CN103716411B - 一种基于SGWM的230 MHz用电信息采集终端远程通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法，包括以下步骤：协议栈设计；确定终端与基站之间的空中帧结构；进行数据交互；协议栈中物理层参数设计。本发明提供一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法，规范远程通信单元设计要求，进一步提高了用电信息传输的安全性、稳定性和可靠性，为更好的满足电力企业的实际需求、加快推进用电信息采集系统和智能电网建设提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信方法，具体涉及一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法。
背景技术
在用电信息采集系统中，选用稳定可靠的通信技术是至关重要的环节，采集终端和系统主站之间的远程通信必须保证其可靠性、实时性和安全性，否则将对整个系统的安全稳定运行带来很大影响。230MHz无线专网通信技术是用电信息采集系统建设中一种重要的远程通信技术，在采集大型专用变压器用户用电信息技术中发挥了重要作用，但由于该通信方式自身的限制，存在通信速率低、接入点较少、采集成功率不高、实时性较差的问题，科学技术的应用推动用电信息采集系统通信技术的进步和发展，为进一步提高用电信息采集系统的性能指标、降低系统综合应用成本，需要开展新型通信技术在用电信息采集系统中的应用研究，构建完整的系统架构和技术方案，研制开发相关产品和测试系统，对于进一步提高用电信息采集系统通信的可靠性、实时性和安全性，降低系统建设费用具有重要意义。
用电信息采集WiMAX（State grid WiMAX，SGWM）是一种新兴的无线宽带接入技术，可以为用户提供无线数据接入服务，基于IEEE802.16技术标准可以替代现有的有线和DSL连接方式，提供最后一公里的无线宽带接入，并且在成本、传输距离和带宽方面都具有诸多优势，目前在北美欧洲等地获得广泛应用和关注，在亚洲地区也呈现出旺盛的生命力和良好的应用前景。
230MHz无线专网通信是由国家无线电管理委员会为电力负荷控制专用批准的，在230兆频段范围内有十五对双工频点和十个单工频点，承载于模拟式无线通信技术基础上的数据通信资源，目前被多数网省公司作为电力大型专变用户用电信息采集和监控所用。电力230MHz无线专网通信系统通信纠错能力强，数据处理效率高，支持事件上报功能，在很大程度上解决了光纤通信方式成本高的问题，在用电信息采集系统建设中发挥了积极作用。
目前，以230MHz数传电台组成的数据传输网络需要单独占用1个频率资源，在同一频点上，同时只能有1个设备发送数据。所以，基站和专变采集终端的通信采用轮询的方式，轮询周期与电台数量有密切关系。在早期用户数量不是很多的情况下，这种基本的通信方式不仅能很好地满足业务需求，而且采用的技术简单成熟。但随着我国经济社会的快速发展，用电用户的数目不断增长，电网的智能化和信息化迫切需要寻求一种更为高效、快速、可靠的通信系统。而目前230MHz无线专网系统存在通信速率低、接入点较少、采集成功率不高、实时性较差的问题。
发明内容
为了更好地解决目前230MHz无线专网在采集速度、采集用时及系统容量上的问题，进一步提升230MHz无线专网在数据采集方面的整体优势，本发明提供一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法，规范远程通信单元设计要求，进一步提高了用电信息传输的安全性、稳定性和可靠性，为更好的满足电力企业的实际需求、加快推进用电信息采集系统和智能电网建设提供技术支撑。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：协议栈设计；
