CN101232420B - 电力数据采集系统的无线组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明是电力数据采集系统的无线组网方法，通信模式采用非对称中继、链路令牌、链路搭车、链路广播四种，在单工通信中使用其一种或二种或二种以上组合使用；在双工频点通信中使用链路搭车或链路广播；在单工通信中采用链路异常处理方法对对称中继和非对称中继的通信异常过程进行优化；非对称中继采用智能路由优化；在双工通信中采用全双工工作模式。优点：克服了现有技术所存在的缺陷，以场强测试、终端中继为基础，通过路由优化、全双工通信技术使230M无线通信组网更灵活，链路层独立设计将使终端设计、安装方便，通信调试容易，通信效率获得了较大的提高，解决地形复杂、建筑物阻挡等因素给电力数据采集组网带来困难及通信效率不高的问题。

Description

电力数据采集系统的无线组网方法

技术领域

本发明涉及单工通信智能路由技术和双工频点的全双工通信技术的电力数据采集系统的无线组网方法，属于电力负荷管理无线数据传输组网技术领域。

背景技术

目前，无线电力负荷管理系统使用国家无线电管理委员会分配的15对230M双工频点和10对单工频点进行无线通信组网。在组网方式上单工和双工频点实现上没有区别，由于难以保证终端在上行信道的发送时序，因此双工频点下也是采用半双工通信方式。过去安装的终端数量较少，一般通信基站集中在中心主站，随着终端安装数量越来越多，现在一般采用远程基站的的方式增加信道的容量和覆盖范围。单基站的组网架构如图1。在单工频点组网中上行和下行使用相同的频率，双工频点组网中上行和下行使用不同的频率。对于与基站通信信号不好的终端，如图1中的终端6，可以使用终端5进行中继。对于双工频点的系统，需要中继的终端收发频率需要倒频。现有技术将需要中继的终端的地址下发到中继终端中，中继终端收到以需要中继终端为源地址或目标地址的报文，即进行中继转发。由于目前采用的终端中继方法，上行和下行通信经过相同的中继终端，上下行通信中继级数相同，下行通过的中继终端次序与上行正相反，称为对称中继。

现有通信时序如图2，通信由基站发起，首先打开基站电台的PTT使电台处于发射状态，延时(根据电台的不同，一般在30ms～200ms)，开始发送下行报文，发送完成后同样需要延时后，才能关闭PTT，保证信号的稳定。终端收到下行报文后，经解码等的逻辑处理，需回响应报文的终端发送上行报文，发送过程与下行一样，先打开终端电台的PTT，延时后发送上行报文，发送结束后，经延时后再关闭终端的PTT。从时序上看上行报文和下行报文不能同时存在，因此对于双工频点，也是半双工的通信方式。归纳现有的组网方法，其存在如下缺陷：

1)存在通信盲区和覆盖死角。在地理环境复杂、有山丘和建筑物阻挡的情况下，会产生覆盖死角。靠增加基站数量、增加基站天线高度和发射功率都不能较好地解决这个问题。通过终端中继的方式由于需要倒频和路由测试，调试工作量大且难以实现多级中继。

2)双工频点均为半双工工作模式，效率不高。虽然负荷管理一般采用双工频点，上行和下行有独立的信道，但由于终端侧采用半双工电台且所有终端共享上、下行信道，因此，实际上目前都为半双工模式，频点利用率较低。

3)终端中继技术，路由不能自动生成和智能优化，通信模式单一，通信效率较低。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术存在的上述缺陷，提出单工频点智能路由和双工频点的全双工工作的无线组网方法。在单工频点下采用新的通信模式和智能路由技术优化通信效果，在双工频点下采用全双工工作模式提高通信效率和频点利用率。通过链路异常处理方法缩短在单工通信方式下终端异常时基站的等待时间。

本发明的技术解决方案：其特征是通信模式采用非对称中继、链路令牌、链路搭车、链路广播四种，在单工通信中使用其一种或二种或二种以上组合使用；在双工频点通信中使用链路搭车或链路广播；在单工通信中采用链路异常处理方法对对称中继和非对称中继的通信异常过程进行优化；非对称中继或对称中继采用智能路由优化；在双工通信中采用全双工工作模式。

