CN106102113A - 一种基于定向天线的输电线路信息路由系统及方法 - Google Patents

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白德盟
陈玉峰
郭志红
朱文兵
李程启
马艳
杨祎
耿玉杰
林颖
李星
彭飞
任敬国
王建
朱庆东
李�杰
张振军
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Abstract

本发明公开了一种基于定向天线的输电线路信息路由系统及方法，包括：在输电线路的每一个监测节点上分别设置定向天线装置；所述定向天线装置获取下一跳节点的位置信息，并根据节点之间的相对方位校正定向天线装置的收发方向；根据节点之间的距离调整发射频率，将信息传送至下一跳节点；实现两个相邻通信节点链路上无差错的协议数据单元传输。本发明有益效果：相对于监测传感器节点传统工作方式，定向天线装置能够明显减小天线发射功率，减小节点的能耗。

Description

一种基于定向天线的输电线路信息路由系统及方法
技术领域
本发明涉及输电线路信息采集与传输技术领域，尤其涉及一种基于定向天线的输电线路信息路由系统及方法。
背景技术
输电线路是保证电力远距离传输的高速通道，是电力系统的命脉。线路由于长期处在室外，会遭遇到各种恶劣的环境天气，如雷雨、覆冰、和外力破坏等，恶劣的环境和外部信息会严重影响输电线路的送电能力，轻则引起线路绝缘子闪烙，重则造成线路较长时间的供电中断。
近年来无线通信技术、嵌入式技术和传感器技术的发展，促进了无线传感器在工业生产中的广泛应用。输电线路利用传感器监测线路的连通和舞动等信息。但传感器由于安装在杆塔上，不易安装常规供电线路，且传感器由于结构简单，通常采用电池供电。
高压输电线路，随着电压的不断提高，使导线表面发生电晕及其它放电的机会越来越多。在电晕及其它放电的同时，出现一些有害的、频带相当宽的电磁波，干扰无线电通信，降低信号的传输质量。
当前为每个输电线路监测装置都安装SIM卡，需要持续为SIM卡交费，会增加更多的运营成本，由于与基站距离较远，每次传输会消耗更多能量，频繁更换电池也会带来更多的额外工作量。
输电线路通常具有方向性，即杆塔间连接通常为直线连接，远端杆塔连接起来呈线性关系，而无线信号是向四面八方传播，不具有定向性。
综上所述，目前输电线路传感器节点的工作过程存在以下缺点：
1.高压线路的电晕及其他放电会对无线电信号产生干扰，降低信号的可识别性；
2.每个输电线路监测装置都需要安装SIM卡，增加运营成本和管理难度；
3.监测装置与基站距离较远，传输信息消耗能量较快；
4.监测装置能耗大需要频繁人工更换电池，增加了工作内容与工作难度。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明具体公开了一种基于定向天线的输电线路信息路由系统及方法，在输电线路监测节点上应用定向天线装置发射无线信号，在信号传播相同距离条件下，能够显著减少节点的能量消耗，均衡各节点的能量消耗，延长网络整体工作时间，同时减少SIM卡的使用，减少运营开支与工作量。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种基于定向天线的输电线路信息路由系统，包括：
物理层:在输电线路的每一个监测节点上分别设置定向天线装置；所述定向天线装置获取下一跳节点的位置信息，并根据节点之间的相对方位校正定向天线装置的收发方向；
数据链路层:根据节点之间的距离调整发射频率，将信息传送至下一跳节点；实现两个相邻通信节点链路上无差错的协议数据单元传输；
网络层：用于选择信号传输的路径，并根据节点的收发信息构建并维护路由表。
进一步地，节点监测信息通过输电杆塔监测节点按跳传输，最终通过变电站或基站传输给监测系统。
进一步地，获取监测节点的监测信息后，对监测信息进行封装，通过查询路由表，将封装后的信息转发给路由表中的下一跳监测节点，下一跳节点在收到信息后，与本节点信息融合后再次封装，再进行下一跳路由转发，最终转发给监测系统。
一种基于定向天线的输电线路信息路由方法，包括：
(1)获取监测节点的监测信息；
(2)对监测信息进行封装，将监测点的位置和时间信息封装在一起；
(3)通过查询路由表确定下一跳节点；
(4)根据下一跳节点的位置调整本节点定向天线的位置与收发方向；根据与下一跳节点之间的距离，调整发射功率将封装后的监测信息传送至下一跳节点；
(5)下一跳节点接收监测信息，将接收到的监测信息与节点本身的监测信息进行融合与封装；
(6)返回步骤(3)，直至将监测信息发送至基站或者变电站。
进一步地，第一次通信时收发所有方向的节点信号，根据接收到信号的强弱，确定下一跳节点信号的来源方向，从而获取下一跳位置，再进行调整天线的收发方向。
进一步地，在输电线路的每一个监测节点上分别设置定向天线装置；所述定向天线装置获取下一跳节点的位置信息，并根据节点之间的相对方位校正定向天线装置的收发方向；根据节点之间的距离调整发射频率，将信息传送至下一跳节点。
本发明有益效果：
1.相对于监测传感器节点传统工作方式，定向天线装置能够明显减小天线发射功率，减小节点的能耗。
