CN105871517A - 一种电力业务数据轮询采集的方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电力业务数据轮询采集的方法，所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID‑1)*T)/n+T/(2*n)；当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；本发明还提供一种基于电力业务数据轮询采集的系统，提高数据交互效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力业务数据轮询采集的方法以及系统。
背景技术
目前，根据国家电网“十三五”规划要求，为电网智能化的发展要求，提升国家电力配网自动化发展需要，为提升配网数据采集的安全性、稳定性而建设一套基于电力业务数据采集的无线通信传输系统，此方案是通过基站实现对接数百近千套的电力业务终端设备而形成的电力输配电业务专用的无线通信网络。
现有的802.11协议标准主要采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)与ACK机制来控制无线资源的访问和信息传输；该机制在近距离所有终端节点间都能互相感知时能保证通信效率，而电力业务数据的无线远距离传输中存在的载波检测失效问题，使得CSMA/CA与ACK机制效率低下，严重影响通信效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种电力业务数据轮询采集的方法以及系统，提高数据交互效率。
本发明之一是这样实现的：一种电力业务数据轮询采集的方法，所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，包括如下步骤：
步骤1、基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；
步骤2、每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；
步骤3、根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID-1)*T)/n+T/(2*n)；
步骤4、当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；
步骤5、当定时器T2到时，基站向下一个通信模块发送数据，进入步骤3，直至最后一个通信模块数据发送完毕。
进一步地，所述基站包括基带芯片、变频芯片、发射单元、接收单元、射频开关以及天馈单元，所述基带芯片连接至变频芯片，所述变频芯片分别连接所述发射单元以及接收单元，所述天馈单元通过所述射频开关分别连接所述发射单元以及接收单元；
所述通信模块向基站发送数据时，通过基带芯片将信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频芯片转成230MHz无线信号，再经过发射单元通过天馈单元发射至对应的通信模块；所述通信模块接收基站发送的数据时，通过天馈单元接收通信模块数据，射频开关切换，再经接收单元实现数据接收处理后由变频芯片实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经基带芯片处理，完成接收。
进一步地，所述发射单元为一功率放大器。
进一步地，所述接收单元包括声表滤波器以及低噪声放大器，所述声表滤波器通过低噪声放大器连接至所述变频芯片，所述声表滤波器连接至所述射频开关。
本发明之二是这样实现的：一种电力业务数据轮询采集的系统，所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，包括如下模块：
关联模块，基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；
广播模块，每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；
基站发送数据模块，根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID-1)*T)/n+T/(2*n)；
基站接收数据模块，当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；
完成模块，当定时器T2到时，基站向下一个通信模块发送数据，进入基站发送数据模块，直至最后一个通信模块数据发送完毕。
进一步地，所述基站包括基带芯片、变频芯片、发射单元、接收单元、射频开关以及天馈单元，所述基带芯片连接至变频芯片，所述变频芯片分别连接所述发射单元以及接收单元，所述天馈单元通过所述射频开关分别连接所述发射单元以及接收单元；
所述通信模块向基站发送数据时，通过基带芯片将信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频芯片转成230MHz无线信号，再经过发射单元通过天馈单元发射至对应的通信模块；所述通信模块接收基站发送的数据时，通过天馈单元接收通信模块数据，射频开关切换，再经接收单元实现数据接收处理后由变频芯片实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经基带芯片处理，完成接收。
进一步地，所述发射单元为一功率放大器。
进一步地，所述接收单元包括声表滤波器以及低噪声放大器，所述声表滤波器通过低噪声放大器连接至所述变频芯片，所述声表滤波器连接至所述射频开关。
本发明具有如下优点：本发明一种电力业务数据轮询采集的方法以及系统，扩展802.11协议MAC层的通信机制，弥补CSMA/CA侦听机制与ACK超时重传机制在多终端设备远距离通信时隐藏节点问题导致通信效率低的问题。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明方法执行流程图。
图2为本发明系统的模块框图。
