Une étude comparative de la prévision de la disponibilité des nœuds de communication par lignes électriques à l'aide de l'apprentissage automatique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12658 (2023) Citer cet article

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La technologie Power Line Communication utilise des câbles d’alimentation pour transmettre des données. Savoir si un nœud fonctionne à l'avance sans tester permet d'économiser du temps et des ressources, ce qui conduit au modèle proposé. Le modèle a été formé sur trois caractéristiques dominantes, à savoir le SNR (rapport signal/bruit), le RSSI (indicateur de force du signal reçu) et le CINR (rapport porteur/interférence plus bruit). L'ensemble de données comprenait 1 000 lectures, dont 90 % dans l'ensemble de formation et 10 % dans l'ensemble de test. De plus, 50 % de l'ensemble de données est destiné à la classe 1, ce qui indique si les lectures des nœuds sont optimales. Le modèle est formé avec des algorithmes de perception multicouche, K-Nearest Neighbours, Support Vector Machine avec des noyaux linéaires et non linéaires, Random Forest et Adaptive Boosting (ADA) pour comparer entre les algorithmes statistiques, vectoriels, de régression, de décision et algorithmes prédictifs. ADA boost a atteint les meilleurs exactitude, score F, précision et rappel, qui sont respectivement de 87 %, 0,86613, 0,9 et 0,8646.

La communication par ligne électrique (PLC) est une technologie de communication qui utilise les câbles électriques existants pour la transmission de données. Par conséquent, l'automate constitue une méthode attrayante et rentable pour transmettre des données à partir de tous les appareils branchés sur les prises d'alimentation, tels que les capteurs et les actionneurs. Par conséquent, l’utilisation du CPL comme technologie de communication évite d’ajouter une autre infrastructure pour l’échange de données en utilisant la ligne électrique1,2,3. La communication par ligne électrique est divisée en deux catégories en fonction du débit de données ; communications par lignes électriques à bande étroite et lignes électriques à large bande4,5. Les CPL à bande étroite sont beaucoup utilisés dans les réseaux intelligents, par les compagnies d'électricité et dans les réseaux domestiques pour les applications de maison intelligente. De plus, le CPL est utilisé dans les systèmes embarqués et véhicule-infrastructure, ainsi que dans les systèmes de gestion de batterie de nouvelle génération6,7. D'autre part, la communication par lignes électriques à large bande est utilisée dans les communications multimédias. Ces applications sont souvent caractérisées par de nombreux nœuds connectés, qui augmentent avec l'expansion de l'Internet des objets (IoT).

La nature de l'environnement partagé de l'automate soulève de nombreux défis pour le processus de communication, tels que les caractéristiques variables des supports. Un problème concerne l'adaptation d'impédance au niveau de l'émetteur (TX) et du récepteur (RX) pour le frontal de l'automate. L'adaptation a un impact sur l'auto-interférence et le rapport signal/auto-interférence plus bruit (SSINR). Les modems CPL typiques utilisent un chemin d'émission à faible impédance et un chemin de réception à impédance plus élevée dans le frontal analogique pour un fonctionnement efficace en matière de distorsion harmonique5,7,8,9. De nombreux efforts ont été déployés pour adapter l'impédance du PLC10. Cependant, l’adaptation de l’impédance des lignes électriques pose encore des défis en raison de la nature variable de leur charge.

Les performances des réseaux CPL contemporains se détériorent avec des nœuds de plus en plus connectés. De même, la coexistence avec des réseaux DSL voisins dégrade la qualité de la liaison. Ainsi, l’Institut européen des normes de télécommunications (ETSI) recommande d’utiliser une approche d’adaptation spectrale dynamique11. Les modems CPL haut débit estiment les interférences du canal DSL vers CPL et adaptent la densité spectrale de puissance de transmission du CPL en conséquence. De plus, des efforts considérables ont été déployés dans le domaine des API, axés sur la couche physique, pour traiter des problèmes tels que le comportement variable dans le temps des charges dans les systèmes électriques. Par conséquent, il existe une dynamique et une diversité de charges qui entraînent un comportement variable dans le temps et la fréquence et une atténuation du signal lorsque la fréquence et/ou la distance augmentent. Différentes techniques d'adaptation d'impédance ont été illustrées dans10. De plus, le bruit impulsif de haute puissance, la désadaptation d'impédance, l'utilisation généralisée de câbles d'alimentation non blindés et les pertes de couplage ont un impact sur la qualité de la liaison1,4,6,11,12. De plus, les bruits impulsifs de forte puissance produits par la connexion et la déconnexion des charges, des équipements, des convertisseurs courant alternatif/courant continu (AC/DC), ainsi que les interférences électromagnétiques dues aux lignes électriques non blindées et aux problèmes de couplage affectent les performances des supports de communication de manière dynamique au fil du temps.