CN107959979A - 一种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构 - Google Patents

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霍梅梅
郑增威
蔡建平
吴剑钟
孙霖
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Abstract

本发明涉及一种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构，组合了多信道的无线局域网和无线网格网；采用不同的通信技术，把智能电网邻域网分成两层，上层采用无线网格网WMNs，下层采用无线局域网WLANs，两层之间通过数据汇聚节点DAP连接；邻域网NANs中每个节点的物理层都采用IEEE802.11家族协议；下层节点采用一个协议标准，DAPs则根据应用需求采用多个协议标准；在MAC层，基本的信道访问机制采用CSMA/CA。本发明的有益效果是：加入和退出SG非常方便，满足SG的可扩展性需求；NANs部署的上下层结构分别采用不同的协议和不同的信道，可以有效避免信道干扰，满足SG对数据传输可靠性的需求；每个节点数据传输有多条路径可选，满足SG的延时需求。

Description

一种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构
技术领域
本发明属于智能电网领域，特别地涉及智能电网邻域网的网络结构问题，具体是指一种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构。
背景技术
近年来，随着全世界对电能需求的不断增加，以及人们对环境污染、能源效率以及可再生能源的关注的提高，智能电网成为各国电力系统的发展趋势。智能电网旨在通过在电力网络中采用先进的通信技术来控制和优化电能的消耗。
目前智能电网(SG：smart grid)的通信网络主要采用三层的层次框架结构：广域网(WANs:wide area networks)、邻域网(NANs：neighborhood area networks)和家庭网(HANs：home area networks)，其中NANs的结构和性能对保障SG的数据传输至关重要。NANs位于SG的WANs和HANs之间，NANs的部署需要考虑它们的特征。HANs的网关设备通常部署在建筑物不易看到的位置，有的甚至放在地下室，因此NANs的部署需要考虑HANs的较差的信道传播条件。相比HANs，NANs覆盖范围更广、管理更多的设备、大数据量、网络要求可扩展性好。并且，NANs还具有严苛的QoS要求如带宽、延迟和可靠性。
本发明旨在提出一种适用于NANs的混合多信道无线网络结构，满足SG大多数应用中对于带宽、延迟和可靠性的需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构。
这种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构，组合了多信道的无线局域网和无线网格网；采用不同的通信技术，把智能电网邻域网分成两层，上层采用无线网格网WMNs，下层采用无线局域网WLANs，两层之间通过数据汇聚节点DAP连接；
邻域网NANs中每个节点的物理层都采用IEEE802.11家族协议；下层节点采用一个协议标准，DAPs则根据应用需求采用多个协议标准；在MAC层，基本的信道访问机制采用CSMA/CA；
下层节点采用IEEE802.11a协议，IEEE802.11a协议拥有12条不相互重叠的信道频道，工作在5GHz频带；采用IEEE802.11a中互不重叠的四条信道，降低NANs中下层相邻节点之间的信道干扰；信道部署预先设置；
上层WMNs由下层的DAPs组成，转发下层WLANs收集的数据到数据管理中心DMC；上层WMNs采用IEEE802.11g协议；IEEE802.11g工作在2.4GHz频带，拥有部分重叠的13条信道；WMNs采用其中四条不重叠的信道；上层DAPs和网关GDAPs之间的通信采用路由协议。
作为优选：NANs采用的路由协议有RPL、HWMP、GPSR和OLSR。
本发明的有益效果是：本发明提出的适用于SG的NANs的混合无线网络体系结构，加入和退出SG非常方便，满足SG的可扩展性需求；NANs部署的上下层结构分别采用不同的协议和不同的信道，可以有效避免信道干扰，满足SG对数据传输可靠性的需求；每个节点数据传输有多条路径可选，满足SG的延时需求。
附图说明
图1为本发明NANs的混合无线网络结构图；
图2为本发明下层WLANs的DAPs和信道部署图；
图3为本发明上层WMNs的网关选择和信道部署图；
图4为本发明仿真实验的分组传递率分析图；
图5为本发明仿真实验的端到端延时分析图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
如图2所示为本发明下层WLANs的DAPs和信道部署图。下层节点采用IEEE802.11a协议，采用IEEE802.11a中互不重叠的四条信道，可以有效降低NANs中下层相邻节点之间的信道干扰。在中国802.11a工作在5.725-5.850GHz频段的5个信道分别为149、153、157、161、165。本发明实施例中采用了其中的信道149、153、157、161。智能电网的实际应用可以通过扩展图2的四个区域来实现。4个信道部署可以预先设置，维护和管理非常方便。
如图3所示为本发明上层WMNs的网关选择和信道部署图。上层WMNs由下层的DAPs组成，用于转发下层WLANs收集的数据到数据管理中心DMC。上层WMNs采用IEEE802.11g协议。IEEE802.11g工作在2.4GHz频带，拥有部分重叠的13条信道，其中信道1、6、11和13是不重叠的。WMNs采用IEEE802.11g四条不重叠的信道，既可以避免上层邻近单元之间的信道干扰，由于采用与下层WLANs不同的协议，也可以避免下层通信的干扰。由于智能电网在居住区域内的部署，DAPs的位置一般都是固定的，因此按照地理位置划分为网格，并选择的地理位置上位于网格中间的DAP作为该网格内的网关GDAP，GDAP负责把该区域内收集的信息经过路由协议转发到DMC。GDAPs之间构成的网络通信，采用无线路由协议。适用于NANs可采用的路由协议有RPL、HWMP、GPSR、OLSR等。
为验证本发明实施例的效果，对本发明提出的网络结构进行了仿真实验，仿真工具采用NS3(Network Simulator 3)。仿真参数设置如表1所示：
表1仿真参数设置
仿真结果如图4和图5所示，在相同的网络性能要求下，传输数据分组大小是1000bytes时比分组大小是100bytes时，能达到更好的吞吐量。这是因为采用大数据分组降低了智能电网无线传输中的竞争冲突，而本发明提出的NANs的网络结构采用两层网络结构和多信道传输，也是为了有效降低无线网络中信号传输的冲突和竞争。
综上所述，本发明提出的一种适用于SG的NANs的混合无线网络体系结构，加入和退出SG非常方便，满足SG的可扩展性需求；NANs部署的上下层结构分别采用不同的协议和不同的信道，可以有效避免信道干扰，满足SG对数据传输可靠性的需求；每个节点数据传输有多条路径可选，满足SG的延时需求。