步骤2：确定终端与基站之间的空中帧结构；
步骤3：进行数据交互；
步骤4：协议栈中物理层参数设计。
所述步骤1中，协议栈采用标准协议栈模式，其包括物理层、MAC层、网络层和应用层，所述应用层包括基站应用层和终端应用层。
所述物理层通过不同的封装支持不同物理传输模式；所述MAC层实现按配置的点对点可靠通信，包括信道扫描、监听、信标生成和物理层分帧/组帧；所述网络层实现中继、泛洪广播，路由保存和邻居表功能；所述网络层的IP帧数据格式参照国际标准TCP/IP协议；所述应用层负责建立终端地址映射表，确定目的终端地址，响应网络控制平台的管理。
MAC层的工作任务包括入网、在网、重传处理和帧处理；其中入网为随机竞争入网、测距、基本能力协商；在网为在网信息维护；重传处理为重传情况包括测距需要多次往返，消息在规定时间内没有到达；帧处理包括组拆帧过程和差错控制过程。
所述MAC层的通用帧包括起始符、长度域、帧控制域、地址域、帧内容域、帧校验域和结束符；
所述长度域为8bit，表示包括MAC报头，整个PDU的长度，以单字为单位；
所述帧控制域包括分片标志、状态域、类型、子类型、等级、智能路由、功率管理和重传标志位；其中分片标志指示了净荷分段的状态，0代表没有分片，1代表有分片；状态域表示网络状态，0代表退网，1代表入网；类型和子类型共同确定该帧的功能；等级表示发送该帧的初始源地址的等级，0代表基站，1代表终端；智能路由置1代表此该帧的终端是一个隐藏终端，0代表此帧的终端是一个普通终端；功率管理用于进一步开发，默认为0；重传标志位置0代表无分片，1代表分片；
所述地址域分为目的地址域和源地址域，都为6字节，且均为设备的MAC地址；
所述帧内容域是与帧类型和子类型有关的具体数据或者管理信息，根据物理层的技术特点，长度为0-230字节，用于传输数据或语音信号。
所述帧校验域采用的是帧校验和，是帧内容所有字节的8位位组算术和，不考虑溢出位。
所述步骤2中，空中帧结构包括下行时隙、发收转换间隔、竞争接入时隙和上行时隙；所述下行时隙、发收转换间隔、竞争接入时隙和上行时隙的时长分别为11.25ms、0.2ms、4.8ms和38.55ms，由于上行数据量远大于下行数据量，所以上行时隙数大于上行时隙数，将上行时隙划分为三个独立的时隙，每个独立时隙时长为11.25ms，在物理层的通用帧结构中，下行时隙和每个上行时隙等长。
所述步骤3中，数据交互包括基站与主站之间的数据交互和终端通信模块与基站之间的数据交互；
基站完成时序控制、场强管理、智能路由功能，并将终端侧协议栈置于通信模块内，以保持终端设备硬件接口、软件协议和电台接口不变；路由计算在基站进行，保持基站与前置机软硬件接口不变；对终端场强、邻近终端场强表等查询通过对中继站命令扩展实现；如果主站需要查询基站记录的终端场强和终端路由信息，按照基站与主站补充协议增加相关命令即可实现对基站信息的召测和存储；
终端与基站按照设计的空中帧结构进行数据传输，并通过无线链路方式进行数据交互。
所述步骤4中，物理层参数中工作频点为15对双工频点和10对单工频点；双工方式为TDD；多址方式为TDMA；帧长为50ms；频点带宽为25kHz；上下行时隙配比为3:1；编码调制方式为卷积码+QPSK、8PSK-TCM、16QAM-TCM。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明基于新型通信技术的采集系统的开发，在组网方式上借鉴了SGWM协议；在信号处理上使用了OFDM/SC-FDE相结合的技术，利用软件无线电控制等自适应调制方式灵活进行信号收发；在提高数据传输率方面，采用了载波聚合的方式实现；在硬件实现方面，自主开发设计电路，力求设备结构的精简。
