CN106231678A - 一种地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统，当智能电表产生新数据时，数据传输节点向汇聚节点发起第一传输请求；如果允许传输，则将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给数据传输节点；当数据传输节点接收第一允许传输指令，则向汇聚节点传输数据，否则向中继节点发起第二传输请求；如果中继节点允许传输，则将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回；当数据传输节点接收到第二允许传输指令，则向中继节点传输数据；中继节点选择合适频段传输数据；汇聚节点对上传的数据进行汇总和压缩，上传到室外骨干网，能够协调智能电网通信的无线专用网络和公用网络，实现智能电网通信全区域覆盖，满足智能电网数据传输业务。

Description

一种地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统

技术领域

本发明属于智能电网无线通信领域，特别是涉及一种地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统。

背景技术

当前，世界能源发展面临资源紧张、环境污染、气候变化三大难题。以信息化、自动化和互动化为特征的智能电网，可以有效推动低碳循环发展，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。智能电网的核心是具有电能和信息数据的双向流动性，在此基础上形成一个完全自动化和分布广泛的能量交换网络；通过把分布式计算和通信的优势引入电网，实现各类信息数据的实时交换和达到设备级别近乎瞬时的供需平衡。现有的智能电网技术包括三个方面的优势：智能电网的需求侧响应管理，鼓励用户改变传统的用电方式，积极参与电网运行，根据实时电价调整用电模式，帮助电网实现需求侧管理(如削峰填谷)，并在紧急情况下支援电网运行；智能电网信息的全局透明化，使得大量分布式发电(含风能和太阳能等可再生能源发电)和分布式储能在电网中“即插即用”，以此突破传统电力网的基于模型的、静态的发电，配电和用电方式；智能电网的自适应优化控制，能够实现电能供需两端的自适应优化匹配与调控，甚至实现电网(或者部分)可以自主优化运行。

实时、可靠和全区域覆盖的双向通信网络是实现以上智能电网三个方面的优势和功能的基础。近年来，面向电力生产过程监控的通信网络(电力调度网)和面向智能电网用户服务的通信网络(配电网)成为学术界和工业界研究的热门课题。随着智能电网中发电、配电、用电网络日趋庞大复杂，负载日益多样化、用户电能质量要求越来越高，从而导致需要传输的数据量越来越庞大。现有的电力通信系统需要突破传统的数据传输瓶颈，从单一依赖公网的静态僵化式的传输模式转换为多种类通信系统协调合作的动态智能的传输模式。特别是在地下室环境中，由于其覆盖区域无公网连接，承载业务单一，需要考虑专用网络与公用网络协调配合使用，这就要求新型的智能电网数据传输系统必须具备对无线传输环境的高度适应能力，并在此基础上进行动态实时的通信资源分配，实现智能电网中多级电能网络在通信渠道的无缝连接，从根本上提高智能电网数据传输系统的稳定性。

因此，如何在地下室环境中设计面向智能电网通信的无线专用网络和公用网络协调机制，从而实现智能电网通信的全区域覆盖并满足智能电网数据传输业务，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统，能够协调智能电网通信的无线专用网络和公用网络，实现智能电网通信的全区域覆盖，并满足智能电网数据传输业务。

本发明提供的一种地下室环境中智能电网的数据传输方法，包括：

当智能电表产生新数据时，数据传输节点向汇聚节点发起第一传输请求；

如果所述汇聚节点允许进行传输，则将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令，则使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点传输数据，否则向其范围内的中继节点发起第二传输请求；

如果所述中继节点允许进行传输，则将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

当所述数据传输节点接收到所述第二允许传输指令，则使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点传输数据；

所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据；

所述汇聚节点对所述数据传输节点和所述中继节点上传的数据进行汇总和压缩，上传到室外骨干网。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输方法中，还包括：

当所述智能电表不产生新数据时，所述数据传输节点处于休眠状态；

当所述中继节点未接到所述第二传输请求时，所述中继节点处于休眠状态。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输方法中，当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令之后，还包括：

