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淺談通道誤碼率與遠傳可靠性
[ 通信界 / 吳前 王喜全 趙連斌 馬喆儒 甘肅省定西供電公司 / www.6611o.com / 2009/4/1 8:58:55 ]
 
  摘  要:本文闡述了遠動信息在通道上傳輸的特征及和通道誤碼的影響,重點分析了通道誤碼率與遠動通道的實際可用性之間的定量關系以及如何提高通道可靠性的主要方法。 
  關鍵詞:遠動通道誤碼率可用性 
 
 
1.引言
  在遠動系統中,通信通道是連接主站與變電站RTU的一個十分重要的環節。所以說,通道是連接主站與RTU的神經,遠動系統能否可靠穩定運行,在很大程度上取決于遠動通道的傳輸質量和可靠性。本文針對通信通道受干擾、有誤碼,這一無法回避的事實,簡要分析通信傳輸中的誤碼問題對于遠動信息傳輸的影響。
1.遠動信息傳輸的特征
  遠動信息是指遠動主站發給RTU的各種指令,以及RTU上送主站的所有信息的總稱。廠站遠動裝置與主站電網調度自動化系統進行通信,必須要遵循一定的規則,即要有通信傳輸規約。目前,地調級大部分變電站通信常用的遠動通信規約有兩類,循環式數字傳送(DISA)和問方式答(POLLING)。
  循環式遠動規約采用可變幀長度、多種幀類別循環傳送,拜為遙信優先傳送,重要遙測量更新循環時間較短,區分循環量、隨機量和插入量采用不同形式傳送信息,適用于點對點通道,通道的占用率高,方便調試,傳輸的信息量少。POLLING(問答規約1011801)適用的通道較多,點對點,一點多址,只是在雙向通信的時候占用通道。目前,網絡通信規約也已經在電力遠動系統中開始廣泛使用。
  遠動通道所能達到的傳輸水平,在很大程度上決定了遠動系統的可靠性和實時性。衡量通信誤碼率是以位(bit)為單位的,而遠動信息的傳輸作為一種串行方式,不是以位或字節(byte)為單位傳輸的。它是以幀(frame)為單位的。一幀電文由若干字節組成,幀尾有校驗碼,校驗該幀數據的正確性,以防傳輸過程中的丟碼與錯碼。一幀中任何一個位的錯誤都將導致該幀傳輸失敗,并且該幀中所有的信息都是無效的。
  一般情況下,一幀信息的位數為102~103數量級
 
2.通道誤碼對遠動信息傳輸的影響
  通道傳輸過程中的誤碼一般是隨機發生的。按統計規律,誤碼的發生屬于均勻分布。每個位(bit)在通道上傳輸時發生誤碼的概率,被稱為誤碼率。通道誤碼率是由通道的性質和工作狀態決定的,是通道性能的一個重要指標。它與傳輸介質、通信設備、傳輸方式(技術)和傳輸速率(波特率)有關。對于遠動通道常用的600bps和1200bps的波特率,遠動用MODEM正常情況下發送至通道的電平值為0—-20dB,載波通道的誤碼率一般為10-4數量級,容限很難達到1×10-5,微波通道的誤碼率一般為10-5數量級。對于一個幀來說,由于幀中任一位的錯誤都將導致整個幀出錯,所以出錯的可能性(概率)為:幀長×誤碼率。出錯率小于1才可使該幀在通道上順利傳送,而且出錯率越小傳輸越可靠。
  《電網調度自動化信息化技術標準》規定,遠動系統中對循環式傳輸通道的誤碼率要求小于1×10-4,若傳輸報文的幀長為(103位),即使使用較好的微波通道(信噪比不大于16dB時,誤碼率‹1x10-5),其信息丟失的概率仍有10-2之多。對遠動通道而言,按每秒傳送一幀計,每小時傳送的幀數達3600幀,所以10-2的故障率是不能令人滿意的。
3.提高遠動信息傳輸可靠性的方法
  對微波通道而言在正常情況下誤碼率可以達到為1×10-5,而對載波通道來說已屬不易。若要在這兩種傳輸技術的基礎上,大幅度降低誤碼率,提高通道可靠性是很困難的。因此,要想提高遠動信息傳輸的可靠性,僅從通信方面著手還是不夠的,還需從信息傳輸方式上想辦法,一個重要的方法就是出錯后的重發技術。
  出錯重發技術是建立在主站和RTU雙方都能互相確認對方所送信息的正確性的基礎上。它相當于polling的問答方式:在給定的時間間隔內未收到對方的確認電文,則認為所發信息受到干擾未能被對方收到。即使對方已收到信息,而回送的確認電文被干擾,使得發送方不能得到正確的確認信息,也認為該信息傳送失敗。此時,則由發送方再次發出一個相同的電文(重發)。
 
  在此,我們記發送方的信息幀長為MSG,接收方的確認幀長為ACK,通道的誤碼率為W,重發次數為T。因此,發送幀的出錯率(MSG×W),加上回送的確認幀的出錯率(ACK×W),才是一次完整的傳送出錯率。即
MSG×W+ACK×W=(MSG+ACK)×W
  因此,對于具有T次重發能力的信息傳送,發送(包括重發)不成功的概率為
  [(MSG+ACK)×W]T。
  上式中,(MSG+ACK)×W是一個小于1的小數,T則是自然數。所以降低發送(包括重發)不成功的概率,可通過減小誤碼率W和增加T來達到。
  對于多次傳送的平均故障率,式中(MSG+ACK)項應取多次傳輸的平均值。由于ACK相對于MSG很小,可略去不計,所以平均故障率為:
  平均故障率=(平均幀長×誤碼率)重發次數
 
4.結論
  通信誤碼率與遠動信息傳輸的可靠性有一定的數量關系,出錯重發技術在同樣的通道特性下可大大改善傳輸可靠性。遠動信息傳輸的可靠性可由下式計算
可靠性=1-(平均幀長×誤碼率)重發次數
  因此,重發技術一方面大大提高了信息發送的成功率,另一方面降低了對通道可靠性的依賴。針對不同的通信方式的可靠性,選取不同的重發次數,可以在保證信息傳送的可靠性的前提下降低對誤碼率的要求,從而減少對通信設備的投入。

 

作者:吳前 王喜全 趙連斌 馬喆儒 甘肅省定西供電公司 合作媒體:中國電力通信網 編輯:顧北

 

 

 
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