電力數據採集系統的無線組網方法

2023-04-24 15:49:56

專利名稱：電力數據採集系統的無線組網方法
技術領域：
本發明涉及單工通信智能路由技術和雙工頻點的全雙工通信技術的電力 數據採集系統的無線組網方法，屬於電力負荷管理無線數據傳輸組網技術領域。
技術背景目前，無線電力負荷管理系統使用國家無線電管理委員會分配的15對230M 雙工頻點和IO對單工頻點進行無線通信組網。在組網方式上單工和雙工頻點實 現上沒有區別，由於難以保證終端在上行信道的發送時序，因此雙工頻點下也 是採用半雙工通信方式。過去安裝的終端數量較少， 一般通信基站集中在中心 主站，隨著終端安裝數量越來越多，現在一般採用遠程基站的的方式增加信道 的容量和覆蓋範圍。單基站的組網架構如圖1。在單工頻點組網中上行和下行使 用相同的頻率，雙工頻點組網中上行和下行使用不同的頻率。對於與基站通信 信號不好的終端，如圖1中的終端6，可以使用終端5進行中繼。對於雙工頻點 的系統，需要中繼的終端收發頻率需要倒頻。現有技術將需要中繼的終端的地 址下發到中繼終端中，中繼終端收到以需要中繼終端為源地址或目標地址的報 文，即進行中繼轉發。由於目前採用的終端中繼方法，上行和下行通信經過相 同的中繼終端，上下行通信中繼級數相同，下行通過的中繼終端次序與上行正 相反，稱為對稱中繼。現有通信時序如圖2，通信由基站發起，首先打開基站電臺的PTT使電臺處 於發射狀態，延時(根據電臺的不同， 一般在30ms 200ms)，開始發送下行報文，發送完成後同樣需要延時後，才能關閉PTT，保證信號的穩定。終端收到 下行報文後，經解碼等的邏輯處理，需迴響應報文的終端發送上行報文，發送過程與下行一樣，先打開終端電臺的PTT，延時後發送上行報文，發送結束後， 經延時後再關閉終端的PTT。從時序上看上行報文和下行報文不能同時存在， 因此對於雙工頻點，也是半雙工的通信方式。歸納現有的組網方法，其存在如下缺陷1) 存在通信盲區和覆蓋死角。在地理環境複雜、有山丘和建築物阻擋的情況下，會產生覆蓋死角。靠增加基站數量、增加基站天線高度和發射功率都 不能較好地解決這個問題。通過終端中繼的方式由於需要倒頻和路由測試，調 試工作量大且難以實現多級中繼。2) 雙工頻點均為半雙工工作模式，效率不高。雖然負荷管理一般採用雙 工頻點，上行和下行有獨立的信道，但由於終端側採用半雙工電臺且所有終端 共享上、下行信道，因此，實際上目前都為半雙工模式，頻點利用率較低。3) 終端中繼技術，路由不能自動生成和智能優化，通信模式單一，通信效率較低。發明內容本發明的目的旨在解決現有技術存在的上述缺陷，提出單工頻點智能路由 和雙工頻點的全雙工工作的無線組網方法。在單工頻點下採用新的通信模式和 智能路由技術優化通信效果，在雙工頻點下採用全雙工工作模式提高通信效率 和頻點利用率。通過鏈路異常處理方法縮短在單工通信方式下終端異常時基站 的等待時間.本發明的技術解決方案其特徵是通信模式採用非對稱中繼、鏈路令牌、鏈路搭車、鏈路廣播四種，在單工通信中使用其一種或二種或二種以上組合使 用；在雙工頻點通信中使用鏈路搭車或鏈路廣播；在單工通信中採用鏈路異常 處理方法對對稱中繼和非對稱中繼的通信異常過程進行優化；非對稱中繼或對 稱中繼採用智能路由優化；在雙工通信中採用全雙工工作模式。所述的非對稱中繼，上行和下行經過不同的中繼終端或不同的中繼級數或 與對稱中繼採用不同的上下行中繼次序，非對稱中繼使上下行單獨路由優化。