将下一次的第一时间周期设置成与当前的所述第一时间周期相同；

否则，将下一次的第一时间周期设置成比当前的所述第一时间周期缩短1/10至1/5。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输方法中，所述数据传输节点使用固定的第二时间周期等待所述中继节点的回复，所述第二时间周期小于所述第一时间周期。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输方法中，所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据包括：

所述中继节点周期性的对空闲频段进行检测，当所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段被其他节点发起请求数超过门限值时，对其他频段的可用性进行感知，搜索到新的符合通信要求的频段进行通信。

本发明提供的一种地下室环境中智能电网的数据传输系统，包括：

数据传输节点、汇聚节点、中继节点以及室外骨干网；

所述数据传输节点与智能电表连接，用于当所述智能电表产生新数据时，向所述汇聚节点发起第一传输请求；

所述汇聚节点用于当允许进行传输时，将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

所述数据传输节点用于当在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令时，使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点传输数据，否则向其范围内的中继节点发起第二传输请求；

所述中继节点用于当允许进行传输时，将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

所述数据传输节点用于当接收到所述第二允许传输指令时，使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点传输数据；

所述中继节点用于感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据；

所述汇聚节点用于对所述数据传输节点和所述中继节点上传的数据进行汇总和压缩，上传到所述室外骨干网。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输系统中，

所述中继节点包括：频谱感知模块和第一射频模块；

所述频谱感知模块周期性的对地下室无线环境中的空闲频段进行检测，当所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段被其他节点发起请求数超过门限值时，对其他频段的可用性进行感知，搜索到新的符合通信要求的频段进行通信；

所述第一射频模块用于进入所述空闲频段与所述汇聚节点进行无线通信。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输系统中，

所述数据传输节点包括第二射频模块，所述第二射频模块用于与所述汇聚节点或所述中继节点进行数据通信。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输系统中，

所述汇聚节点包括第三射频模块，所述第三射频模块用于采集所述中继节点和所述数据传输节点上报的信息。

优选的，在上述地下室环境中智能电网的数据传输系统中，

所述汇聚节点包括专用通信模块，用于利用电缆或光纤通信方式将汇总和压缩之后的数据上传到所述室外骨干网。

通过上述描述可知，本发明提供的上述地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统，由于该方法包括当智能电表产生新数据时，数据传输节点向汇聚节点发起第一传输请求；如果所述汇聚节点允许进行传输，则将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令，则使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点传输数据，否则向其范围内的中继节点发起第二传输请求；如果所述中继节点允许进行传输，则将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；当所述数据传输节点接收到所述第二允许传输指令，则使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点传输数据；所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据；所述汇聚节点对所述数据传输节点和所述中继节点上传的数据进行汇总和压缩，上传到室外骨干网，因此能够协调智能电网通信的无线专用网络和公用网络，实现智能电网通信的全区域覆盖，并满足智能电网数据传输业务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种地下室环境中智能电网的数据传输方法的示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种地下室环境中智能电网的数据传输系统的示意图；

图3为中继节点的组成示意图；

图4为数据传输节点的组成示意图；

图5为汇聚节点的组成示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种地下室环境中智能电网的数据传输方法和系统，能够协调智能电网通信的无线专用网络和公用网络，实现智能电网通信的全区域覆盖，并满足智能电网数据传输业务。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种地下室环境中智能电网的数据传输方法如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种地下室环境中智能电网的数据传输方法的示意图。该方法包括如下步骤：

S1：当智能电表产生新数据时，数据传输节点向汇聚节点发起第一传输请求；

具体的，发起第一传输请求之后，数据传输节点就开始等待所述汇聚节点的回复。

S2：如果所述汇聚节点允许进行传输，则将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

具体的，所述汇聚节点对所述传输请求进行处理，确认是否允许所述数据传输节点的传输请求，如果允许则返回给所述数据传输节点允许传输指令和传输频段信息，否则不返回指令，传输失败；

