基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于：該電力無(wú)線專網(wǎng)包括主站計(jì)算機(jī)、前置機(jī)、基站和數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端用于實(shí)現(xiàn)電力負(fù)控信息采集，多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)的方式與基站相連，基站與主站計(jì)算機(jī)之間采用有線鏈路連接，在多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中按照業(yè)務(wù)類型將消息分為了至少6類，每一類消息對(duì)應(yīng)一種優(yōu)先級(jí)，不同類型的消息在信道接入時(shí)按照優(yōu)先級(jí)的高低設(shè)置有不同的等待時(shí)間間隔。本發(fā)明能夠提高無(wú)線電力專網(wǎng)的信息傳送能力，保證應(yīng)急消息的實(shí)時(shí)性和可靠性。
【專利說(shuō)明】基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的信道接入技術(shù)，具體地講，是一種基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力無(wú)線專網(wǎng)是供電企業(yè)全面掌握各個(gè)用電客戶用電信息的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，具有電力負(fù)荷實(shí)施監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、線損分析、無(wú)功補(bǔ)償管理等功能，由主站計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)采集終端組成。建設(shè)智能電力無(wú)線專網(wǎng)的重點(diǎn)之一是無(wú)線信道接入方式的研究，MAC協(xié)議是多個(gè)用戶共享物理介質(zhì)時(shí)必須遵循的控制協(xié)議，能解決如何有效的進(jìn)行資源分配以提供高效的多址能力，在通信及時(shí)性和可靠性方面起關(guān)鍵的作用。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大、應(yīng)用環(huán)境要求不斷提高情況下，MAC協(xié)議在用戶雙方實(shí)現(xiàn)高效通信，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、時(shí)延、頻譜利用率、系統(tǒng)容量方面有較大的影響。
[0003]現(xiàn)有電力無(wú)線專網(wǎng)采用統(tǒng)一的輪詢接入方式，在用戶數(shù)少、業(yè)務(wù)量小、環(huán)境理想的情況下，輪詢接入方式能夠滿足電力無(wú)線網(wǎng)的基本需求。但是隨著用戶數(shù)的不斷增加，部分終端不能與基站直接連接，需要通過(guò)鄰居終端進(jìn)行中繼來(lái)實(shí)現(xiàn)與基站的通信，如此增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和通信業(yè)務(wù)的種類。
[0004]由于在電力無(wú)線專網(wǎng)中存在著終端自組網(wǎng)，輪詢接入不能滿足當(dāng)前要求，存在以下問(wèn)題:
[0005]I)在信道接入時(shí)，基站和終端完全對(duì)等，基站不能有效的控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從而降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信速率；
[0006]2)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)種類較多，且未設(shè)優(yōu)先級(jí)，網(wǎng)絡(luò)不能及時(shí)傳輸主站召測(cè)的電力業(yè)務(wù);
[0007]3)當(dāng)終端出現(xiàn)緊急情況時(shí)，輪詢接入不能保證終端緊急數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸；
[0008]4)輪詢組網(wǎng)時(shí)延過(guò)大，浪費(fèi)了無(wú)線通信資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，通過(guò)該方法能夠提高無(wú)線電力專網(wǎng)的信息傳送能力，保證應(yīng)急消息的實(shí)時(shí)性和可靠性。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下:
[0011]一種基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其關(guān)鍵在于:該電力無(wú)線專網(wǎng)包括主站計(jì)算機(jī)、前置機(jī)、基站和數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端用于實(shí)現(xiàn)電力負(fù)控信息采集，多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)的方式與基站相連，基站與主站計(jì)算機(jī)之間采用有線鏈路連接，前置機(jī)作為所述主站計(jì)算機(jī)的接口設(shè)備，對(duì)主站計(jì)算機(jī)與基站之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總和分發(fā)；在多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中按照業(yè)務(wù)類型將消息分為了至少6類，每一類消息對(duì)應(yīng)一種優(yōu)先級(jí)，不同類型的消息在信道接入時(shí)按照優(yōu)先級(jí)的高低設(shè)置有不同的等待時(shí)間間隔。
