專利名稱：一種混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于自動控制管理無線數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)米集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)(DCS, distributed control systems)與自動化監(jiān)控系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)包括主站設(shè)備和多個從站設(shè)備。主站設(shè)備和各從站設(shè)備之間通過以太網(wǎng)或者無線網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行通信。主站設(shè)備收集從站設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，從而對從站設(shè)備的工作情況進(jìn)行監(jiān)測。SCADA系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等。SCADA系統(tǒng)在遠(yuǎn)動系統(tǒng)中占重要地位，可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項(xiàng)功能。目前，電力、水力、石油等行業(yè)的SCADA系統(tǒng)普遍使用國家無線電管理委員會分配的230M雙工頻點(diǎn)和單工頻點(diǎn)進(jìn)行無線通信組網(wǎng)，其數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時、準(zhǔn)確、安全。但是隨著SCADA系統(tǒng)中從站設(shè)備(終端)安裝數(shù)量日漸增多，離主站設(shè)備較遠(yuǎn)的邊緣終端的接入問題變得日益嚴(yán)重。具體來說，傳統(tǒng)主從式超短波SCADA系統(tǒng)中受電波輻射傳播特征影響，系統(tǒng)通信覆蓋區(qū)域往往是以中心主站為圓心的圓形地理區(qū)域。而實(shí)際應(yīng)用中，以行政區(qū)劃為隸屬原則的SCADA系統(tǒng)覆蓋區(qū)域往往并非圓形，從站設(shè)備的位置分布具有很大隨機(jī)性，有的從站設(shè)備離主站設(shè)備的距離較遠(yuǎn)，已不在主站設(shè)備的覆蓋范圍之內(nèi)，從而存在無法覆蓋所有邊緣終端的問題。這種情況下，如果為了滿足覆蓋所有邊緣終端而設(shè)置較多中心主站，每個中心主站采用不同的通信頻率與各自的從站設(shè)備進(jìn)行通訊，導(dǎo)致占用了過多的頻率資源，新建的中心主站將受到可用頻率資源的限制。另一方面，若邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的從站數(shù)量較少，建設(shè)中心主站的成本較高,從而為少數(shù)從站建設(shè)中心主站的性價比偏低。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域從站設(shè)備信號覆蓋性不足及為邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域從站設(shè)備建設(shè)中心站性價比偏低等缺陷，提出了一種混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程超短波傳輸系統(tǒng)。本實(shí)用新型提出了一種混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括至少一個主站設(shè)備和多個從站設(shè)備；所述主站設(shè)備與所述從站設(shè)備均包括無線信號發(fā)射裝置與無線信號接收裝置，所述主站設(shè)備與所述從站設(shè)備之間以無線電波為信道介質(zhì)實(shí)現(xiàn)通信連接；所述主站設(shè)備的信號覆蓋區(qū)域?yàn)楹诵木W(wǎng)絡(luò)區(qū)域，所述主站設(shè)備的信號覆蓋區(qū)域以外為邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，所述多個從站設(shè)備中至少有一個從站設(shè)備位于所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的至少一個從站設(shè)備為中繼站。其中，所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備的數(shù)量為IO2 IO3數(shù)量級。[0008]其中，所述主站設(shè)備分時輪流與各個所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備通信連接。其中，所述主站設(shè)備與所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備采用同一頻點(diǎn)的無線電波實(shí)現(xiàn)通信連接。其中，所述邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站數(shù)量為數(shù)個至數(shù)十個數(shù)量級。其中，所述邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備與所述中繼站之間通過單頻率復(fù)用或ISM頻段的無線電波實(shí)現(xiàn)通信連接。本實(shí)用新型邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備采用采用無線自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。本實(shí)用新型的邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中從站設(shè)備與中繼站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有高度的動態(tài)性，采取節(jié)點(diǎn)間多跳的通信方式和網(wǎng)絡(luò)的分布式控制。本實(shí)用新型低成本解決了傳統(tǒng)主從式網(wǎng)絡(luò)中邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域部分從站無法被覆蓋的問題。

圖1是本實(shí)用新型混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施本實(shí)用新型的過程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本實(shí)用新型沒有特別限制內(nèi)容。如圖1所示，本實(shí)用新型的混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括至少一個主站設(shè)備和多個從站設(shè)備。主站設(shè)備的 信號覆蓋區(qū)域?yàn)楹诵木W(wǎng)絡(luò)區(qū)域，其覆蓋范圍之外的區(qū)域?yàn)檫吘壘W(wǎng)絡(luò)區(qū)域。本實(shí)用新型中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是以無線電波為傳輸介質(zhì)，主站設(shè)備與從站設(shè)備均包括無線信號發(fā)射裝置與無線信號接收裝置，以超短波無線電臺實(shí)現(xiàn)主站設(shè)備與從站設(shè)備之間的通信。核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中設(shè)有多個從站設(shè)備，其中至少有一個從站設(shè)備作為中繼站與邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備通信連接。在核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中主站設(shè)備與多個從站設(shè)備通信連接，每個主站設(shè)備擁有直連的從站設(shè)備數(shù)量為IO2 IO3量級。