基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于：該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業(yè)務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優(yōu)先級，不同類型的消息在信道接入時按照優(yōu)先級的高低設置有不同的等待時間間隔。本發(fā)明能夠提高無線電力專網的信息傳送能力，保證應急消息的實時性和可靠性。
【專利說明】基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信網絡中的信道接入技術，具體地講，是一種基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法。
【背景技術】
[0002]電力無線專網是供電企業(yè)全面掌握各個用電客戶用電信息的數據支持系統(tǒng)，具有電力負荷實施監(jiān)控、遠程抄表、電能質量監(jiān)測、線損分析、無功補償管理等功能，由主站計算機和遠方的數據采集終端組成。建設智能電力無線專網的重點之一是無線信道接入方式的研究，MAC協(xié)議是多個用戶共享物理介質時必須遵循的控制協(xié)議，能解決如何有效的進行資源分配以提供高效的多址能力，在通信及時性和可靠性方面起關鍵的作用。在網絡規(guī)模不斷擴大、應用環(huán)境要求不斷提高情況下，MAC協(xié)議在用戶雙方實現高效通信，提高網絡的吞吐量、時延、頻譜利用率、系統(tǒng)容量方面有較大的影響。
[0003]現有電力無線專網采用統(tǒng)一的輪詢接入方式，在用戶數少、業(yè)務量小、環(huán)境理想的情況下，輪詢接入方式能夠滿足電力無線網的基本需求。但是隨著用戶數的不斷增加，部分終端不能與基站直接連接，需要通過鄰居終端進行中繼來實現與基站的通信，如此增加了網絡的復雜度和通信業(yè)務的種類。
[0004]由于在電力無線專網中存在著終端自組網，輪詢接入不能滿足當前要求，存在以下問題:
[0005]I)在信道接入時，基站和終端完全對等，基站不能有效的控制整個網絡，從而降低了整個網絡的通信速率；
[0006]2)網絡中業(yè)務種類較多，且未設優(yōu)先級，網絡不能及時傳輸主站召測的電力業(yè)務;
[0007]3)當終端出現緊急情況時，輪詢接入不能保證終端緊急數據的及時傳輸；
[0008]4)輪詢組網時延過大，浪費了無線通信資源。

【發(fā)明內容】

[0009]針對現有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，通過該方法能夠提高無線電力專網的信息傳送能力，保證應急消息的實時性和可靠性。
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術方案如下:
[0011]一種基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其關鍵在于:該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，前置機作為所述主站計算機的接口設備，對主站計算機與基站之間的數據進行分類、匯總和分發(fā)；在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業(yè)務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優(yōu)先級，不同類型的消息在信道接入時按照優(yōu)先級的高低設置有不同的等待時間間隔。
[0012]本方案采用無線自組網和有線網絡相融合的方式，數據采集終端與基站之間通過一跳或多跳的方式進行網絡自組，基站與主站計算機之間采用有線連接，在無線自組網絡中，根據業(yè)務類型設置不同的優(yōu)先級別，將優(yōu)先級高的消息提前發(fā)送，從而保證整個網絡中應急信息的實時傳輸，提高網絡效率。
[0013]作為進一步描述，在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中，消息的類型包括以下幾類:
[0014]O:數據采集終端主動上傳的緊急消息；
[0015]1:基站下發(fā)的消息；
[0016]2:數據采集終端發(fā)送的數據消息；
[0017]3:數據采集終端發(fā)送的在網維護消息；
[0018]4:數據采集終端發(fā)送的入網請求消息；
[0019]5:數據采集終端發(fā)送的退網請求消息；
[0020]上述6類消息對應為的優(yōu)先級依次為O?5。
[0021]采用上述機制，當數據采集終端遇到緊急情況時，需要主動上報緊急消息，因此設置優(yōu)先級最高，設置等待時間為0，保證應急信息的實時傳輸。除此之外，網絡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，為了保證整個網絡的可控性和有序性，基站下發(fā)的消息優(yōu)先級次之。
[0022]在傳統(tǒng)網絡中，與網絡管理消息相比，數據業(yè)務數據量大，傳輸時間較長，因此為了維護整個網絡的穩(wěn)定性，優(yōu)先傳輸管理消息。本網絡為靜止網絡，網絡拓撲動態(tài)變化較小；并且主站對數據的實時性要求較高,在本網絡中，與管理消息相比,優(yōu)先傳輸數據業(yè)務，因此，數據采集終端發(fā)送的數據消息優(yōu)先級設為2。
[0023]由于本網絡為靜態(tài)網絡，在網維護信息較少，為了維護網絡的穩(wěn)定性，優(yōu)先保證已接入網絡終端的正常通信，因此，在網維護消息優(yōu)先級較高，其次為入網消息，最后為退網消息。
[0024]再進一步描述，當數據采集終端與基站進行信道接入時，如果傳輸的消息類型為i，i = O?5，則對應的等待時間為i個單位的前導時間，通過設置不同的等待時間來保證優(yōu)先級高的消息提前傳輸。
[0025]為了便于數據的管理，在數據采集終端和基站的MAC層中，其數據幀結構包括了 3個bit的優(yōu)先級控制域,按照二進制順序從000?111依次對應最大可設8個優(yōu)先級。
[0026]具體傳輸過程中，所述數據采集終端和基站進行消息處理的步驟如下:
[0027]步驟1:MAC層按照預設的MAC幀格式組裝MAC幀消息，所述MAC幀消息根據消息的類型設定了相應的優(yōu)先級；
[0028]步驟2:物理層按照MAC幀中的優(yōu)先級確定發(fā)送時間；
[0029]步驟3:當上一幀數據的物理幀幀尾到達時，通過CSMA/CA算法進行信道檢測；
[0030]步驟4:當到達發(fā)送時間時信道仍然空閑，則發(fā)送該MAC幀消息，如果在發(fā)送時間到達前信道被占用，則MAC層需要等到下一個物理幀結束后，重新進行信道檢測。