所述的非对称中继，上行和下行经过不同的中继终端或不同的中继级数或与对称中继采用不同的上下行中继次序，非对称中继使上下行单独路由优化。

所述的链路令牌，链路令牌中包含若干个的终端地址，链路令牌中的终端组成一个互通区，互通区中的终端彼此可靠接收并且与基站间也能双向可靠通信；令牌由基站发送，令牌中的终端按照其地址在令牌中的次序，依次上报数据。

所述的链路搭车是采取中继终端上行转发时将本身的上报报文搭在转发的上行报文中。

所述的链路广播是在中继下行转发报文时，对于广播性质的报文，中继终端将应用层报文交自身的应用层逻辑处理。

所述的链路异常处理方法是在单工通信时，上行路由中的终端或目标终端监视通信过程，如果中继请求终端和中继转发终端都在监测终端的可接收列表中，则进行链路监视；发现中继不转发或目标终端不回码时，监测终端按照上行路由向基站发送通信异常报文，提前结束基站通信等待过程。

所述的链路异常包括下行不转发、上行不转发和目标终端不回码三种情况。

所述的非对称中继或对称中继采用智能路由优化，其具体做法是：1)终端在上电、在规定时间内没有被主站召测过或通过按键手动启动发送测试报文；2)场强测量，基站和终端记录其可接收终端的地址及相应的接收场强，保存数据，终端同时测量记录接收到基站信号的场强，场强记录由基站巡测采集或通过链路令牌和链路搭车上报；3)路由优化，根据场强信息分上行和下行分别进行。

所述的在双工通信中全双工工作模式，是将上行传输过程在下行传输时并行进行或下行的传输在上行时并行进行，由于终端的半双工的工作、信道共享，因此采用在两个以上终端轮巡的方式实现与全双工通信一样的通信效率。

本发明的优点：有效的克服了现有技术所存在的缺陷，以场强测试、终端中继为基础，通过路由优化、全双工通信技术使230M无线通信组网更灵活，链路层独立设计将使终端设计、安装更方便，通信调试也非常容易，通信效率获得了较大的提高，很好地解决地形复杂、建筑物阻挡等因素给电力数据采集组网带来困难以及通信效率不高的问题。

附图说明

附图1是现有的单基站的组网架示意图。

附图2是现有通信时序图。

附图3是现有的中继通信方式示意图，其中图3中的A图是一级中继的通信方式示意图，图3的B图是二级中继的通信方式示意图。

附图4是几种典型的非对称中继模式的示意图。其中图4中的4A图是上行下行中继级数相同、中继终端不同的非对称中继示意图。图4中的4B图是上行下行中继级数不同的非对称中继示意图。图4中的4C图是中继级数相同中继次序与对称中继不同的非对称中继示意图，实际为两个图4中的4B图类型的非对称中继组合。

图4中的4D图是非对称中继与对称中继组合而成的非对称中继方式示意图。

附图5是链路令牌通信过程时序示意图，图中的①是下发给相关终端的令牌，路径上的序号2-9为收到令牌后，令牌中终端的上行的报文的发送次序。

附图6是链路搭车报文发送时序图。

附图7对终端的路由优化采用递归算法(现有技术)进行优化的过程示意图。

附图8是全双工工作模式时序图。

图8中8A图是正常通信过程及时序示意图；图8中的8B图是优化的通信过程及时序图；图8中的8C图是有终端无回码时的优化的通信过程及时序图。

图中的实线表示下行路经，虚线表示上行路经，PTT是打开电台信号，A终端1是A终端的第一帧下行报文，A终端2是A终端的第二帧下行报文。X表示终端的报文处理时间。B终端1是B终端的第一帧下行报文，B终端2是B终端的第二帧下行报文。

具体实施方式

通信模式采用非对称中继、链路令牌、链路搭车、链路广播四种，在单工通信中使用其一种或二种或二种以上组合使用；在双工频点通信中使用链路搭车或链路广播；在单工通信中采用链路异常处理方法对对称中继和非对称中继的通信异常过程进行优化；非对称中继或对称中继采用智能路由优化；在双工通信中采用全双工工作模式。通信模式用非对称中继、链路令牌、链路搭车、链路广播四种在单工通信中可根据需要单独使用，也可组合使用。链路搭车和链路广播也可以在双工频点通信中使用。在单工通信网中采用链路异常技术对对称中继和非对称中继的通信异常过程进行优化。