[0012]本方案采用無(wú)線自組網(wǎng)和有線網(wǎng)絡(luò)相融合的方式，數(shù)據(jù)采集終端與基站之間通過(guò)一跳或多跳的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自組，基站與主站計(jì)算機(jī)之間采用有線連接，在無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)業(yè)務(wù)類型設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)別，將優(yōu)先級(jí)高的消息提前發(fā)送，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)急信息的實(shí)時(shí)傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)效率。
[0013]作為進(jìn)一步描述，在多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，消息的類型包括以下幾類:
[0014]O:數(shù)據(jù)采集終端主動(dòng)上傳的緊急消息；
[0015]1:基站下發(fā)的消息；
[0016]2:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)消息；
[0017]3:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的在網(wǎng)維護(hù)消息；
[0018]4:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的入網(wǎng)請(qǐng)求消息；
[0019]5:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的退網(wǎng)請(qǐng)求消息；
[0020]上述6類消息對(duì)應(yīng)為的優(yōu)先級(jí)依次為O?5。
[0021]采用上述機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端遇到緊急情況時(shí)，需要主動(dòng)上報(bào)緊急消息，因此設(shè)置優(yōu)先級(jí)最高，設(shè)置等待時(shí)間為0，保證應(yīng)急信息的實(shí)時(shí)傳輸。除此之外，網(wǎng)絡(luò)中的基站必須參與任意一次完整的信息傳輸通信，即任意一次完整的信息傳輸通信都是由基站發(fā)起或者是由基站終止的。因此，為了保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可控性和有序性，基站下發(fā)的消息優(yōu)先級(jí)次之。
[0022]在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，與網(wǎng)絡(luò)管理消息相比，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量大，傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，因此為了維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，優(yōu)先傳輸管理消息。本網(wǎng)絡(luò)為靜止網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化較??；并且主站對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求較高,在本網(wǎng)絡(luò)中，與管理消息相比,優(yōu)先傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此，數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)消息優(yōu)先級(jí)設(shè)為2。
[0023]由于本網(wǎng)絡(luò)為靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)維護(hù)信息較少，為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，優(yōu)先保證已接入網(wǎng)絡(luò)終端的正常通信，因此，在網(wǎng)維護(hù)消息優(yōu)先級(jí)較高，其次為入網(wǎng)消息，最后為退網(wǎng)消息。
[0024]再進(jìn)一步描述，當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端與基站進(jìn)行信道接入時(shí)，如果傳輸?shù)南㈩愋蜑閕，i = O?5，則對(duì)應(yīng)的等待時(shí)間為i個(gè)單位的前導(dǎo)時(shí)間，通過(guò)設(shè)置不同的等待時(shí)間來(lái)保證優(yōu)先級(jí)高的消息提前傳輸。
[0025]為了便于數(shù)據(jù)的管理，在數(shù)據(jù)采集終端和基站的MAC層中，其數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括了 3個(gè)bit的優(yōu)先級(jí)控制域,按照二進(jìn)制順序從000?111依次對(duì)應(yīng)最大可設(shè)8個(gè)優(yōu)先級(jí)。
[0026]具體傳輸過(guò)程中，所述數(shù)據(jù)采集終端和基站進(jìn)行消息處理的步驟如下:
[0027]步驟1:MAC層按照預(yù)設(shè)的MAC幀格式組裝MAC幀消息，所述MAC幀消息根據(jù)消息的類型設(shè)定了相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)；