2.一些厂家是在每个装置上装SIM卡，像手机一样进行收发信息，安装SIM卡就需要交电话费。本发明能够减少输电线路监测安装的SIM卡，降低企业运营成本，同时减小管理难度。
3.应用定向天线、接收指定方向上的无线信号，不需要考虑其他无关方向上的无线信号，相对能够降低干扰，提高信噪比和信号的可识别性。
附图说明
图1是基于定向天线的输电线路信息路由示意图；
图2是定向天线转发路由图；
图3是基于定向天线的输电线路信息路由流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种基于定向天线的输电线路信息路由系统，主要包括物理层、数据链路层和网络层三个方面。
在输电线路的每一个监测节点上分别设置定向天线装置；在物理层需要获知对方节点的位置和方向，可以采用GPS或其他定位技术获取其它邻居通信节点的位置信息，从而计算出节点之间的相对方位并校正天线的收发方向。
在数据链路层实现两个相邻节点链路上无差错的协议数据单元传输，解决两个相邻节点之间的通信问题。
在网络层实现路由选择、环路避免和路由重构，并解决路由表维护问题。
路由选择是指选择信号传输的路径。
环路避免指避免信号在传输过程中出来闭环的情况，即信号在一个圆内传输，相当于始终未传出。
上述都由通讯系统的算法协议较正，起到辅助通信的作用。
通过收发信息从而确定位于上一跳和下一跳的节点，记录在路由表中，从而建立路由表。
节点网络层确定下一跳节点，从而降低链路的出错概率，提高链路的稳定性，改善网络的端到端时延性能。
图1是基于定向天线的输电线路信息路由示意图，由图可以看出，输电线路杆塔连接呈线性关系，为定向天线的应用提供了良好的基础，节点监测信息通过输电杆塔监测节点按跳传输，最终通过变电站或基站传输给监测系统。因为输电杆塔不会移动，装置的位置基本不会改变，第一次通信时收发所有方向的节点信号，根据接收到信号的强弱，确定下一跳节点信号的来源方向，从而获取下一跳位置，再进行调整天线的收发方向。
图2是定向天线转发路由图，由图可以看出，监测节点A在获取监测信息后，对监测信息进行封装，通过查询路由表，将封装后的信息转发给路由表中的下一跳监测节点，同理，下一跳节点在收到信息后，与本节点信息融合后再次封装，再进行下一跳路由转发，最终转发给监测系统。
一种基于定向天线的输电线路信息路由方法，如图3所示，包括：
1.节点传感器获取温度、电流等需要监测的物理量；
2.通过节点对信息进行封装，需要将监测点位置和时间等信息封装在一起；
3.通过查询路由表确定下一跳节点；
4.在确定下一跳节点后，对根据下一跳节点位置调整定向天线位置与方向；
5.根据与下一跳节点距离，调整发射功率降低能耗将信息发送；
6.下一跳节点接收信息，与节点的监测信息进行融合与封装；
7.下一跳节点启动下一轮转发路由，最终转发给监测系统。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于定向天线的输电线路信息路由系统，其特征是，包括：
物理层:在输电线路的每一个监测节点上分别设置定向天线装置；所述定向天线装置获取下一跳节点的位置信息，并根据节点之间的相对方位校正定向天线装置的收发方向；
数据链路层:根据节点之间的距离调整发射频率，将信息传送至下一跳节点；实现两个相邻通信节点链路上无差错的协议数据单元传输；
网络层：用于选择信号传输的路径，并根据节点的收发信息构建并维护路由表。
2.如权利要求1所述的一种基于定向天线的输电线路信息路由系统，其特征是，节点监测信息通过输电杆塔监测节点按跳传输，最终通过变电站或基站传输给监测系统。
3.如权利要求1所述的一种基于定向天线的输电线路信息路由系统，其特征是，获取监测节点的监测信息后，对监测信息进行封装，通过查询路由表，将封装后的信息转发给路由表中的下一跳监测节点，下一跳节点在收到信息后，与本节点信息融合后再次封装，再进行下一跳路由转发，最终转发给监测系统。
4.一种基于定向天线的输电线路信息路由方法，其特征是，包括：
(1)获取监测节点的监测信息；
(2)对监测信息进行封装，将监测点的位置和时间信息封装在一起；
(3)通过查询路由表确定下一跳节点；
(4)根据下一跳节点的位置调整本节点定向天线的位置与收发方向；根据与下一跳节点之间的距离，调整发射功率将封装后的监测信息传送至下一跳节点；
(5)下一跳节点接收监测信息，将接收到的监测信息与节点本身的监测信息进行融合与封装；
(6)返回步骤(3)，直至将监测信息发送至基站或者变电站。
5.如权利要求4所述的一种基于定向天线的输电线路信息路由方法，其特征是，第一次通信时收发所有方向的节点信号，根据接收到信号的强弱，确定下一跳节点信号的来源方向，从而获取下一跳位置，根据节点收发信息构建路由表，再调整天线的收发方向。
6.如权利要求1所述的一种基于定向天线的输电线路信息路由方法，其特征是，在输电线路的每一个监测节点上分别设置定向天线装置；所述定向天线装置获取下一跳节点的位置信息，并根据节点之间的相对方位校正定向天线装置的收发方向；根据节点之间的距离调整发射频率，将信息传送至下一跳节点。
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