对照图4，非对称中继：由于基站与终端、终端与终端间的双向通信条件不完全相同，我们提出非对称中继模式，上行和下行经过不同的中继终端或不同的级数或与对称中继采用不同的上下行中继次序。非对称中继使上下行可以单独优化，改善通信效果，减少中继级数。

对照图5，链路令牌：在单工通信网中，因为收发同频，给路由的优化提供最大的灵活性。在使用该技术的单工通信组网中存在大量的不需要中继的终端，为了提高系统的整体通信效率，对于直通终端，采取下发上报次序的报文启动终端数据上报。上报的内容是配置的上报任务或需要上报的事件。定义上报次序的下行报文，我们称为链路令牌。链路令牌中的终端组成一个为互通区。互通区中的终端彼此应能可靠接收并且与基站间也应能双向可靠接收。

图5为9个终端组成的互通区。实际的令牌中的终端的个数可根据现场的通信情况和通信需求确定。图5中基站上面的①是下发给相关终端的令牌，表示首先由基站发送令牌，上行路径上的数字表示收到令牌后各自终端的上行发送时序，次序在链路令牌中设定的。

对照图6，链路搭车：与链路令牌一样，为了提高POLLING方式的通信效率，采取有条件上报方式，在上行时有报文发送权的终端，可以上报按配置需要上报的数据，称为链路搭车。链路搭车就是在目标终端回码或中继终端上行转发时将本身的上报报文搭在上行报文中。

链路广播：就是在中继转发报文时，对于广播性质的报文，中继终端也将应用层报文交自身的应用层处理逻辑处理。

链路异常处理方法：中继通信过程会增加通信过程时间，特别是在中继终端没有正常转发或目标终端没有回码时，基站按最长等待时间计算，效率很低。为此设计了异常处理逻辑，在单工通信时使用。上行路由中的终端(包括目标终端)监视通信过程，如果中继请求终端和中继转发终端都在监测终端的可接收列表中，则进行链路监视。发现中继不转发或目标终端不回码时，由于监测终端在上行链路中，可以按照上行路由向基站发送通信异常报文，提前结束通信等待过程。链路异常包括下行不转发、上行不转发和目标终端不回码三种情况。

对照图7，对终端的路由优化采用递归的算法进行，本通信组网方案通过测量彼此的接收场强获得路由优化的依据。具体做法是：

终端主动发测试报文：终端在上电、在一定时间内没有被主站召测过或通过按键手动启动可发送测试报文。主动发测试报文起到信道的质量测试、向基站和临近终端报告该终端的存在的双重作用。

场强测量：基站和终端记录其可接收终端的地址及相应的接收场强。保存一定数目终端的数据，按强度排序数据动态刷新。对于超过设定时间(比如一天)没有收到信号的终端，清除出场强数据列表。终端同时还必须测量记录接收到基站信号的场强。

为了及时发现不通终端，避免其因场强太弱，不能被记录，需独立记录收到测试报文的终端地址和接收场强。场强记录由基站巡测采集或通过链路令牌和链路搭车上报。

路由优化：在本设计中，中继作为重要技术手段，必须完善的路由确定方法，并可对中继时通信质量进行测量。

路由的优化分上行和下行分别进行。最佳路由是通过对场强信息处理，对路由按通信质量指标的排序获得的。通过对单个终端路由优化，来使整体系统性能获得提高。整个系统的通信效率的优化随着巡测的场强信息获得不断改善。场强记录信息还应处理中继终端的因故障不能转发的信息。故障信息来自对终端的巡测和链路异常信息。

在处理终端26的接收场强信息时，依次处理其可接收到信号的终端，对于其可接收到信号的终端27，生成终端27的以终端26为中继的新的上行路由；如果终端27是正常通讯的终端，为终端26生成以终端27为中继的下行路由，再分别进行路由优化。如果终端27的上行路由获得优化，则继续优化终端27可收到场强的终端(如终端30和终端31的)的上行路由；如果终端26的下行路由获得优化，则继续优化终端26可覆盖的终端(如终端28和终端29)的下行路由。