所述的鏈路令牌，鏈路令牌中包含若干個的終端地址，鏈路令牌中的終端 組成一個互通區，互通區中的終端彼此可靠接收並且與基站間也能雙向可靠通 信；令牌由基站發送，令牌中的終端按照其地址在令牌中的次序，依次上報數據。所述的鏈路搭車是採取中繼終端上行轉發時將本身的上報報文搭在轉發的 上行報文中。所述的鏈路廣播是在中繼下行轉發報文時，對於廣播性質的報文，中繼終 端將應用層報文交自身的應用層邏輯處理。所述的鏈路異常處理方法是在單工通信時，上行路由中的終端或目標終端監 視通信過程，如果中繼請求終端和中繼轉發終端都在監測終端的可接收列表中， 則進行鏈路監視；發現中繼不轉發或目標終端不回碼時，監測終端按照上行路 由向基站發送通信異常報文，提前結束基站通信等待過程。所述的鏈路異常包括下行不轉發、上行不轉發和目標終端不回碼三種情況。所述的非對稱中繼或對稱中繼採用智能路由優化，其具體做法是1)終端在上電、在規定時間內沒有被主站召測過或通過按鍵手動啟動發送測試報文； 2)場強測量，基站和終端記錄其可接收終端的地址及相應的接收場強，保存數 據，終端同時測量記錄接收到基站信號的場強，場強記錄由基站巡測採集或通 過鏈路令牌和鏈路搭車上報；3)路由優化，根據場強信息分上行和下行分別進行。所述的在雙工通信中全雙工工作模式，是將上行傳輸過程在下行傳輸時並行 進行或下行的傳輸在上行時並行進行，由於終端的半雙工的工作、信道共享， 因此採用在兩個以上終端輪巡的方式實現與全雙工通信一樣的通信效率。本發明的優點有效的克服了現有技術所存在的缺陷，以場強測試、終端中繼為基礎，通過路由優化、全雙工通信技術使230M無線通信組網更靈活，鏈路 層獨立設計將使終端設計、安裝更方便，通信調試也非常容易，通信效率獲得 了較大的提高，很好地解決地形複雜、建築物阻擋等因素給電力數據採集組網 帶來困難以及通信效率不高的問題。


附圖1是現有的單基站的組網架示意圖。 附圖2是現有通信時序圖。附圖3是現有的中繼通信方式示意圖，其中圖3中的A圖是一級中繼的通信方 式示意圖，圖3的B圖是二級中繼的通信方式示意圖。附圖4是幾種典型的非對稱中繼模式的示意圖。其中圖4中的4A圖是上行下行 中繼級數相同、中繼終端不同的非對稱中繼示意圖。圖4中的4B圖是上行下行 中繼級數不同的非對稱中繼示意圖。圖4中的4C圖是中繼級數相同中繼次序與 對稱中繼不同的非對稱中繼示意圖，實際為兩個圖4中的4B圖類型的非對稱中繼組合。圖4中的4D圖是非對稱中繼與對稱中繼組合而成的非對稱中繼方式示意圖。附圖5是鏈路令牌通信過程時序示意圖，圖中的①是下發給相關終端的令牌， 路徑上的序號2-9為收到令牌後，令牌中終端的上行的報文的發送次序。附圖6是鏈路搭車報文發送時序圖。附圖7對終端的路由優化採用遞歸算法(現有技術)進行優化的過程示意圖。附圖8是全雙工工作模式時序圖。圖8中8A圖是正常通信過程及時序示意圖；圖8中的8B圖是優化的通信過 程及時序圖；圖8中的8C圖是有終端無回碼時的優化的通信過程及時序圖。圖中的實線表示下行路經，虛線表示上行路經，PTT是打開電臺信號，A終 端1是A終端的第一幀下行報文，A終端2是A終端的第二幀下行報文。X表 示終端的報文處理時間。B終端1是B終端的第一幀下行報文，B終端2是B 終端的第二幀下行報文。
具體實施方式