S3：当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令，则使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点传输数据，否则向其范围内的中继节点发起第二传输请求；

S4：如果所述中继节点允许进行传输，则将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

S5：当所述数据传输节点接收到所述第二允许传输指令，则使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点传输数据；

S6：所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据；

S7：所述汇聚节点对所述数据传输节点和所述中继节点上传的数据进行汇总和压缩，上传到室外骨干网。

该方法利用专用的数据传输节点、中继节点和汇聚节点完成地下室内智能电表的信息采集，实现了在复杂地下室环境中智能电网通信的全区域覆盖，同时由于数据传输节点灵活和自适应的选择中继节点，中继节点自主感知频谱环境，提高了数据传输速率和成功率，增加了频谱利用率，节省了能量。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的上述地下室环境中智能电网的数据传输方法，能够协调智能电网通信的无线专用网络和公用网络，实现智能电网通信的全区域覆盖，并满足智能电网数据传输业务。

本申请实施例提供的第二种地下室环境中智能电网的数据传输方法，是在上述第一种方法的基础上，还包括：

当所述智能电表不产生新数据时，所述数据传输节点处于休眠状态；

当所述中继节点未接到所述第二传输请求时，所述中继节点处于休眠状态。

在这种情况下，数据传输节点和中继节点都可以处于休眠状态，这样就能够降低能量损耗，降低运行成本。

本申请实施例提供的第三种地下室环境中智能电网的数据传输方法，是在上述第一种方法的基础上，当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令之后，还包括：

将下一次的第一时间周期设置成与当前的所述第一时间周期相同；

否则，将下一次的第一时间周期设置成比当前的所述第一时间周期缩短1/10至1/5。

本申请实施例提供的第四种地下室环境中智能电网的数据传输方法，是在上述第三种方法的基础上，所述数据传输节点使用固定的第二时间周期等待所述中继节点的回复，所述第二时间周期小于所述第一时间周期。

本申请实施例提供的第五种地下室环境中智能电网的数据传输方法，是在上述第一种至第四种方法中任一种的基础上，所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据包括：

所述中继节点周期性的对空闲频段进行检测，当所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段被其他节点发起请求数超过门限值时，对其他频段的可用性进行感知，搜索到新的符合通信要求的频段进行通信。

在这种情况下，能够增加频谱利用率，节省了能量。

本申请实施例提供的第一种地下室环境中智能电网的数据传输系统如图2所示，图2为本申请实施例提供的第一种地下室环境中智能电网的数据传输系统的示意图。该系统包括：

数据传输节点201、汇聚节点202、中继节点203以及室外骨干网204；

所述数据传输节点201与智能电表205连接，用于当所述智能电表205产生新数据时，向所述汇聚节点202发起第一传输请求；

所述汇聚节点202用于当允许进行传输时，将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点201，否则不返回指令，传输失败；

所述数据传输节点201用于当在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令时，使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点202传输数据，否则向其范围内的中继节点203发起第二传输请求；

所述中继节点203用于当允许进行传输时，将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点201，否则不返回指令，传输失败；

所述数据传输节点201用于当接收到所述第二允许传输指令时，使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点203传输数据；

所述中继节点203用于感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点202通信以传输数据；

所述汇聚节点202用于对所述数据传输节点201和所述中继节点203上传的数据进行汇总和压缩，上传到所述室外骨干网204。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的上述地下室环境中智能电网的数据传输系统，能够协调智能电网通信的无线专用网络和公用网络，实现智能电网通信的全区域覆盖，并满足智能电网数据传输业务。