对于路由的优劣的排序方法是根据路由的通信成功率进行的。通过对直通终端的通信成功率和接收场强数据统计获得场强和成功率的关系列表，用来确定场强对应的通信成功率，直接查表不能获得的，通过插值算法计算获得。将路由的各级中继接收场强对应的成功率相乘，获得该路由的综合成功率。对可能的路由按综合成功率排序，综合成功率最大的为主路由，其次的作为备份路由。

对于超过一天没有收到信号的原可接收的终端，会清除出场强数据列表，作为事件上报。如果原可接收到该终端的终端均上报此事件或由于该终端问题引起通信连续失败一定次数(如三次)，可判定该终端故障，需要对使用该终端中继的终端路由重新优化，获得新的可用的最佳路由，达到路由自愈的目的。这里说的由于该终端引起通信失败包括两种情况：一是以该终端为目标终端无回码，二是用该终端做中继中继不转发。

对照图8，现有的双工频点，都是半双工工作模式，工作效率较低。为了提高效率，希望采用措施将上行传输过程在下行传输时并行进行或下行的传输在上行时并行进行。由于现有终端的半双工通信方式、信道共享，采用在两个以上终端轮巡的方式实现与全双工通信一样的通信效率。图中以上行报文长度大于下行报文长度的应用、将下行传输在上行时并行进行为例说明时序关系。。

设计的全双工工作模式是通过在两个以上终端间轮流召测来实现的。在双工通信方式开始时或终端无回码时，基站的PTT和发送控制时序按正常时序，如终端有回码，载波检测信号触发基站发送另一个终端的下行报文，在发送和当前接收都结束时，基站的PTT信号关闭。延长PTT时间目的是抑制在接收当前终端报文时，并行召测的另一个终端的回码与当前接收信号冲突。基站的PPT信号在终端侧反映为载波检测信号，需要回码的终端在监测到载波检测信号无效后，启动发送过程。终端发送上行报文时，需先打开终端电台的PTT，终端侧的PTT同样反映为基站的载波检测信号，可触发下一个下行报文的发送，从而达到全双工的通信效果。信道噪声较大的应用，载波检测信号可能一直有效，可以采用收到第一个字节为触发信号。对于将噪声也解调为乱码的调制方式，则需要以报文头为触发信号。

Claims (1)

1.电力数据采集系统的无线组网方法，其特征是通信模式采用非对称中继、链路令牌、链路搭车、链路广播四种，在单工通信中使用其一种或二种或二种以上组合使用；在双工频点通信中使用链路搭车或链路广播；在单工通信中采用链路异常处理方法对对称中继和非对称中继的通信异常过程进行优化；非对称中继或对称中继采用智能路由优化；在双工通信中采用全双工工作模式；所述的非对称中继，上行和下行经过不同的中继终端或不同的中继级数或与对称中继采用不同的上下行中继次序，非对称中继使上下行单独路由优化；所述的链路令牌，链路令牌中包含若干个的终端地址，链路令牌中的终端组成一个互通区，互通区中的终端彼此接收并且与基站间双向通信；令牌由基站发送，令牌中的终端按照其地址在令牌中的次序，依次上报数据；所述的链路搭车是采取中继终端上行转发时将本身的上报报文搭在转发的上行报文中；所述的链路广播是在中继下行转发报文时，对于广播性质的报文，中继终端应用层报文交自身的应用层逻辑处理；所述的链路异常处理方法是在单工通信时，上行路由中的终端或目标终端监视通信过程，如果中继请求终端和中继转发终端都在监测终端的可接收列表中，则进行链路监视；发现中继不转发或目标终端不回码时，监测终端按照上行路由向基站发送通信异常报文，提前结束基站的通信等待过程；所述的链路异常包括下行不转发、上行不转发和目标终端不回码三种情况；所述的非对称中继或对称中继采用智能路由优化，其具体做法是：1)终端在上电、在规定时间内没有被主站召测过或通过按键手动启动发送测试报文；2)场强测量，基站和终端记录其接收终端的地址及相应的接收场强，终端同时测量记录接收到基站信号的场强，场强记录由基站巡测采集或通过链路令牌和链路搭车上报；3)路由优化，根据场强信息分上行和下行分别进行；所述的在双工通信中全双工工作模式，是将上行传输过程在下行传输时并行进行或下行的传输在上行时并行进行，由于终端的半双工的工作、信道共享，因此采用在两个以上终端轮巡的方式实现与全双工通信一样的通信效率。

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