通信模式採用非對稱中繼、鏈路令牌、鏈路搭車、鏈路廣播四種，在單工 通信中使用其一種或二種或二種以上組合使用；在雙工頻點通信中使用鏈路搭 車或鏈路廣播；在單工通信中採用鏈路異常處理方法對對稱中繼和非對稱中繼 的通信異常過程進行優化；非對稱中繼或對稱中繼採用智能路由優化；在雙工 通信中採用全雙工工作模式。通信模式用非對稱中繼、鏈路令牌、鏈路搭車、 鏈路廣播四種在單工通信中可根據需要單獨使用，也可組合使用。鏈路搭車和 鏈路廣播也可以在雙工頻點通信中使用。在單工通信網中採用鏈路異常技術對對稱中繼和非對稱中繼的通信異常過程進行優化。對照圖4，非對稱中繼由於基站與終端、終端與終端間的雙向通信條件 不完全相同，我們提出非對稱中繼模式，上行和下行經過不同的中繼終端或不 同的級數或與對稱中繼採用不同的上下行中繼次序。非對稱中繼使上下行可以 單獨優化，改善通信效果，減少中繼級數。對照圖5，鏈路令牌在單工通信網中，因為收發同頻，給路由的優化提 供最大的靈活性。在使用該技術的單工通信組網中存在大量的不需要中繼的終 端，為了提高系統的整體通信效率，對於直通終端，採取下發上報次序的報文 啟動終端數據上報。上報的內容是配置的上報任務或需要上報的事件。定義上 報次序的下行報文，我們稱為鏈路令牌。鏈路令牌中的終端組成一個為互通區。 互通區中的終端彼此應能可靠接收並且與基站間也應能雙向可靠接收。圖5為9個終端組成的互通區。實際的令牌中的終端的個數可根據現場的 通信情況和通信需求確定。圖5中基站上面的①是下發給相關終端的令牌， 表示首先由基站發送令牌，上行路徑上的數字表示收到令牌後各自終端的上行 發送時序，次序在鏈路令牌中設定的。對照圖6，鏈路搭車與鏈路令牌一樣，為了提高POLLING方式的通信效率，釆取有條件上報方式，在上行時有報文發送權的終端，可以上報按配置需 要上報的數據，稱為鏈路搭車。鏈路搭車就是在目標終端回碼或中繼終端上行 轉發時將本身的上報報文搭在上行報文中。鏈路廣播就是在中繼轉發報文時，對於廣播性質的報文，中繼終端也將應用層報文交自身的應用層處理邏輯處理。鏈路異常處理方法中繼通信過程會增加通信過程吋間，特別是在中繼終端沒有正常轉發或目標終端沒有回碼時，基站按最長等待時間計算，效率很低。 為此設計了異常處理邏輯，在單工通信時使用。上行路由中的終端(包括目標 終端)監視通信過程，如果中繼請求終端和中繼轉發終端都在監測終端的可接 收列表中，則進行鏈路監視。發現中繼不轉發或目標終端不回碼時，由於監測 終端在上行鏈路中，可以按照上行路由向基站發送通信異常報文，提前結束通 信等待過程。鏈路異常包括下行不轉發、上行不轉發和目標終端不回碼三種情 況。對照圖7，對終端的路由優化採用遞歸的算法進行，本通信組網方案通過測量彼此的接收場強獲得路由優化的依據。具體做法是終端主動發測試報文終端在上電、在一定時間內沒有被主站召測過或通 過按鍵手動啟動可發送測試報文。主動發測試報文起到信道的質量測試、向基 站和臨近終端報告該終端的存在的雙重作用。場強測量基站和終端記錄其可接收終端的地址及相應的接收場強。保存 一定數目終端的數據，按強度排序數據動態刷新。對於超過設定時間(比如一 天)沒有收到信號的終端，清除出場強數據列表。終端同時還必須測量記錄接 收到基站信號的場強。為了及時發現不通終端，避免其因場強太弱，不能被記錄，需獨立記錄收 到測試報文的終端地址和接收場強。場強記錄由基站巡測採集或通過鏈路令牌 和鏈路搭車上報。路由優化在本設計中，中繼作為重要技術手段，必須完善的路由確定方 法，並可對中繼時通信質量進行測量。路由的優化分上行和下行分別進行。最佳路由是通過對場強信息處理，對路由按通信質量指標的排序獲得的。通過對單個終端路由優化，來使整體系統 性能獲得提高。整個系統的通信效率的優化隨著巡測的場強信息獲得不斷改善。 