Claims (2)

1.一种适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构，其特征在于，组合了多信道的无线局域网和无线网格网；采用不同的通信技术，把智能电网邻域网分成两层，上层采用无线网格网WMNs，下层采用无线局域网WLANs，两层之间通过数据汇聚节点DAP连接；
邻域网NANs中每个节点的物理层都采用IEEE802.11家族协议；下层节点采用一个协议标准，DAPs则根据应用需求采用多个协议标准；在MAC层，基本的信道访问机制采用CSMA/CA；
下层节点采用IEEE802.11a协议，IEEE802.11a协议拥有12条不相互重叠的信道频道，工作在5GHz频带；采用IEEE802.11a中互不重叠的四条信道，降低NANs中下层相邻节点之间的信道干扰；信道部署预先设置；
上层WMNs由下层的DAPs组成，转发下层WLANs收集的数据到数据管理中心DMC；上层WMNs采用IEEE802.11g协议；IEEE802.11g工作在2.4GHz频带，拥有部分重叠的13条信道；WMNs采用其中四条不重叠的信道；上层DAPs和网关GDAPs之间的通信采用路由协议。
2.根据权利要求1所述的适用于智能电网邻域网的混合无线网络体系结构，其特征在于，NANs采用的路由协议有RPL、HWMP、GPSR或OLSR。
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