在本實(shí)用新型中，由于超短波無線電傳輸距離有限，通常在20-30公里范圍內(nèi)，核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的單頻頻點(diǎn)應(yīng)采用歸屬本行業(yè)的專用支配頻率，而且由于各相關(guān)行業(yè)可用頻點(diǎn)少且離散，頻率資源緊張，為保證采集業(yè)務(wù)的傳輸速率支持更多類型的業(yè)務(wù)，本實(shí)用新型中的核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中主站設(shè)備與從站設(shè)備采用同頻組網(wǎng)的方式通信連接，并且主站設(shè)備與從站設(shè)備之間采用時分多址技術(shù)(TDMA,Time Division MultipleAccess)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，即主站設(shè)備將發(fā)往各從站設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間劃分并在一個頻點(diǎn)上傳輸，從站設(shè)備在監(jiān)聽該頻點(diǎn)數(shù)據(jù)時接收各自相應(yīng)時刻的數(shù)據(jù)便能獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)并將自身的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過無線電波傳輸至主站設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)主站設(shè)備分時輪流與從站設(shè)備進(jìn)行通信連接，達(dá)到主站設(shè)備輪詢、從站設(shè)備分時使用的效果。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域還將現(xiàn)有的雙工頻點(diǎn)拆解為兩個半雙工頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信，以提升頻率利用效率，并降低從站設(shè)備收發(fā)信息配置。由于電磁信號的傳播特點(diǎn)，主站設(shè)備的信號覆蓋范圍通常為一圓形區(qū)域。而由于地理因素上的隨機(jī)性和不確定性，通信節(jié)點(diǎn)的地址分布呈不規(guī)則性特點(diǎn)。對于主站設(shè)備的信號尚未覆蓋到的部分邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，如果該邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)從站設(shè)備分散且數(shù)量較少，則可以利用主站設(shè)備信號覆蓋區(qū)(即核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域)內(nèi)的部分從站設(shè)備作為中繼站，由該中繼站將來自主站設(shè)備的數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)給上述邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的從站設(shè)備。同時，主站通過此中繼站接收與監(jiān)測來自上述邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的從站設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)存在若干從站設(shè)備，邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中從站設(shè)備的數(shù)量為數(shù)個至數(shù)十個數(shù)量級。邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的中繼站和從站設(shè)備采用無線自組織網(wǎng)絡(luò)連接。無線自組織網(wǎng)絡(luò)分為平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型在邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中采用分級結(jié)構(gòu)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。分級結(jié)構(gòu)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)將無線網(wǎng)絡(luò)劃分為多個簇，每個簇由一個簇首和多個簇成員組成，其中簇首為中繼站，簇成員為被中繼的從站設(shè)備。本實(shí)用新型根據(jù)環(huán)境條件及邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)從站設(shè)備的數(shù)量，在邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)部采用先應(yīng)式路由設(shè)計，每個從站設(shè)備中預(yù)先存儲并維護(hù)一個或多個存儲路由信息的樹形結(jié)構(gòu)路由表，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有邊緣從站最新的路由信息。邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域利用主動維護(hù)樹形路基拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有效避免了由路由環(huán)路弓丨起的路由大效，并且與全對等無線自組織網(wǎng)絡(luò)相比，組網(wǎng)和路由開銷降低，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。從站設(shè)備在通信時可直接查找樹形結(jié)構(gòu)路由表，不需要路由發(fā)現(xiàn)，具有發(fā)送分組延時小的優(yōu)點(diǎn)。生成的樹形結(jié)構(gòu)路由表存儲在中繼站和被中繼的從站設(shè)備中并被動態(tài)更新。由于邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的業(yè)務(wù)量、電臺功率較主站設(shè)備有明顯降低，因此頻率選擇比較靈活。可通過不同地域以單工頻點(diǎn)蜂窩復(fù)用方式來提高頻點(diǎn)利用效率；若專網(wǎng)頻點(diǎn)總量不足或地域之間距離較近、頻點(diǎn)蜂窩復(fù)用存在實(shí)施困難時，各從站設(shè)備也可選用頻率相近的ISM頻段作為通信頻點(diǎn)。各從站設(shè)備工作于對等網(wǎng)絡(luò)方式，以樹形結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)匯聚上報。由于在本實(shí)用新型中，中繼站不僅需要維護(hù)與被中繼的從站設(shè)備之間的路由表，還需要維護(hù)從站設(shè)備與簇的關(guān)系。各個中繼站存在兩個工作頻率，其中一個工作頻率為中繼站監(jiān)聽的核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的主用頻點(diǎn)，主站設(shè)備在該主用頻點(diǎn)上以時分多址技術(shù)發(fā)送召測信號，而中繼站在該主用頻點(diǎn)上監(jiān)聽主站設(shè)備發(fā)來的召測信號；另一個工作頻率為中繼站與邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的各從站設(shè)備通信時采用的專用頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信連接，即上述ISM頻點(diǎn)或蜂窩復(fù)用頻點(diǎn)。優(yōu)選地，由于邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中未采用時分多址技術(shù)，從站設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)容易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致中繼站無法完整地接收來自各從站設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。