[0028]步驟2:物理層按照MAC幀中的優(yōu)先級(jí)確定發(fā)送時(shí)間；
[0029]步驟3:當(dāng)上一幀數(shù)據(jù)的物理幀幀尾到達(dá)時(shí)，通過(guò)CSMA/CA算法進(jìn)行信道檢測(cè)；
[0030]步驟4:當(dāng)?shù)竭_(dá)發(fā)送時(shí)間時(shí)信道仍然空閑，則發(fā)送該MAC幀消息，如果在發(fā)送時(shí)間到達(dá)前信道被占用，則MAC層需要等到下一個(gè)物理幀結(jié)束后，重新進(jìn)行信道檢測(cè)。
[0031]針對(duì)本方案所設(shè)計(jì)的電力無(wú)線專網(wǎng)而言，所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中采用了 40個(gè)離散頻點(diǎn)作為信道頻點(diǎn)，分別為15對(duì)雙工頻點(diǎn)和10個(gè)單工頻點(diǎn)，其中雙工頻點(diǎn)的頻段為223.525MHz~224.650MHz，230.525~231.650MHz，單工頻點(diǎn)的頻段為228.075MHz~228.750MHz，相鄰頻道間隔為25kHz，每個(gè)頻道占用帶寬小于25kHz。
[0032]為了避免同頻干擾，提高消息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，本方案所設(shè)計(jì)的電力無(wú)線專網(wǎng)將40個(gè)離散頻點(diǎn)分為7個(gè)頻點(diǎn)集合，每個(gè)頻點(diǎn)集合包括5~6個(gè)離散頻點(diǎn)，相鄰兩個(gè)基站使用不同的頻點(diǎn)集合，各個(gè)基站按照7小區(qū)蜂窩組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行異頻蜂窩組網(wǎng)。
[0033]本發(fā)明的顯著效果是:
[0034]I)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以基站為中心，實(shí)現(xiàn)電力業(yè)務(wù)、無(wú)線信道資源的總體規(guī)劃及精準(zhǔn)控制；
[0035]2)基于業(yè)務(wù)分類，優(yōu)先傳輸終端應(yīng)急信息和主站信息，終端出現(xiàn)緊急情況后信息可以及時(shí)上報(bào)，而且主站的核心關(guān)鍵業(yè)務(wù)也能平穩(wěn)運(yùn)行；
[0036]3)采用隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入能夠降低時(shí)延，提升網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，從而提高網(wǎng)絡(luò)的效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； [0038]圖2為本發(fā)明物理幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消息處理的步驟流程圖；
[0040]圖4為本發(fā)明系統(tǒng)蜂窩組網(wǎng)時(shí)的信道分配示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0042]圖1所示，一種基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，該電力無(wú)線專網(wǎng)包括主站計(jì)算機(jī)、前置機(jī)、基站和數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端用于實(shí)現(xiàn)電力負(fù)控信息采集，多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)的方式與基站相連，基站與主站計(jì)算機(jī)之間采用有線鏈路連接，前置機(jī)作為所述主站計(jì)算機(jī)的接口設(shè)備，對(duì)主站計(jì)算機(jī)與基站之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總和分發(fā)；在多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中按照業(yè)務(wù)類型將消息分為了至少6類，每一類消息對(duì)應(yīng)一種優(yōu)先級(jí)，不同類型的消息在信道接入時(shí)按照優(yōu)先級(jí)的高低設(shè)置有不同的等待時(shí)間間隔。
[0043]在實(shí)施過(guò)程中，通常MAC幀中包含了 2個(gè)字節(jié)的幀控制域，如表1所示，本方案中的中貞控制域分別由2bit分片標(biāo)志、3bit優(yōu)先級(jí)標(biāo)志、Ibit類型標(biāo)志、5bit子類型標(biāo)志、Ibit智能路由標(biāo)志、lbit加密標(biāo)志、lbit功率管理標(biāo)志、lbit重傳標(biāo)志和Ibit預(yù)留位組成，具體如表2所示。
[0044]表1通用MAC幀格式
^長(zhǎng)度域幀控制域源地址I Hliltt Ilii CRC WEW |
[0045]域字 I?數(shù) 2__22 j 2I__2 —變 1...................ft1...........................................幀頭........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................1
[0046]表2幀控制域格式
【權(quán)利要求】
