CN110572887B - 一种多模无线通信终端及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模无线通信终端及其通信方法，包括中央处理单元MCU、GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器，GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器均连接到中央处理单元MCU，无线通讯集成模块设置有NB‑IoT模块、LoRa模块和4G模块，传感器用于采集线路信息。本发明的通信方法中设定的权值算法所得出的阈值来确定对采集终端通信方式的选择，以适应不同通讯环境和数据的重要性等条件下顺利终端数据的传输，实现通信综合效果的最优化、配电网监控系统的稳定实时监测。

Description

一种多模无线通信终端及其通信方法
技术领域
本发明涉及一种多模无线通信终端及其通信方法，属于多模无线通信终端技术领域。
背景技术
配电网信息采集系统作为智能电网的重要组成部分,是实现电网建设的重要内容。配电网信息采集系统主要可以分为以下几个部分:客户端、用电信息采集系统、通信信道、智能终端、用电现场。然而作为配电网信息采集系统中最重要的电力通信智能终端,由于接入网络单一、网络覆盖、以及网络可靠性等问题,使得电力通信终端存在一定的局限性。
配电系统庞大，配电线路比较长，各个线段的通信环境存在差异，以及采集信息的不同，采集单元对功耗的要求不同，导致用电信息采集系统的通信选择方式要求不同。如果考察每段线路的情况是一个极为庞大的工作。
对于突发的情况(如暴雨天气)，对通信方式的要求也是不同。在架空线路的监测中，监测装置多采用4G通信方式，正常情况下，4G通讯具有传输速率快、覆盖范围广、智能性能高等优点，但在暴雨等恶劣天气情况下，4G通信的效果较差，极有可能导致无法发送信息，系统对监测终端失去监控。倘若此时发生故障，那么故障信息将无法顺利传输到监测主站，造成不可预估的后果。另外4G通信的耗能是比较严重，就会增加维护人员的工作量，但实际上，对于一些载量较低，非紧急传输数据，可以采用2G、3G通信就可以满足传输要求。
当今是数字化通信高速发展的时代,通信个性化、智能化需求越来越大，而不同的无线通信技术各有优缺点且制式差异较大，与此同时现有通信终端功能较为单一，无法满足众多专业领域对通信功能越来越高的要求，因此能综合各种不同通信制式优点的多模通信是必然的发展趋势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多模无线通信终端及其通信方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种多模无线通信终端，包括中央处理单元MCU、GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器，GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器均连接到中央处理单元MCU，无线通讯集成模块设置有NB-IoT模块、LoRa模块和4G模块，传感器用于采集线路信息(具体包括哪些信息，这些信息如何利用到后续的通信环境诊断或数据重要性的诊断)。
一种多模无线通信终端的通信方法，该方法为：通过中央处理单元MCU根据终端采集的环境量参数和终端通讯信号强度对采集终端的通信环境进行诊断，获取通讯环境系数Z1、采集终端的发送功率PB、噪声方差Ri、主站的发送功率Pu、根据基站与终端的信道系数hi和主站与终端的信道系数gi(默认理想状态下为1)，经过加权因子运算，获得通讯环境因子K1；通过中央处理单元MCU对采集终端数据重要性的诊断，获取数据重要性系数Z2，基站与终端的信道系数hi，主站与终端的信道系数gi(默认理想状态下为1)，得出数据重要性因子K2；再根据三种不同的通信方式对各种通信要求不同，对通讯环境因子K1和数据重要性因子K2通过乘以相对应的需求系数Kdn后，叠加得出最终通信方式阈值Qs，阈值Qs范围为0～1，阈值范围划分为3个区间，分别为0-0.3、0.3-0.7和0.7-1，三个阈值区间对应LoRa模块、NB-IoT模块和4G模块，中央处理单元MCU根据测得阈值Qs落入对应区间选择对应通信模块进行通信，最终完成数据的传输。
通讯环境因子K1计算公式如下：
Figure BDA0002195725240000031
数据重要性因子K2计算公式如下：
K2＝Z2×arg max{|hi|2，a×|gi|2} (2)
式中，a表示终端与主站间的信道总数。
通信方式阈值Qs计算公式如下：
QS＝Kd1×K1+Kd2×K2 (3)
式中Kd1和Kd2分别取0.5。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的通信方法中设定的权值算法所得出的阈值来确定对采集终端通信方式的选择，以适应不同通讯环境和数据的重要性等条件下顺利终端数据的传输，实现通信综合效果的最优化、配电网监控系统的稳定实时监测。
附图说明
图1是本发明的通信方式流程图；
图2是本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例：如图2所示，一种多模无线通信终端，包括中央处理单元MCU、GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器以及电源模块，GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器以及电源模块均连接到中央处理单元MCU，无线通讯集成模块设置有NB-IoT模块、LoRa模块和4G模块，传感器用于采集线路信息，线路信息包括电气量参数、环境量参数以及终端通讯信号强度，中央处理单元MCU根据采集的电气量参数诊断终端的数据重要性，根据采集的环境量参数和终端通讯信号强度诊断终端通信环境，中央处理单元MCU负责对传感器采集的数据进行处理，根据处理结果选择合适的无线通信集成模块中的NB-IoT模块、LoRa模块或4G模块，无线通信集成模块再将数据发送回后台系统。
各个模块的功能：
(1)MCU：负责对传感器采集的数据进行处理，根据处理结果选择合适的通信方式；
(2)无线通信集成模块：根据MCU选择合适的通信方式将数据发送回后台系统；
(3)传感器：负责采集线路信息；
(4)电源模块：负责对设备进行供电；
(5)GPS定位模块：负责对设备进行定位。
实施例2：如图1-2所示，一种多模无线通信终端的通信方法，该方法为：通过中央处理单元MCU根据终端采集的环境量参数和终端通讯信号强度对采集终端的通信环境进行诊断，获取通讯环境系数Z1、采集终端的发送功率PB、噪声方差Ri、主站的发送功率Pu、根据基站与终端的信道系数hi和主站与终端的信道系数gi(默认理想状态下为1，理想状态即主站与终端间的信号通道无外来干扰和信道本身干扰，此情况则把信道系数gi看作1，但实际情况下，gi∈[0，1]，gi＝0为主站与终端间无信号通道或无法通信的情况)，经过加权因子运算，获得通讯环境因子K1；通过中央处理单元MCU对采集终端数据重要性的诊断，诊断依据为终端所采集数据的重要性，采集数据分为三种：紧急数据、报备数据和正常数据，三种数据的重要性由高到低依次往下，诊断后获取数据重要性系数Z2，基站与终端的信道系数hi，i表示第i条信道，主站与终端的信道系数gi(默认理想状态下为1，理想状态即主站与终端间的信号通道无外来干扰和信道本身干扰，此情况则把信道系数gi看作1，但实际情况下，gi∈[0，1]，gi＝0为主站与终端间无信号通道或无法通信的情况)，得出数据重要性因子K2；再根据三种不同的通信方式对各种通信要求不同，即NB-IoT、LoRa以及4G三种通讯方式会有各自不同的特点，此终端依据当前所处的通信环境并且结合所传输数据的重要性选择适合的通讯方式，例如，假设主站迫切需要终端的监测数据(紧急数据)【此处体现数据重要性】，那么在通讯环境质量较高的情况下【此处体现通讯环境】，终端会优先选择4G通讯方式，对通讯环境因子K1和数据重要性因子K2通过乘以相对应的需求系数Kdn后，叠加得出最终通信方式阈值Qs，阈值Qs范围为0～1，阈值范围划分为3个区间，分别为0-0.3、0.3-0.7和0.7-1，三个阈值区间对应LoRa模块、NB-IoT模块和4G模块，中央处理单元MCU根据测得阈值Qs落入对应区间选择对应通信模块进行通信，最终完成数据的传输。
通讯环境因子K1计算公式如下：
Figure BDA0002195725240000051
数据重要性因子K2计算公式如下：
K2＝Z2×arg max{|hi|2，a×|gi|2} (2)
式中，a表示终端与主站间的信道总数。
通信方式阈值Qs计算公式如下：
QS＝Kd1×K1+Kd2×K2 (3)
式中Kd1和Kd2分别取0.5。
本发明采用4G、LoRa、NB-IoT集成采集单元的无线通信模块，该模块根据不同的通信环境、数据的载量，采集单元功耗要求等方面综合，实现最优通信方式的选择。在一定程度上，可以减少功耗，提高系统对线路监测力度，减少建设电网的投资，提高采集数据的可靠性，实现配电系统的快速运维。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种多模无线通信终端的通信方法，其特征在于：该多模无线通信终端包括中央处理单元MCU、GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器，GPS定位模块、无线通讯集成模块和传感器均连接到中央处理单元MCU，无线通讯集成模块设置有NB-IoT模块、LoRa模块和4G模块，传感器用于采集线路信息；多模无线通信终端的通信方法为：通过中央处理单元MCU根据多模无线通信终端采集的环境量参数和多模无线通信终端通讯信号强度对多模无线通信终端的通信环境进行诊断，获取通讯环境系数Z1、多模无线通信终端的发送功率PB、噪声方差Ri、主站的发送功率Pu、根据基站与多模无线通信终端的信道系数hi和主站与多模无线通信终端的信道系数gi，经过加权因子运算，获得通讯环境因子K1；通过中央处理单元MCU对多模无线通信终端数据重要性的诊断，获取数据重要性系数Z2，基站与多模无线通信终端的信道系数hi，主站与多模无线通信终端的信道系数gi，得出数据重要性因子K2；再根据三种不同的通信方式的不同通信要求，对通讯环境因子K1和数据重要性因子K2通过乘以相对应的需求系数Kdn后，叠加得出最终通信方式阈值Qs，阈值Qs范围为0~1，阈值范围划分为3个区间，分别为0-0.3、0.3-0.7和0.7-1，三个阈值区间对应LoRa模块、NB-IoT模块和4G模块，中央处理单元MCU根据测得阈值Qs落入对应区间选择对应通信模块进行通信，最终完成数据的传输；
其中，通讯环境因子K1计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
数据重要性因子K2计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）
式中，a表示多模无线通信终端与主站间的信道总数。
2.根据权利要求1所述的一种多模无线通信终端的通信方法，其特征在于：通信方式阈值Qs计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）
式中Kd1和Kd2分别取0.5。
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