所以本實(shí)用新型在邊緣網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)中采用CSMA/CA類競爭使用機(jī)制上傳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，避免信道資源使用碰撞。進(jìn)一步地，由于本實(shí)用新型使用單工電臺，此情況下中繼站與邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)從站設(shè)備通信時并沒有守候在主站設(shè)備使用的主用頻點(diǎn)上，因此有可能會漏接來自主站的、發(fā)給自身或被中繼的從站設(shè)備的信息。針對該問題，本實(shí)用新型中主站設(shè)備發(fā)送的召測信號采用數(shù)據(jù)幀連續(xù)編號，核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備根據(jù)編號是否連續(xù)來判斷是否發(fā)生漏接召測信號。若某幀數(shù)據(jù)編號不連續(xù)時，表明發(fā)生了漏接某些數(shù)據(jù)，從站設(shè)備則在競爭上傳時隙向主站設(shè)備提交重發(fā)申請。進(jìn)一步地，若主站設(shè)備臨時需要系統(tǒng)內(nèi)某從站設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，則主站設(shè)備臨時向所有從站設(shè)備發(fā)送該從站設(shè)備的召測信號。如果該從站設(shè)備位于主站直接覆蓋范圍內(nèi)，則該從站直接響應(yīng)召測要求 并上傳本站點(diǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；如果該從站位于某邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，相應(yīng)的中繼站會識別出待測從站設(shè)備是否位于自身提供中繼服務(wù)的邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，并通過中繼機(jī)制向邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的待測從站設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)召測信息。邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的從站設(shè)備接收請求后，根據(jù)預(yù)先存儲的路由表將本站點(diǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼站，并由中繼站轉(zhuǎn)發(fā)至主站設(shè)備，主站完成校驗(yàn)并確認(rèn)后，通信完成。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型還可以通過邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的從站設(shè)備采取預(yù)約機(jī)制設(shè)置門限時刻(例如，每5分鐘)，從站設(shè)備在門限時刻前根據(jù)路由表主動地將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送至中繼站內(nèi)保存，當(dāng)中繼站接收主站設(shè)備的召測信號時，中繼站將本站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與保存的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)根據(jù)時分多址的時隙統(tǒng)一發(fā)送至主站設(shè)備。本實(shí)用新型的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離實(shí)用新型構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本實(shí)用新型中，并且以所附的權(quán)利要求書為保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個主站設(shè)備和多個從站設(shè)備；所述主站設(shè)備與所述從站設(shè)備均包括無線信號發(fā)射裝置與無線信號接收裝置，所述主站設(shè)備與所述從站設(shè)備之間以無線電波為信道介質(zhì)實(shí)現(xiàn)通信連接； 所述主站設(shè)備的信號覆蓋區(qū)域?yàn)楹诵木W(wǎng)絡(luò)區(qū)域，所述主站設(shè)備的信號覆蓋區(qū)域以外為邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，所述多個從站設(shè)備中至少有一個從站設(shè)備位于所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的至少一個從站設(shè)備為中繼站。
2.如權(quán)利要求1所述的混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備的數(shù)量為IO2 IO3數(shù)量級。
3.如權(quán)利要求1所述的混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述主站設(shè)備分時輪流與各個所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備通信連接。
4.如權(quán)利要求1所述的混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述主站設(shè)備與所述核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備采用同一頻點(diǎn)的無線電波實(shí)現(xiàn)通信連接。
5.如權(quán)利要求1所述的混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站數(shù)量為數(shù)個至數(shù)十個數(shù)量級。
6.如權(quán)利要求1所述的混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的從站設(shè)備與所述中繼站之間通過單頻率復(fù)用或ISM頻段的無線電波實(shí)現(xiàn)通信連接?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)超短波遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括至少一個主站設(shè)備和多個從站設(shè)備；主站設(shè)備與從站設(shè)備之間以無線電波為信道介質(zhì)實(shí)現(xiàn)通信連接；主站設(shè)備的信號覆蓋區(qū)域?yàn)橹鲝氖胶诵木W(wǎng)絡(luò)區(qū)域，主站設(shè)備的信號覆蓋區(qū)域以外為分布式邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，從站設(shè)備中至少有一個從站設(shè)備位于核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的至少一個從站設(shè)備為中繼站。本實(shí)用新型在單工頻點(diǎn)上采用新的通信模式，引入邊緣網(wǎng)絡(luò)的路由樹接入技術(shù)，低成本解決了邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域少數(shù)從站信號覆蓋不足的缺點(diǎn)。
文檔編號H04L12/751GK203166970SQ20132014982
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者徐文超, 盧亮, 彭偉軍 申請人:華東師范大學(xué), 上海博彭電子科技有限公司