智能电网是融合了先进电力、通信与控制技术的智慧能源网络,其主要特点是能在电网各组成部分之间同时传输双向的电能和数据,从而优化全网的电力产生和使用。传统电网向智能电网演进是电力工业发展的必然方向,并且随着通信技术的发展这一演进过程正在逐渐加快。双向实时的数据传输是实现电网智能化的关键,因而无处不在的通信网络是智能电网的基本组成架构之一。考虑到电网各组成部分的分布特点,没有任何一种通信技术可以实现这种“无处不在”,所以其基本通信架构一定是异构的分层通信网络架构,不同的层次对应不同的通信技术。特别是在节点分布相对复杂的邻域和家域,低成本的异构无线通信网络架构是必然的选择。为此,IEEE专门制定了面向智能电网邻域数据传输的全新无线网络标准SUN(SmartUtility Network),但SUN工作在免许可频段,其工作信道与邻域和家域的许多其它无线网络的工作信道是相互交叠的,异构网络间因争用信道而引起的共存问题显得尤为突出。因此,如何更精确地评估异构网络间的共存性能以及建立更有效的共存机制是智能电网通信网络设计过程中必须要解决的问题,本文以此为出发点,选择WLAN作为SUN的典型共存系统,对二者的共存问题进行研究。本文首先通过理论分析模型确定共存系统的信道中心频率间隔和节点距离是影响共存性能的关键因素,为后续共存机制的提出奠定理论基础。选择误码率(BER)和误包率(PER)作为多系统共存性能的基本评价指标,先建立用于共存干扰分析的BER计算模型,由路径衰减模型反映节点的相对距离关系,功率因子反映干扰信号和期望信号中心频率及功率谱密度相对关系,证明增大共存系统的中心频率间隔可以有效减少彼此之间的相互干扰;然后基于传统的PER计算模型归纳出不同共存场景中SUN与WLAN/Zig Bee的安全距离。考虑到传统PER计算模型不能反映共存系统数据包的传输特性,得到的PER值并不精确,本文引入数据包碰撞思想计算PER理论值。先根据各系统数据包传输的定时关系,建立SUN与WLAN的基本包碰撞模型,由于将期望数据包分为碰撞和非碰撞两部分,更符合实际数据包传输中的相互干扰情形,因而其PER计算的精确性优于传统方法;然后,证明基本包碰撞模型不适用于多干扰源情形,并由此提出一种基于干扰数量的期望数据包分段方法,不同的分段对应不同的BER值,从概率论角度推导出各分段的平均长度;接着,基于该分段理论,建立多干扰源包碰撞模型,通过分段处理得到期望数据包各段的BER性能,进而获得整个数据包更精确的PER理论值,仿真证明了其在多干扰源条件下的优越性。考虑到实际共存场景中的干扰节点分布的随机性,本文给出一种干扰节点在二维平面服从泊松点分布时期望节点理论PER值的计算方法,通过推导期望节点处干扰总功率的统计平均值,得到期望节点PER值的理论上界,并给出这种场景中包碰撞模型的应用方法。针对共存机制,本文先对按需干扰避免方案进行研究。首先,结合SUN与WLAN的信道配置特点,为单网关SUN建立一种按需信道选择机制,使得SUN可以周期性检测信道中的WLAN干扰,并根据检测结果决定信道的切换与否,检测到干扰则进行信道切换,仿真结果显示采用该机制可以保证SUN在共存环境中的工作性能,但由于PER检测周期的存在该机制并不能对信道中的WLAN干扰做出及时的反应;考虑到这一不足,本文提出一种改进方案,通过对每个数据包进行LQI检测实现对信道中WLAN干扰的及时反应,仿真结果证明了其有效性;最后,本文针对多网关SUN提出一种按需信道选择方案,该方案为不同的网关节点分配不同的工作信道并充分利用节点的路由信息,使得子节点可以通过切换根网关实现工作信道的切换,但该机制的具体性能如何还有待于更深入的研究。按需信道选择机制是被动共存机制,并不能从本质上避免SUN与WLAN之间的相互干扰。针对这一问题,本文从认知无线电角度提出一种基于动态频谱共享的共存方案,在邻域和家域网络中增加网间和网内的频谱数据交互,由具有频谱管理功能的网关节点按需为SUN与WLAN业务分配信道,因此这是一种主动共存机制,可以从根本上避免SUN与WLAN同一时刻对同一信道的竞争。另外,考虑到SUN与WLAN业务优先级的高低,提出对等和非对等两种信道分配模式,并分别在单映射和非单映射信道关系下针对两种分配模式建立基于二维Markov链的信道状态理论分析模型,并根据稳态概率进一步推导出SUN业务的阻止概率、丢弃概率、吞吐量及系统效率。仿真结果显示,相同参数条件下对等模式的SUN业务接入性能优于非对等模式,增加可分配的共存信道或保留信道资源可以显著提高SUN业务的接入性能,符合资源分配的一般规律,证明了分析模型的有效性。