2.考虑了用电信息采集系统应用环境的特殊性，即采集终端数量大、分布不均匀、分布地区大多为高山地环境，通信频点离散等特点，在系统开发时，针对实际情况进行合理选配与裁剪，以适应各类地区复杂的地理环境和通信环境。
3.终端通信模块至基站上行链路采用单载波频域均衡技术，基站至终端下行采用OFDM技术，终端用一块数字芯片就可实现信号处理、接入组网及控制、接口等功能。
4.本系统支持SC-TDE工作模式，进一步降低了设备复杂度。收发通道采用集成套件实现，为批量化生产降低成本提供设计保证。
附图说明
图1是本发明实施例中协议栈结构示意图；
图2是本发明实施例中空中帧结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：协议栈设计；
步骤2：确定终端与基站之间的空中帧结构；
步骤3：进行数据交互；
步骤4：协议栈中物理层参数设计。
如图1，协议栈采用标准协议栈模式，其包括物理层、MAC层、网络层和应用层，所述应用层包括基站应用层和终端应用层。
所述物理层通过不同的封装支持不同物理传输模式；所述MAC层实现按配置的点对点可靠通信，包括信道扫描、监听、信标生成和物理层分帧/组帧；所述网络层实现中继、泛洪广播，路由保存和邻居表功能；所述网络层的IP帧数据格式参照国际标准TCP/IP协议；所述应用层负责建立终端地址映射表，确定目的终端地址，响应网络控制平台的管理，应用层应具有解析《Q/GDW1376.1-2013主站通信协议》链路层功能，因为主站下发数据需被解析链路层地址域以获取目的终端地址。
MAC层的工作任务包括入网、在网、重传处理和帧处理；其中入网为随机竞争入网、测距、基本能力协商；在网为在网信息维护；重传处理为重传情况包括测距需要多次往返，消息在规定时间内没有到达；帧处理包括组拆帧过程和差错控制过程。
所述MAC层的通用帧包括起始符、长度域、帧控制域、地址域、帧内容域、帧校验域和结束符；如表1：
表1
所述长度域为8bit，表示包括MAC报头，整个PDU的长度，以单字为单位；
所述帧控制域包括分片标志、状态域、类型、子类型、等级、智能路由、功率管理和重传标志位；其中分片标志指示了净荷分段的状态，0代表没有分片，1代表有分片；状态域表示网络状态，0代表退网，1代表入网；类型和子类型共同确定该帧的功能；等级表示发送该帧的初始源地址的等级，0代表基站，1代表终端；智能路由置1代表此该帧的终端是一个隐藏终端，0代表此帧的终端是一个普通终端；功率管理用于进一步开发，默认为0；重传标志位置0代表无分片，1代表分片；如表2：
表2
所述地址域分为目的地址域和源地址域，都为6字节，且均为设备的MAC地址；
所述帧内容域是与帧类型和子类型有关的具体数据或者管理信息，根据物理层的技术特点，长度为0-230字节，用于传输数据或语音信号。
所述帧校验域采用的是帧校验和，是帧内容所有字节的8位位组算术和，不考虑溢出位。
如图2，空中帧结构包括下行时隙、发收转换间隔、竞争接入时隙和上行时隙；所述下行时隙、发收转换间隔、竞争接入时隙和上行时隙的时长分别为11.25ms、0.2ms、4.8ms和38.55ms，由于上行数据量远大于下行数据量，所以上行时隙数大于上行时隙数，将上行时隙划分为三个独立的时隙，每个独立时隙时长为11.25ms，在物理层的通用帧结构中，下行时隙和每个上行时隙是等长的。为了MAC处理方便，各种制式每个时隙的业务传输能力在相同编码调制方式下做成一致的，即传输的有效bit数一样，可实现距离保护为200ns，保证15km的覆盖范围。上行时隙虽然划分为三个独立的时隙，但是在一个空中帧里，这三个时隙只分配给一个用户使用。
竞争接入时隙在终端通信模块入网和主动发起通信时使用。在入网时，终端通信模块在竞争时隙发送入网请求，发送的时机取决于基站广播的竞争窗口大小和自身选择的发送时间节点。在终端通信模块主动发起通信时，终端通信模块在竞争时隙内发送带宽请求，向基站申请带宽。