場強記錄信息還應處理中繼終端的因故障不能轉發的信息。故障信息來自對終 端的巡測和鏈路異常信息。在處理終端26的接收場強信息時，依次處理其可接收到信號的終端，對於 其可接收到信號的終端27，生成終端27的以終端26為中繼的新的上行路由； 如果終端27是正常通訊的終端，為終端26生成以終端27為中繼的下行路由， 再分別進行路由優化。如果終端27的上行路由獲得優化，則繼續優化終端27 可收到場強的終端(如終端30和終端31的)的上行路由；如果終端26的下行 路由獲得優化，則繼續優化終端26可覆蓋的終端(如終端28和終端29)的下 行路由。對於路由的優劣的排序方法是根據路由的通信成功率進行的。通過對直通 終端的通信成功率和接收場強數據統計獲得場強和成功率的關系列表，用來確 定場強對應的通信成功率，直接查表不能獲得的，通過插值算法計算獲得。將 路由的各級中繼接收場強對應的成功率相乘，獲得該路由的綜合成功率。對可 能的路由按綜合成功率排序，綜合成功率最大的為主路由，其次的作為備份路 由。對於超過一天沒有收到信號的原可接收的終端，會清除出場強數據列表， 作為事件上報。如果原可接收到該終端的終端均上報此事件或由於該終端問題 引起通信連續失敗一定次數(如三次)，可判定該終端故障，需要對使用該終端 中繼的終端路由重新優化，獲得新的可用的最佳路由，達到路由自愈的目的。這裡說的由於該終端引起通信失敗包括兩種情況 一是以該終端為目標終端無 回碼，二是用該終端做中繼中繼不轉發。對照圖8，現有的雙工頻點，都是半雙工工作模式，工作效率較低。為了 提高效率，希望採用措施將上行傳輸過程在下行傳輸時並行進行或下行的傳輸 在上行時並行進行。由於現有終端的半雙工通信方式、信道共享，採用在兩個 以上終端輪巡的方式實現與全雙工通信一樣的通信效率。圖中以上行報文長度 大於下行報文長度的應用、將下行傳輸在上行時並行進行為例說明時序關係。。設計的全雙工工作模式是通過在兩個以上終端間輪流召測來實現的。在雙工 通信方式開始時或終端無回碼時，基站的PTT和發送控制時序按正常時序，如 終端有回碼，載波檢測信號觸發基站發送另一個終端的下行報文，在發送和當前接收都結束時，基站的PTT信號關閉。延長PTT時間目的是抑制在接收當前 終端報文時，並行召測的另一個終端的回碼與當前接收信號衝突。基站的PPT 信號在終端側反映為載波檢測信號，需要回碼的終端在監測到載波檢測信號無 效後，啟動發送過程。終端發送上行報文時，需先打開終端電臺的PTT，終端側 的PTT同樣反映為基站的載波檢測信號，可觸發下一個下行報文的發送，從而 達到全雙工的通信效果。信道噪聲較大的應用，載波檢測信號可能一直有效， 可以採用收到第一個字節為觸發信號。對於將噪聲也解調為亂碼的調製方式， 則需要以報文頭為觸發信號。
權利要求
1、電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是通信模式採用非對稱中繼、鏈路令牌、鏈路搭車、鏈路廣播四種，在單工通信中使用其一種或二種或二種以上組合使用；在雙工頻點通信中使用鏈路搭車或鏈路廣播；在單工通信中採用鏈路異常處理方法對對稱中繼和非對稱中繼的通信異常過程進行優化；非對稱中繼或對稱中繼採用智能路由優化；在雙工通信中採用全雙工工作模式。
2、 根據權利要求所述的電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是所 述的非對稱中繼，上行和下行經過不同的中繼終端或不同的中繼級數或與對稱 中繼釆用不同的上下行中繼次序，非對稱中繼使上下行單獨路由優化。