[0031]針對本方案所設計的電力無線專網而言，所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中采用了 40個離散頻點作為信道頻點，分別為15對雙工頻點和10個單工頻點，其中雙工頻點的頻段為223.525MHz~224.650MHz，230.525~231.650MHz，單工頻點的頻段為228.075MHz~228.750MHz，相鄰頻道間隔為25kHz，每個頻道占用帶寬小于25kHz。
[0032]為了避免同頻干擾，提高消息傳輸的穩(wěn)定性，本方案所設計的電力無線專網將40個離散頻點分為7個頻點集合，每個頻點集合包括5~6個離散頻點，相鄰兩個基站使用不同的頻點集合，各個基站按照7小區(qū)蜂窩組網結構進行異頻蜂窩組網。
[0033]本發(fā)明的顯著效果是:
[0034]I)保證整個網絡以基站為中心，實現電力業(yè)務、無線信道資源的總體規(guī)劃及精準控制；
[0035]2)基于業(yè)務分類，優(yōu)先傳輸終端應急信息和主站信息，終端出現緊急情況后信息可以及時上報，而且主站的核心關鍵業(yè)務也能平穩(wěn)運行；
[0036]3)采用隨機競爭接入能夠降低時延，提升網絡的實時性，從而提高網絡的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的網絡拓撲結構圖； [0038]圖2為本發(fā)明物理幀結構示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明網絡節(jié)點進行消息處理的步驟流程圖；
[0040]圖4為本發(fā)明系統(tǒng)蜂窩組網時的信道分配示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0042]圖1所示，一種基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，前置機作為所述主站計算機的接口設備，對主站計算機與基站之間的數據進行分類、匯總和分發(fā)；在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業(yè)務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優(yōu)先級，不同類型的消息在信道接入時按照優(yōu)先級的高低設置有不同的等待時間間隔。
[0043]在實施過程中，通常MAC幀中包含了 2個字節(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分片標志、3bit優(yōu)先級標志、Ibit類型標志、5bit子類型標志、Ibit智能路由標志、lbit加密標志、lbit功率管理標志、lbit重傳標志和Ibit預留位組成，具體如表2所示。
[0044]表1通用MAC幀格式
^長度域幀控制域源地址I Hliltt Ilii CRC WEW |
[0045]域字 I?數 2__22 j 2I__2 —變 1...................ft1...........................................幀頭........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................1
[0046]表2幀控制域格式
【權利要求】
1.一種基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，前置機作為所述主站計算機的接口設備，對主站計算機與基站之間的數據進行分類、匯總和分發(fā)；在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業(yè)務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優(yōu)先級，不同類型的消息在信道接入時按照優(yōu)先級的高低設置有不同的等待時間間隔。
2.根據權利要求1所述的基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中，消息的類型包括以下幾類: 0:數據采集終端主動上傳的緊急消息； 1:基站下發(fā)的消息； 2:數據采集終端發(fā)送的數據消息； 3:數據采集終端發(fā)送的在網維護消息； 4:數據采集終端發(fā)送的入網請求消息； 5:數據采集終端發(fā)送的退網請求消息； 上述6類消息對應為的優(yōu)先級依次為O~5。
3.根據權利要求2所述的基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:當數據采集終端與基站進行信道接入時，如果傳輸的消息類型為i，i = O~5，則對應的等待時間為i個單位的前導時間。
4.根據權利要求1所述的基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:在數據采集終端和基站的MAC層中，其數據幀結構包括了 3個bit的優(yōu)先級控制域，按照二進制順序從OOO~111依次對應最大可設8個優(yōu)先級。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于，所述數據采集終端和基站進行消息處理的步驟如下: 步驟1:MAC層按照預設的MAC幀格式組裝MAC幀消息，所述MAC幀消息根據消息的類型設定了相應的優(yōu)先級； 步驟2:物理層按照MAC幀中的優(yōu)先級確定發(fā)送時間； 步驟3:當上一幀數據的物理幀幀尾到達時，通過CSMA/CA算法進行信道檢測； 步驟4:當到達發(fā)送時間時信道仍然空閑，則發(fā)送該MAC幀消息，如果在發(fā)送時間到達前信道被占用，則MAC層需要等到下一個物理幀結束后，重新進行信道檢測。
6.根據 權利要求1一4任意一項所述的基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中采用了 40個離散頻點作為信道頻點，分別為15對雙工頻點和10個單工頻點，其中雙工頻點的頻段為223.525MHz ~224.650MHz, 230.525 ~231.650MHz,單工頻點的頻段為 228.075MHz ~228.750MHz，相鄰頻道間隔為25kHz，每個頻道占用帶寬小于25kHz。
7.根據權利要求6所述的基于業(yè)務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:電力無線專網將40個離散頻點分為7個頻點集合，每個頻點集合包括5~6個離散頻點，相鄰兩個基站使用不同的頻點集合，各個基站按照7小區(qū)蜂窩組網結構進行異頻蜂窩組網。
【文檔編號】H04W74/04GK103929823SQ201410190496
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權日:2014年5月7日
【發(fā)明者】黃天聰, 袁揚, 楊毅, 趙興成, 廖萬麗, 何昊辰, 牛丹丹, 馮文江, 覃劍, 吳玉成 申請人:重慶大學