所述步骤3中，数据交互包括基站与主站之间的数据交互和终端通信模块与基站之间的数据交互；
基站完成时序控制、场强管理、智能路由功能，并将终端侧协议栈置于通信模块内，以保持终端设备硬件接口、软件协议和电台接口不变；路由计算在基站进行，保持基站与前置机软硬件接口不变；对终端场强、邻近终端场强表等查询通过对中继站命令扩展实现；如果主站需要查询基站记录的终端场强和终端路由信息，按照基站与主站补充协议增加相关命令即可实现对基站信息的召测和存储；
终端与基站按照设计的空中帧结构进行数据传输，并通过无线链路方式进行数据交互。
所述步骤4中，物理层参数中工作频点为15对双工频点和10对单工频点；双工方式为TDD；多址方式为TDMA；帧长为50ms；频点带宽为25kHz；上下行时隙配比为3:1；编码调制方式为卷积码+QPSK、8PSK-TCM、16QAM-TCM。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种基于SGWM的230MHz用电信息采集终端远程通信方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：协议栈设计；
步骤2：确定终端与基站之间的空中帧结构；
步骤3：进行数据交互；
步骤4：协议栈中物理层参数设计；
所述步骤1中，协议栈采用标准协议栈模式，其包括物理层、MAC层、网络层和应用层，所述应用层包括基站应用层和终端应用层；
所述物理层通过不同的封装支持不同物理传输模式；所述MAC层实现按配置的点对点可靠通信，包括信道扫描、监听、信标生成和物理层分帧/组帧；所述网络层实现中继、泛洪广播，路由保存和邻居表功能；所述网络层的IP帧数据格式参照国际标准TCP/IP协议；所述应用层负责建立终端地址映射表，确定目的终端地址，响应网络控制平台的管理；
MAC层的工作任务包括入网、在网、重传处理和帧处理；其中入网为随机竞争入网、测距、基本能力协商；在网为在网信息维护；重传处理为重传情况包括测距需要多次往返，消息在规定时间内没有到达；帧处理包括组拆帧过程和差错控制过程；
所述MAC层的通用帧包括起始符、长度域、帧控制域、地址域、帧内容域、帧校验域和结束符；
所述长度域为8bit，表示包括MAC报头，整个PDU的长度，以单字为单位；
所述帧控制域包括分片标志、状态域、类型、子类型、等级、智能路由、功率管理和重传标志位；其中分片标志指示了净荷分段的状态，0代表没有分片，1代表有分片；状态域表示网络状态，0代表退网，1代表入网；类型和子类型共同确定该帧的功能；等级表示发送该帧的初始源地址的等级，0代表基站，1代表终端；智能路由置1代表此该帧的终端是一个隐藏终端，0代表此帧的终端是一个普通终端；功率管理用于进一步开发，默认为0；重传标志位置0代表无分片，1代表分片；
所述地址域分为目的地址域和源地址域，都为6字节，且均为设备的MAC地址；
所述帧内容域是与帧类型和子类型有关的具体数据或者管理信息，根据物理层的技术特点，长度为0-230字节，用于传输数据或语音信号；
所述帧校验域采用的是帧校验和，是帧内容所有字节的8位位组算术和，不考虑溢出位；
所述步骤2中，空中帧结构包括下行时隙、发收转换间隔、竞争接入时隙和上行时隙；所述下行时隙、发收转换间隔、竞争接入时隙和上行时隙的时长分别为11.25ms、0.2ms、4.8ms和38.55ms，由于上行数据量远大于下行数据量，所以上行时隙数大于上行时隙数，将上行时隙划分为三个独立的时隙，每个独立时隙时长为11.25ms，在物理层的通用帧结构中，下行时隙和每个上行时隙等长；
所述步骤3中，数据交互包括基站与主站之间的数据交互和终端通信模块与基站之间的数据交互；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |