CN107396286B - 一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，包括近场通信自动搜索模块自动发现并接入各种传感器网络；近场通信数据接入模块将传感器网络与变电站通信网络中的通道对应起来，将某通道传感器数据传递到变电站中所对应的服务器通道；广域通信数据接入模块将变电站通信网络与传感器网络中的通道对应起来，将某通道中的数据传递到所对应的传感器；数据接口适配协议模块用于实现传感器网络与变电站通信网络之间多种通信方式的数据协议适配；多路径数据交换模块实现数据在分簇多径环境下数据传递和路由管理。实现多重异构无线传感网自适应数据接入，达到高效、无缝的实现各种传感器网络的数据传递汇集到变电站网络的目的。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于物联网技术的，应用在变电站电网设备状态智能感知系统中的，可自动适应各种异构网络环境的无线传感网接入通信系统。
背景技术
面对目前电网规模的不断增大，设备规模、装置规模不断扩充增加的现状，电网正在研究应用基于物联网应用的智能感知技术、无线传感器网络的变电带电检测技术，研发和建设基于物联网应用的电网设备智能感知平台。物联网设备的引入对巡检采集数据回传的网络提出了更高的要求。针对变电站及微网等区域性无线传感器网络应用成为人们关注的焦点，人们提出了针对RFID、移动终端、无线传感器网络等业务终端的无线通信接入需求。
各种电网设备状态智能感知系统的应用导致在变电站中形成了高度密集多种异构的传感网络，需要可自动适应异构网络环境的无线接入技术。为此电网信息化领域开展了支撑各种业务的无线通信自适应接入技术、灵活组网关键技术的研究；物联网异构系统通信协议转换以及无线节点设备的安全可靠接入技术的研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，解决变电站高度密集多种异构的传感网络的环境中手动接入方式速度慢、不方便的技术问题，达到快速灵活接入的目的；同时通过分簇多径环境下数据传递和路由管理技术优化路由选择，提高数据传递的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，用于实现传感器网络与变电站通信网络之间的数据通信，其特征是，包括近场通信自动搜索模块、近场通信数据接入模块、广域通信数据接入模块、数据接口适配协议模块和多路径数据交换模块；
近场通信自动搜索模块，用于自动发现并接入各种传感器网络；
近场通信数据接入模块，用于将传感器网络与变电站通信网络中的通道对应起来，将某通道传感器数据传递到变电站中所对应的服务器通道；
广域通信数据接入模块，用于将变电站通信网络与传感器网络中的通道对应起来，将某通道中的数据传递到所对应的传感器；
数据接口适配协议模块，用于实现传感器网络与变电站通信网络之间多种通信方式的数据协议适配；
多路径数据交换模块，用于实现数据在分簇多径环境下数据传递和路由管理。
进一步的，近场通信自动搜索模块首先主动侦听变电站中现存的传感器网络；当发现有传感器网络存在时，通过试探交互过程与无线传感网建立联系；当联系建立成功后，通过认证登陆接入此传感器网络。
进一步的，传感器网络的通讯方式包括230MHz频段通信、SUB-1GHz 1G频段通信、ZigBee/ IEEE802.15.4通信、RS485 和/或RS232通信。
进一步的，近场通信数据接入模块包括数据接口适配、数据传递交互操作、数据交换单元；数据接口适配用于将传感器数据的自适应转换，数据传递交互操作用于寻找每一个传感器数据的应该传递到变电站通信网络中所对应的一个服务器通道，数据交换用于实现这种多个传感器对多个变电站通信网络通道的数据传递。
进一步的，变电站通信网络的通信方式包括LTE- 4G专网通信、LAN/或WAN通信。
进一步的，多路径数据交换模块包括自适应传输次数方法单元、综合利用定期估计单元和传递性能和节点损耗均衡优化单元；
自适应传输次数方法单元，用于在传感器传递数据的过程中记录转传的次数来衡量路径的长度和节点损耗，在具有多种选择的场合下自动适应选择最短路径长度和最小节点损耗，
综合利用定期估计单元，采用可调节的周期综合利用指标估计算法，调节估计精度和估计速度；
传递性能和节点损耗均衡优化单元，用于在在传感器传递数据的过程中测量传递的性能，在路径选择过程中不仅计算节点损耗同时计算传递性能，在节点损耗和传递性能之间求得均衡优化。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过自动适应近场和广域数据传递转换过程，实现在变电站环境下电网设备状态智能感知系统的多重异构无线传感网自适应数据接入，达到高效、无缝的实现各种传感器网络的数据传递汇集到变电站网络的目的。
附图说明
图1为本发明系统的框架图；
图2是本发明系统中数据传递的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明应用场景如图1所示，本发明的无线传感网接入通信系统实现传感器网络与变电站通信网络之间的通信，此传感器网络是指在变电站环境下电网设备状态智能感知系统的各种近场局域无线传感器网络，包括多种采集电网设备状态的传感器，通常具有多重异构组网方式和通信模式。变电站通信网络是指目前变电站常用的通信网络，包括部署的多个服务器，通过有线通信网络、无线通信网络等，将变电站中的各种电网设备状态智能感知系统的数据传送到数据中心服务器。
无线传感网接入通信系统与传感器网络之间属于近场通信，与变电站通信网络之间属于广域通信。无线传感网接入通信系统面向各种异构传感器网络接入传感器数据，并将传感器数据传递到变电站通信网络，或者将变电站通信网络的传感网相关的数据分发到各个传感器，实现在变电站环境下电网设备状态智能感知系统的各种的传感器网络自动接入变电站通信网络的目的。
如图2所示，本发明的一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，用于实现传感器网络与变电站通信网络之间的通信，包括近场通信自动搜索模块、近场通信数据接入模块、广域通信数据接入模块、数据接口适配协议模块和多路径数据交换模块。
下面分别对各模块进行详细介绍：
近场通信自动搜索模块：位于传感器网络和无线传感网接入通信系统之间，用于自动发现并接入各种传感器网络。此自动搜索过程包括对传感器网络的主动信号侦听、试探交互和登陆接入。即模块首先主动侦听变电站中现存的传感器网络；当发现有传感器网络存在时，通过试探交互过程与无线传感网建立联系；当联系建立成功后，通过认证登陆接入此传感器网络。传感器网络的通讯方式包括230MHz频段通信、SUB-1GHz 1G频段通信、ZigBee/ IEEE802.15.4通信、RS485 和/或RS232通信。
近场通信数据接入模块：位于传感器网络和无线传感网接入通信系统之间，用于将传感器网络中某通道传感器数据传递到变电站中所对应的服务器通道。此数据接入过程包括数据接口适配、数据传递交互操作、数据交换过程。无线传感网认证登陆后进入传感器数据接入过程，数据接口适配用于将传感器数据的自适应转换，数据传递交互操作用于寻找每一个传感器数据的应该传递到变电站通信网络中哪一个服务器通道，数据交换用于实现这种多个传感器对多个变电站通信网络通道的传递。上述通道是指变电站通信网络为每个传感器数据在广域通信网中准备的通信资源。
广域通信数据接入模块：位于变电站通信网络和无线传感网接入通信系统之间，包括变电站通信网络接口适配、传感器数据分发过程。无线传感网认证登陆后该模块通过变电站通信网络接口适配将无线传感网与变电站通信网络中的通道对应起来，并通过传感器数据分发将该通道的数据分发到每个传感器。通过该模块将对应通道中的数据传递到传感器。变电站通信网络的通信方式包括LTE- 4G专网通信、LAN/或WAN通信。
数据接口适配协议模块：包括：各种现行的无线传感网、变电站通信网络的物理层和上层通信接口协议，例如wifi、lora、IEEE802.15、IEEE802.3、LTE、RS232、RS485、USB、LAN、等，模块中每种类型的协议对应着一种类型的网络，用于上述传感器网络自动搜索、传感器数据接口适配、数据传递交互操作、变电站通信网络接口适配、传感器数据分发的过程中，用于实现在多类型无线传感网并存的变电站环境下的数据接入。
