及输变电设备寿命周期的管理中的应用进行细致研究。
在《输变电设备物联网节点设备无线组网协议》中规定了输变电设备物联网由感知层、网络层、平台层和应用层四部分组成，该标准规范了感知层中的无线 通信协议，涵盖的通信设备包括接入节点、汇聚节点和传感器。该标准定义了输变电设备物联网节点组 网协议的物理层、媒体接入控制层和网络层，以及相关的通信处理过程，从而实现输变电设备物联网中 数据传输的有效管理和分配。
本项目根据《输变电设备物联网节点设备无线组网协议》，设计了一个符合标准的终端模拟器，要能够实现基础无线组网协议相关的终端功能，并能让多种微功率终端进行网络接入性能的测试，方便对各类无线传感器的网络性能进行测试，使得用户可以更直观地了解到自己所有的传感器。
本项目从LoRa技术的特点出发，设计了一个用于网络性能测试的终端模拟器。整个系统由树莓派和LoRa 470MHz单频RTX模块搭建而成。在树莓派上设计一个节点组网协议终端协议栈软件，要求可以模拟终端设备实现传感器设备的内容和控制数据的传输，同时也要求制作出相应的UI，同时能够满足手动数据传输和通过脚本自动进行数据传输的要求。对于终端模拟器硬件平台，要根据系统软件硬件参数指标进行节点组网协议的基本功能。最后要对相关实验测试整个模拟器终端的性能及稳定性。
1.2 研究现状
LoRa 无线通信技术是 Semtech 公司于 2013 年发布的一种无线传感器网络扩频通信技术。在 LoRa 出现之前，无线技术有很多种，可以组成广域网或局域网。广域网通信技术主要包括 2G/3G/4G/5G[3]。短距离无线局域网技术主要包括 WiFi、蓝牙、ZigBee、UWB、Z-Wave 等，他们各有自己的适用场景，但都无法做到低功耗和远距离相结合。LoRa 技术的出现改变了这一局面，LoRa 这种无线通信技术兼顾远距离和低功耗，同时也尽可能简化和降低系统成本。LoRa 组网方式更多地采用星型网络结构[4]，与 Mesh 网状结构相比，星型网络结构较为简单，出现故障易于维护，传输时延小[5,6]。
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