3、 根據權利要求1所述的電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是所 述的鏈路令牌，鏈路令牌中包含若干個的終端地址，鏈路令牌中的終端組成一 個互通區，互通區中的終端彼此接收並且與基站間雙向通信；令牌由基站發送， 令牌中的終端按照其地址在令牌中的次序，依次上報數據。
4、根據權利要求l所述的電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是所 述的鏈路搭車是採取中繼終端上行轉發時將本身的上報報文搭在轉發的上行報文中。
5、根據權利要求l所述的電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是所 述的鏈路廣播是在中繼下行轉發報文時，對於廣播性質的報文，中繼終端應用 層報文交自身的應用層邏輯處理。
6、根據權利要求l所述的電力數據採集系統的組網方法，其特徵是所述的 鏈路異常處理方法是在單工通信時，上行路由中的終端或目標終端監視通信過程，如果中繼請求終端和中繼轉發終端都在監測終端的可接收列表中，則進行 鏈路監視；發現中繼不轉發或目標終端不回碼時，監測終端按照上行路由向基 站發送通信異常報文，提前結束基站的通信等待過程。
7、 根據權利要求6所述的電力數據採集系統無線組網方法，其特徵是所述的鏈路異常包括下行不轉發、上行不轉發和目標終端不回碼三種情況。
8、 根據權利要求l所述的電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是所述的非對稱中繼或對稱中繼採用智能路由優化，其具體做法是l)終端在上電、在規定時間內沒有被主站召測過或通過按鍵手動啟動發送測試報文；2)場強 測量，基站和終端記錄其接收終端的地址及相應的接收場強，終端同時測量記 錄接收到基站信號的場強，場強記錄由基站巡測採集或通過鏈路令牌和鏈路搭 車上報；3)路由優化，根據場強信息分上行和下行分別進行。
9、 根據權利要求l所述的電力數據採集系統的無線組網方法，其特徵是所述的在雙工通信中全雙工工作模式，是將上行傳輸過程在下行傳輸時並行進行 或下行的傳輸在上行時並行進行，由於終端的半雙工的工作、信道共享，因此 採用在兩個以上終端輪巡的方式實現與全雙工通信一樣的通信效率。
全文摘要
本發明是電力數據採集系統的無線組網方法，通信模式採用非對稱中繼、鏈路令牌、鏈路搭車、鏈路廣播四種，在單工通信中使用其一種或二種或二種以上組合使用；在雙工頻點通信中使用鏈路搭車或鏈路廣播；在單工通信中採用鏈路異常處理方法對對稱中繼和非對稱中繼的通信異常過程進行優化；非對稱中繼採用智能路由優化；在雙工通信中採用全雙工工作模式。優點克服了現有技術所存在的缺陷，以場強測試、終端中繼為基礎，通過路由優化、全雙工通信技術使230M無線通信組網更靈活，鏈路層獨立設計將使終端設計、安裝方便，通信調試容易，通信效率獲得了較大的提高，解決地形複雜、建築物阻擋等因素給電力數據採集組網帶來困難及通信效率不高的問題。
文檔編號G08C17/00GK101232420SQ200810020209
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者姚肖禹, 孫景琨, 樸軍海, 董立軍, 路國軍, 昱 錢 申請人:南京新聯電子股份有限公司