1.一種基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于:該電力無(wú)線專網(wǎng)包括主站計(jì)算機(jī)、前置機(jī)、基站和數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端用于實(shí)現(xiàn)電力負(fù)控信息采集，多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)的方式與基站相連，基站與主站計(jì)算機(jī)之間采用有線鏈路連接，前置機(jī)作為所述主站計(jì)算機(jī)的接口設(shè)備，對(duì)主站計(jì)算機(jī)與基站之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總和分發(fā)；在多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中按照業(yè)務(wù)類型將消息分為了至少6類，每一類消息對(duì)應(yīng)一種優(yōu)先級(jí)，不同類型的消息在信道接入時(shí)按照優(yōu)先級(jí)的高低設(shè)置有不同的等待時(shí)間間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于:在多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，消息的類型包括以下幾類: 0:數(shù)據(jù)采集終端主動(dòng)上傳的緊急消息； 1:基站下發(fā)的消息； 2:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)消息； 3:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的在網(wǎng)維護(hù)消息； 4:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的入網(wǎng)請(qǐng)求消息； 5:數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的退網(wǎng)請(qǐng)求消息； 上述6類消息對(duì)應(yīng)為的優(yōu)先級(jí)依次為O~5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于:當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端與基站進(jìn)行信道接入時(shí)，如果傳輸?shù)南㈩愋蜑閕，i = O~5，則對(duì)應(yīng)的等待時(shí)間為i個(gè)單位的前導(dǎo)時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于:在數(shù)據(jù)采集終端和基站的MAC層中，其數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括了 3個(gè)bit的優(yōu)先級(jí)控制域，按照二進(jìn)制順序從OOO~111依次對(duì)應(yīng)最大可設(shè)8個(gè)優(yōu)先級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集終端和基站進(jìn)行消息處理的步驟如下: 步驟1:MAC層按照預(yù)設(shè)的MAC幀格式組裝MAC幀消息，所述MAC幀消息根據(jù)消息的類型設(shè)定了相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)； 步驟2:物理層按照MAC幀中的優(yōu)先級(jí)確定發(fā)送時(shí)間； 步驟3:當(dāng)上一幀數(shù)據(jù)的物理幀幀尾到達(dá)時(shí)，通過(guò)CSMA/CA算法進(jìn)行信道檢測(cè)； 步驟4:當(dāng)?shù)竭_(dá)發(fā)送時(shí)間時(shí)信道仍然空閑，則發(fā)送該MAC幀消息，如果在發(fā)送時(shí)間到達(dá)前信道被占用，則MAC層需要等到下一個(gè)物理幀結(jié)束后，重新進(jìn)行信道檢測(cè)。
6.根據(jù) 權(quán)利要求1一4任意一項(xiàng)所述的基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集終端與基站組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中采用了 40個(gè)離散頻點(diǎn)作為信道頻點(diǎn)，分別為15對(duì)雙工頻點(diǎn)和10個(gè)單工頻點(diǎn)，其中雙工頻點(diǎn)的頻段為223.525MHz ~224.650MHz, 230.525 ~231.650MHz,單工頻點(diǎn)的頻段為 228.075MHz ~228.750MHz，相鄰頻道間隔為25kHz，每個(gè)頻道占用帶寬小于25kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于業(yè)務(wù)分類的電力無(wú)線專網(wǎng)信道接入控制方法，其特征在于:電力無(wú)線專網(wǎng)將40個(gè)離散頻點(diǎn)分為7個(gè)頻點(diǎn)集合，每個(gè)頻點(diǎn)集合包括5~6個(gè)離散頻點(diǎn)，相鄰兩個(gè)基站使用不同的頻點(diǎn)集合，各個(gè)基站按照7小區(qū)蜂窩組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行異頻蜂窩組網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】H04W74/04GK103929823SQ201410190496
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】黃天聰, 袁揚(yáng), 楊毅, 趙興成, 廖萬(wàn)麗, 何昊辰, 牛丹丹, 馮文江, 覃劍, 吳玉成 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)