本申请实施例提供的第二种地下室环境中智能电网的数据传输系统，是在上述第一种系统的基础上，还包括如下技术特征：

具体的如图3所示，图3为中继节点的组成示意图。所述中继节点包括：频谱感知模块301和第一射频模块302；

所述频谱感知模块周期性的对地下室无线环境中的空闲频段进行检测，具体为将在目标频段接收到的无线信号通过带通滤波器，获得目标频段内的带通信号，然后将该带通信号通过平方律器件，获得目标频段信号功率的估计值，接下来将该估计值输入积分器以获得在一定观测周期内，该频段内信号的能量值，最后将观测周期内该频段内信号能量的大小作为检验统计量与预先设定的门限值进行比较，判断目标频段是否空闲；当所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段被其他节点发起请求数超过门限值时，对其他频段的可用性进行感知，搜索到新的符合通信要求的频段进行通信；

所述第一射频模块用于进入所述空闲频段与所述汇聚节点进行无线通信；

还包括信道选择模块303、控制模块304和第一电源模块305，所述信道选择模块对空闲频段的信道质量进行检测，信道质量具体为信道容量、干扰噪声和衰减指数等，根据这些参数，信道选择模块需要进行计算以决定符合通信要求的频段进行通信；所述控制模块用来控制信道选择模块和第一射频模块，用来接收数据传输节点的数据信息，然后向第一射频模块发送控制命令传输数据。该模块也包括一个中央处理芯片和一个存储芯片,中央处理芯片包含有以能量检测为原理的程序，以实现对频段的检测和判决，存储芯片实现对一定样本数量的电力数据和信道信息的存储；第一电源模块为中继节点的各个模块正常工作提供电能。

本申请实施例提供的第三种地下室环境中智能电网的数据传输系统，是在上述第二种系统的基础上，，还包括如下技术特征：

如图4所示，图4为数据传输节点的组成示意图。所述数据传输节点包括第二射频模块401，所述第二射频模块用于与所述汇聚节点或所述中继节点进行数据通信。所述第二射频模块使用宽带调谐天线在工作频段内周期性的接收当前工作频段内的无线信号和传输数据，同时也可以在前端模块当中使用多频段组合式天线以满足在更宽频段上的工作；此外它还必须接收决策控制模块402的控制命令以确定工作模式和工作频段；

此外，所述数据传输节点还包括电力数据采集模块403和第二电源模块404。其中，电力数据采集模块具有接收或是采集用户用电信息(电量等)的能力，该模块能够将采集到的信息进行模数转换，进行计算压缩，以方便传输；决策控制模块用来接收电力数据采集模块的电力数据信息，然后向第二射频模块发送控制命令以传输数据，该模块由一个中心处理芯片和一个存储芯片构成，中心处理芯片使用嵌入式处理器和内嵌的处理程序，向电力数据采集模块和射频模块发送控制命令，实现对电力信息数据的采集和传输，存储芯片是该模块的存储系统，利用目前嵌入式系统中的Flash存储芯片，实现对采集的电力数据和决策控制模块中各种信息的存储；第二电源模块为数据传输节点的各个模块正常工作提供电能。

本申请实施例提供的第四种地下室环境中智能电网的数据传输系统，是在上述第三种系统的基础上，还包括如下技术特征：

如图5所示，图5为汇聚节点的组成示意图，所述汇聚节点包括第三射频模块501，所述第三射频模块用于采集所述中继节点和所述数据传输节点上报的信息；

此外还包括中心处理模块502和第三电源模块503，其中，中心处理模块控制第三射频模块，用来接收数据传输节点和中继节点的数据信息，中心处理模块对数据传输节点和中继节点上传的数据进行分类和排序；第三电源模块为汇聚节点的各个模块正常工作提供电能。

本申请实施例提供的第五种地下室环境中智能电网的数据传输系统，是在上述第一种至第四种系统中任一种的基础上，所述汇聚节点包括专用通信模块，用于利用电缆或光纤通信方式将汇总和压缩之后的数据上传到所述室外骨干网。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种地下室环境中智能电网的数据传输方法，其特征在于，包括：