图3为本发明具体实施方式中时隙分配算法。
图4为本发明的通信模块数据发送流程框图。
图5为本发明中基站的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明电力业务数据轮询采集的方法，所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，包括如下步骤：
步骤1、基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；
步骤2、每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；
步骤3、根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID-1)*T)/n+T/(2*n)；
步骤4、当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；
步骤5、当定时器T2到时，基站向下一个通信模块发送数据，进入步骤3，直至最后一个通信模块数据发送完毕。
如图5所示，所述基站用于连接智能配电终端或集中器；所述基站包括基带芯片以及变频芯片；所述变频芯片通过所述基带芯片连接至所述智能配电终端或集中器；还包括发射单元、接收单元、射频开关以及天馈单元，所述基带芯片连接至变频芯片，所述变频芯片分别连接所述发射单元以及接收单元，所述天馈单元通过所述射频开关分别连接所述发射单元以及接收单元，所述发射单元为一功率放大器，所述接收单元包括声表滤波器以及低噪声放大器，所述声表滤波器通过低噪声放大器连接至所述变频芯片，所述声表滤波器连接至所述射频开关，其中天馈单元一Antenna天线。
所述通信模块向基站发送数据时，通过基带芯片将信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频芯片转成230MHz无线信号，再经过发射单元通过天馈单元发射至对应的通信模块；所述通信模块接收基站发送的数据时，通过天馈单元接收通信模块数据，射频开关切换，再经接收单元实现数据接收处理后由变频芯片实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经基带芯片处理，完成接收。
如图2所示，本发明电力业务数据轮询采集的系统，所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，包括如下模块：
关联模块，基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；
广播模块，每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；
基站发送数据模块，根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID-1)*T)/n+T/(2*n)；
基站接收数据模块，当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；
完成模块，当定时器T2到时，基站向下一个通信模块发送数据，进入基站发送数据模块，直至最后一个通信模块数据发送完毕。
如图5所示，所述基站用于连接智能配电终端或集中器；所述基站包括基带芯片以及变频芯片；所述变频芯片通过所述基带芯片连接至所述智能配电终端或集中器；还包括发射单元、接收单元、射频开关以及天馈单元，所述基带芯片连接至变频芯片，所述变频芯片分别连接所述发射单元以及接收单元，所述天馈单元通过所述射频开关分别连接所述发射单元以及接收单元，所述发射单元为一功率放大器，所述接收单元包括声表滤波器以及低噪声放大器，所述声表滤波器通过低噪声放大器连接至所述变频芯片，所述声表滤波器连接至所述射频开关，其中天馈单元一Antenna天线。
所述通信模块向基站发送数据时，通过基带芯片将信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频芯片转成230MHz无线信号，再经过发射单元通过天馈单元发射至对应的通信模块；所述通信模块接收基站发送的数据时，通过天馈单元接收通信模块数据，射频开关切换，再经接收单元实现数据接收处理后由变频芯片实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经基带芯片处理，完成接收。
基于802.11协议的时间片轮询算法为网络中每个终端设备都固定分配一个数据传输时间片，使数据传输按预定的时间片有序传送，有效解决CSMA/CA机制在远距离无线传输场景中载波检测失效导致通信效率低的问题，下文将对具体的时间片轮询算法做详细描述。
如图3所示，802.11协议中基站会定时发送beacon帧，本算法中beacon帧发送间隔固定设计为640ms，每个基站(即AP)支持最大接入通信模块(即STA)个数为32，那么每个终端可以获得20ms的时间片，每个时间片平分为接入点(基站)下行和移动站点(station)上行两个阶段。下行时间片10ms分配给基站向下发送数据，上行时间片10ms分配给相应的通信模块上行发送数据。
如图3描述的时间片划分方案，基站上数据发送控制算法相对简单只要在原先beacon帧发送后设置一个10ms定制机制，间隔发送数据即可；而通信模块上时间片轮询算法则相对复杂，需要依赖802.11协议中每个通信模块和基站关联后唯一的关联ID(AID)来实现，在本方案中AID的取值范围为1-32(最大支持通信模块数为32)。那么每个终端即可按照各自的AID值有序的获取时间片来传输数据。
如图4所示，每个通信模块在接收到基站广播的beacon帧时，启动定时器T1＝((AID-1)*20+10)ms；当T1时间结束时，开始发送数据；同时启动定时器T2＝10ms，当T2时间结束时，停止发送报文并等待接收基站定时(640ms)广播的beacon帧，完成一次时间片轮询算法。通过该时间片控制算法使得基站和所有的通信模块都是有序的发送数据，可以有效解决无线通信中无线信号碰撞问题，提高系统的通信效率。