多路径数据交换模块：用于实现数据在分簇多径环境下数据传递和路由管理。在变电站高度密集多种异构的传感网络的环境中的，传感器数据在接入需要解决多转接点、多接入点和多通道的对应关系，以及多协议分簇的层次关系的选择和路由问题，并且在层次选择和路由过程中寻找最优、高效和避免劣化的方法。该模块包括自适应传输次数方法单元、综合利用定期估计单元和传递性能和节点损耗均衡优化单元。自适应传输次数方法单元，用于在传感器传递数据的过程中记录转传的次数来衡量路径的长度和节点损耗，在具有多种选择的场合下自动适应选择最短路径长度和最小节点损耗，达到既增加路径选择成功率又优化路径的效果。综合利用定期估计单元，采用可调节的周期综合利用指标估计算法，调节估计精度和估计速度。传递性能和节点损耗均衡优化单元，用于在在传感器传递数据的过程中测量传递的性能，在路径选择过程中不仅计算节点损耗同时计算传递性能(如吞吐量和传递时延)，在节点损耗和传递性能之间求得均衡优化。
本发明提出的系统其特点在于：
1）针对高度密集多重异构传感网络应用的环境开发了自动适应近场和广域数据传递转换过程，应用快速扫描发现、主动搜索连接、自适应安全接入技术，达到自动完成接入的效果。
3)通过应用自适应传输次数方法功能，摒弃了传统的最小跳数的局限，而采用自适应传输次数方法，提高了路径的选择的可靠性。
4)通过综合利用定期估计功能应用估计周期调整技术，在链路质量估计方面，综合利用定期估计器和实时估计器，降低了链路质量估计开销，增强了系统对链路质量变化的快速反应能力。
5)通过应用传递性能和节点损耗均衡优化功能，在进行路由选择时，根据QoS需求，在路由性能(如吞吐量和实时性)和节点能耗的均衡性之间进行折衷，从而在不影响应用需求的情况下尽可能地延长网络的生存时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，用于实现传感器网络与变电站通信网络之间的数据通信，其特征是，包括近场通信自动搜索模块、近场通信数据接入模块、广域通信数据接入模块、数据接口适配协议模块和多路径数据交换模块；
近场通信自动搜索模块，用于自动发现并接入各种传感器网络；
近场通信数据接入模块，用于将传感器网络与变电站通信网络中的通道对应起来，将某通道传感器数据传递到变电站中所对应的服务器通道；
广域通信数据接入模块，用于将变电站通信网络与传感器网络中的通道对应起来，将某通道中的数据传递到所对应的传感器；
数据接口适配协议模块，用于实现传感器网络与变电站通信网络之间多种通信方式的数据协议适配；
多路径数据交换模块，用于实现数据在分簇多径环境下数据传递和路由管理；
近场通信数据接入模块包括数据接口适配、数据传递交互操作、数据交换单元；数据接口适配用于将传感器数据的自适应转换，数据传递交互操作用于寻找每一个传感器数据的应该传递到变电站通信网络中所对应的一个服务器通道，数据交换用于实现这种多个传感器对多个变电站通信网络通道的数据传递；
多路径数据交换模块包括自适应传输次数方法单元、综合利用定期估计单元和传递性能和节点损耗均衡优化单元；
自适应传输次数方法单元，用于在传感器传递数据的过程中记录转传的次数来衡量路径的长度和节点损耗，在具有多种选择的场合下自动适应选择最短路径长度和最小节点损耗，
综合利用定期估计单元，采用可调节的周期综合利用指标估计算法，调节估计精度和估计速度；
传递性能和节点损耗均衡优化单元，用于在在传感器传递数据的过程中测量传递的性能，在路径选择过程中不仅计算节点损耗同时计算传递性能，在节点损耗和传递性能之间求得均衡优化。
2.根据权利要求1所述的一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，其特征是，近场通信自动搜索模块首先主动侦听变电站中现存的传感器网络；当发现有传感器网络存在时，通过试探交互过程与无线传感网建立联系；当联系建立成功后，通过认证登陆接入此传感器网络。
3.根据权利要求1所述的一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，其特征是，传感器网络的通讯方式包括230MHz频段通信、SUB-1GHz 1G频段通信、ZigBee/ IEEE802.15.4通信、RS485 和/或RS232通信。
4.根据权利要求1所述的一种自适应的变电站无线传感网接入通信系统，其特征是，变电站通信网络的通信方式包括LTE- 4G专网通信、LAN/或WAN通信。
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