当智能电表产生新数据时，数据传输节点向汇聚节点发起第一传输请求；

如果所述汇聚节点允许进行传输，则将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令，则使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点传输数据，否则向其范围内的中继节点发起第二传输请求；

如果所述中继节点允许进行传输，则将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

当所述数据传输节点接收到所述第二允许传输指令，则使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点传输数据；

所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据；

所述汇聚节点对所述数据传输节点和所述中继节点上传的数据进行汇总和压缩，上传到室外骨干网。

2.根据权利要求1所述的地下室环境中智能电网的数据传输方法，其特征在于，还包括：

当所述智能电表不产生新数据时，所述数据传输节点处于休眠状态；

当所述中继节点未接到所述第二传输请求时，所述中继节点处于休眠状态。

3.根据权利要求1所述的地下室环境中智能电网的数据传输方法，其特征在于，

当所述数据传输节点在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令之后，还包括：

将下一次的第一时间周期设置成与当前的所述第一时间周期相同；

否则，将下一次的第一时间周期设置成比当前的所述第一时间周期缩短1/10至1/5。

4.根据权利要求3所述的地下室环境中智能电网的数据传输方法，其特征在于，

所述数据传输节点使用固定的第二时间周期等待所述中继节点的回复，所述第二时间周期小于所述第一时间周期。

5.根据权利要求1-4任一项所述的地下室环境中智能电网的数据传输方法，其特征在于，

所述中继节点感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据包括：

所述中继节点周期性的对空闲频段进行检测，当所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段被其他节点发起请求数超过门限值时，对其他频段的可用性进行感知，搜索到新的符合通信要求的频段进行通信。

6.一种地下室环境中智能电网的数据传输系统，其特征在于，包括：

数据传输节点、汇聚节点、中继节点以及室外骨干网；

所述数据传输节点与智能电表连接，用于当所述智能电表产生新数据时，向所述汇聚节点发起第一传输请求；

所述汇聚节点用于当允许进行传输时，将第一允许传输指令和第一传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

所述数据传输节点用于当在第一时间周期内接收到所述第一允许传输指令时，使用所述第一传输频段信息中的频段向所述汇聚节点传输数据，否则向其范围内的中继节点发起第二传输请求；

所述中继节点用于当允许进行传输时，将第二允许传输指令和第二传输频段信息返回给所述数据传输节点，否则不返回指令，传输失败；

所述数据传输节点用于当接收到所述第二允许传输指令时，使用所述第二传输频段信息中的频段向所述中继节点传输数据；

所述中继节点用于感知频谱空闲情况和可用信道信息，并选择合适频段与所述汇聚节点通信以传输数据；

所述汇聚节点用于对所述数据传输节点和所述中继节点上传的数据进行汇总和压缩，上传到所述室外骨干网。

7.根据权利要求6所述的地下室环境中智能电网的数据传输系统，其特征在于，

所述中继节点包括：频谱感知模块和第一射频模块；

所述频谱感知模块周期性的对地下室无线环境中的空闲频段进行检测，当所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段被其他节点发起请求数超过门限值时，对其他频段的可用性进行感知，搜索到新的符合通信要求的频段进行通信；

所述第一射频模块用于进入所述空闲频段与所述汇聚节点进行无线通信。

8.根据权利要求7所述的地下室环境中智能电网的数据传输系统，其特征在于，所述数据传输节点包括第二射频模块，所述第二射频模块用于与所述汇聚节点或所述中继节点进行数据通信。

9.根据权利要求8所述的地下室环境中智能电网的数据传输系统，其特征在于，所述汇聚节点包括第三射频模块，所述第三射频模块用于采集所述中继节点和所述数据传输节点上报的信息。

10.根据权利要求6-9任一项所述的地下室环境中智能电网的数据传输系统，其特征在于，

所述汇聚节点包括专用通信模块，用于利用电缆或光纤通信方式将汇总和压缩之后的数据上传到所述室外骨干网。