Um estudo comparativo de previsão da disponibilidade de nós de comunicação por linha de energia usando aprendizado de máquina

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12658 (2023) Citar este artigo

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A tecnologia Power Line Communication usa cabos de energia para transmitir dados. Saber antecipadamente se um nó está funcionando sem testes economiza tempo e recursos, levando ao modelo proposto. O modelo foi treinado em três recursos dominantes, que são SNR (Signal to Noise Ratio), RSSI (Received Signal Strength Indicator) e CINR (Carrier to Interference plus Noise Ratio). O conjunto de dados consistiu em 1.000 leituras, sendo 90% no conjunto de treinamento e 10% no conjunto de teste. Além disso, 50% do conjunto de dados é para a classe 1, o que indica se as leituras dos nós são ótimas. O modelo é treinado com percepção multicamada, K-Nearest Neighbors, Support Vector Machine com kernels lineares e não lineares, Random Forest e algoritmos de reforço adaptativo (ADA) para comparar entre algoritmos estatísticos, baseados em vetores, regressão, decisão e algoritmos preditivos. O impulso ADA alcançou a melhor exatidão, pontuação F, precisão e recall, que são 87%, 0,86613, 0,9, 0,8646, respectivamente.

Power Line Communication (PLC) é uma tecnologia de comunicação que utiliza cabos de energia existentes para transmissão de dados. Conseqüentemente, o PLC é um método atraente e econômico para transmitir dados de todos os dispositivos conectados aos plugues de alimentação, como sensores e atuadores. Portanto, utilizar o PLC como tecnologia de comunicação evita agregar outra infraestrutura para troca de dados utilizando a linha de energia1,2,3. A comunicação por linha de energia é dividida em duas categorias com base na taxa de dados; linhas de energia de banda estreita e comunicações de linhas de energia de banda larga4,5. O PLC de banda estreita é muito usado na rede inteligente, pelas empresas de eletricidade e em redes domésticas para aplicações domésticas inteligentes. Além disso, o PLC é utilizado em sistemas de veículos e de veículos para infraestrutura, e em sistemas de gerenciamento de baterias de próxima geração6,7. Por outro lado, a comunicação por linha elétrica de banda larga é usada em comunicações multimídia. Tais aplicações são frequentemente caracterizadas por muitos nós conectados, que estão aumentando com a expansão da Internet das Coisas (IoT).

A natureza do ambiente compartilhado do PLC levanta muitos desafios para o processo de comunicação, como as características variáveis ​​da mídia. Um problema diz respeito ao casamento de impedância tanto no transmissor (TX) quanto no receptor (RX) para o front-end do CLP. A correspondência impacta a autointerferência e a relação sinal-auto-interferência mais ruído (SSINR). Os modems PLC típicos usam um caminho Tx de baixa impedância e um caminho Rx de impedância mais alta no front-end analógico para operação eficiente de distorção harmônica5,7,8,9. Muito esforço foi feito para o casamento de impedância do PLC10. No entanto, ainda existem desafios no casamento de impedâncias da linha de energia devido à sua natureza de carga variável.

O desempenho contemporâneo da rede PLC deteriora-se com nós cada vez mais conectados. Da mesma forma, a coexistência com redes DSL vizinhas degrada a qualidade do link. Assim, o Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações (ETSI) recomenda a utilização de uma abordagem de adaptação espectral dinâmica11. Os modems PLC de banda larga estimam a interferência do canal DSL para PLC e adaptam a densidade espectral de potência de transmissão do PLC de acordo. Além disso, um esforço considerável tem sido feito em PLC focado na camada física para lidar com questões como o comportamento variável no tempo de cargas em sistemas elétricos de potência. Conseqüentemente, há dinâmica e diversidade de cargas que resultam em comportamento variável no tempo-frequência e atenuação do sinal quando a frequência e/ou distância aumentam. Diferentes técnicas de casamento de impedância foram ilustradas em10. Além disso, o ruído impulsivo de alta potência, a incompatibilidade de impedância, o uso generalizado de cabos de alimentação não blindados e as perdas de acoplamento afetam a qualidade do link 1,4,6,11,12. Além disso, ruídos impulsivos de alta potência produzidos pela conexão e desconexão de cargas, equipamentos, conversores de corrente alternada/corrente contínua (CA/CC) e interferência eletromagnética devido a linhas de energia não blindadas e problemas de acoplamento afetam o desempenho do meio de comunicação de forma dinâmica ao longo do tempo.