在实现对电力业务数据轮询采集中，其数据主要通过接入到终端的通信模块来实现数据轮询及传输，如图5所示，终端通信模块实现了IEEE802.11芯片从数据结构层到物理层上的全方位解决方案。终端整体技术方案主要由数字基带单元、变频单元、发射单元、接收单元和天馈单元等五个部分组成，以上所有的电路单元设计为一体化电路。
终端的通信模块的工作原理是将底层设备的信号通过以太网有线方式连接到终端WLAN数字基带单元进行信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频单元转成230MHz无线信号，再经过功率放大通过天线发射。接收链路则是通过天线接收无线空间信号，开关切换，再经接收单元实现信号接收处理后由变频单元实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经WLAN基带芯片处理，下发至底层设备。
基带芯片：用于数据调制与解调处理，内部集成PHY芯片，符合IEEE802.11协议，2.4GHz射频信号输出。
变频芯片：将传统2.4GHz的WIFI信号完整搬移至230MHz频段使用，实现在230MHz的私有频段内通信功能；其内部集成振荡器以及锁相环。
PA：功率放大器，将前端230MHz信号通过放大信号来增加传输距离，放大的230M信号更易被接收端识别。
LNA与SAW：避免引入额外干扰，使得信号的信噪比下降，导到解调后误码率增高，信道吞吐率下降。当信号到达设备接收端口后，通过SAW进行带外滤波，并对信号进行低噪声放大以达到一个可解调的通信链路，从而保证信号能被放大至合适的状态；LNA即为低噪声放大器，SAW为声表滤波器。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种电力业务数据轮询采集的方法，其特征在于：所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，包括如下步骤：
步骤1、基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；
步骤2、每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；
步骤3、根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID-1)*T)/n+T/(2*n)；
步骤4、当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；
步骤5、当定时器T2到时，基站向下一个通信模块发送数据，进入步骤3，直至最后一个通信模块数据发送完毕。
2.根据权利要求1所述的一种电力业务数据轮询采集的方法，其特征在于：所述通信模块包括基带芯片、变频芯片、发射单元、接收单元、射频开关以及天馈单元，所述基带芯片连接至变频芯片，所述变频芯片分别连接所述发射单元以及接收单元，所述天馈单元通过所述射频开关分别连接所述发射单元以及接收单元；
所述通信模块向基站发送数据时，通过基带芯片将信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频芯片转成230MHz无线信号，再经过发射单元通过天馈单元发射至对应的通信模块；所述通信模块接收基站发送的数据时，通过天馈单元接收通信模块数据，射频开关切换，再经接收单元实现数据接收处理后由变频芯片实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经基带芯片处理，完成接收。
3.根据权利要求2所述的一种电力业务数据轮询采集的方法，其特征在于：所述发射单元为一功率放大器。
4.如权利要求2所述的一种电力业务数据轮询采集的方法，其特征在于：所述接收单元包括声表滤波器以及低噪声放大器，所述声表滤波器通过低噪声放大器连接至所述变频芯片，所述声表滤波器连接至所述射频开关。
5.一种电力业务数据轮询采集的系统，其特征在于：所述方法包括基站以及n个通信模块，n为大于等于1的正整数，包括如下模块：
关联模块，基站与每个通信模块关联，为每个通信模块设置ID号；ID号为大于等于1的正整数；
广播模块，每间隔时间T，基于802.11协议的基站发送beacon帧，每个通信模块接收到beacon帧；
基站发送数据模块，根据ID号为每个通信模块分别启动其对应的定时器T1，基站根据ID号依次发送数据至对应的通信模块，T1＝((ID-1)*T)/n+T/(2*n)；
基站接收数据模块，当T1时间到时，基站停止向所述通信模块发送数据，通信模块则开始发送报文至基站，并启动定时器T2，T2＝T/(2*n)；
完成模块，当定时器T2到时，基站向下一个通信模块发送数据，进入基站发送数据模块，直至最后一个通信模块数据发送完毕。
6.根据权利要求5所述的一种电力业务数据轮询采集的系统，其特征在于：所述通信模块包括基带芯片、变频芯片、发射单元、接收单元、射频开关以及天馈单元，所述基带芯片连接至变频芯片，所述变频芯片分别连接所述发射单元以及接收单元，所述天馈单元通过所述射频开关分别连接所述发射单元以及接收单元；
所述通信模块向基站发送数据时，通过基带芯片将信号处理转成2.4GHz无线信号，经变频芯片转成230MHz无线信号，再经过发射单元通过天馈单元发射至对应的通信模块；所述通信模块接收基站发送的数据时，通过天馈单元接收通信模块数据，射频开关切换，再经接收单元实现数据接收处理后由变频芯片实现信号由230MHz移频至2.4GHz频带上，在经基带芯片处理，完成接收。
7.根据权利要求6所述的一种电力业务数据轮询采集的系统，其特征在于：所述发射单元为一功率放大器。
8.如权利要求6所述的一种电力业务数据轮询采集的系统，其特征在于：所述接收单元包括声表滤波器以及低噪声放大器，所述声表滤波器通过低噪声放大器连接至所述变频芯片，所述声表滤波器连接至所述射频开关。
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