CN110944299B - 一种组播方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

一种组播方法及其系统，在包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关的输电网络中，组播节点对业务终端节点进行组播，组播信息中包含操作指令，在组播下发帧或组播帧中增加接收时间戳字段，所述接收时间戳用于记载操作指令的完成时限。本发明提出了一种新的组播后终端节点同时限时操作的机制，有利于组播操作的同步，业务终端在接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，并根据操作指令进行操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送反馈确认帧进行确认，如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧进行反馈，控制端如果需要业务终端节点同时操作，则通过收到所有终端发送确认帧，可以确认业务终端节点的同步操作情况。

Description

一种组播方法及其系统
技术领域
本发明属于电力系统输电网通信技术领域，涉及输电网中的无线传感器网络，为一种组播方法及其系统。
技术背景
输电网作为电力系统的主动脉，承担长距离，大容量电能输送的重要功能，因此需要对输电网进行有效监控，收集相关数据，例如对于杆塔的监控，对于变电站的监控等。具体的，传感器为终端数据来源，传感器包括无线传感器和有线传感器，无线传感器又包括微功耗和低功耗传感器，终端数据来源经边缘计算节点、接入网关进入中心计算站，实现终端的集中监控，如图1所示。
边缘计算节点包括汇聚节点好接入节点，如图2和图3所示，汇聚节点收集传感器的终端数据后发送给接入节点，一个接入节点可以通过有线和/或无线连接一个或者多个汇聚节点，形成树状网络(图2)或多跳网络(图3)。汇聚节点支持简单的边缘计算，汇聚节点可以对传感器发送反馈信息，并对接入节点发送边缘计算结果。
接入节点通过接入网关连接到中心计算站(服务器)。一个接入网关可以通过有线和/或无线连接一个或者多个接入节点。接入节点支持复杂的边缘计算。接入节点可以对汇聚节点发出反馈信息。接入节点可以对接入网关发送边缘计算结果。
接入节点和接入网关之间可以采用3G/4G/NB-IoT等技术进行传输，传感器和汇聚节点之间采用LoRa/WiFi/Bluetooth等技术连接，汇聚节点和传感器之间采用
LoRa/WiFi/Bluetooth/Zigbee等技术连接。
现在电力设备无线传感器网络协议中定义了组播的过程用于指定部分节点和终端执行某些操作，例如测量，但是缺乏一个有效的机制来确保组播的操作在规定的时间完成。而如果没有这个机制，很多操作就会失去意义。例如，同时测量场景下如果不能保证结果来自同时测量，进一步分析就失去了意义。此外，目前也没有定义接入网关的组播过程。
如图4所示，现有技术的组播信息采用接力下发机制，并采用停等自动重传保证接收的可靠性。若业务终端节点直接与接入节点连接，接入节点直接发送组播下发帧(Group_Down)，然后进入等待接收状态，业务终端在接收到组播下发帧(Group_Down)后，进行相应的操作，并且发送确认帧(ACK)进行确认。若业务终端节点通过汇聚节点连接，接入节点发送组播帧(Group)后，进入等待接收状态，如果汇聚节点成功接收组播帧(Group)，则汇聚节点发送组播下发帧(Group_Down)给相应的业务终端节点，业务终端节点接收到组播下发帧(Group_Down)后，进行相应的操作，并且发送确认帧(ACK)给汇聚节点进行确认，汇聚节点再发送确认帧(ACK)给接入节点，告知组播命令的执行情况。可见接入节点只能被动等待确认帧的返回，整个组播过程中没有对组播的时效性的约束。
上述组播帧(Group)的MAC层负载字段结构由如下字段组成：
源地址(S_Address)
目的地址(D_Address)
下一跳地址(N_Address)
数据(DATA)
发明内容
本发明要解决的问题是：现有输电网无线传感器网络中的组播机制中，缺乏对组播信息时效性的约束，不能满足具有时效要求的组播信息的组播需求。
本发明的技术方案为：一种组播方法，在包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关的输电网络中，组播节点对业务终端节点进行组播，组播信息中包含操作指令，在组播下发帧或组播帧中增加接收时间戳字段，所述接收时间戳用于记载操作指令的完成时限。
进一步的，组播节点为接入网关或接入节点，对应的，当业务终端节点通过转发节点与组播节点通讯时，转发节点为接入节点或汇聚节点。
上述方法的一种具体实现为，方案一：
若业务终端节点直接与组播节点连接，组播节点直接发送组播下发帧，然后进入等待接收状态；业务终端在接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给组播节点进行确认；
若业务终端节点通过转发节点与组播节点连接，组播节点发送组播帧后，进入等待接收状态；如果转发节点成功接收组播帧，则转发节点发送组播下发帧给相应的业务终端节点，业务终端节点接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给转发节点进行确认，转发节点再发送确认帧给接入节点，告知组播信息中操作命令的执行情况。
上述方法的另一种具体实现为，方案二：
若业务终端节点直接与组播节点连接，组播节点直接发送组播下发帧，然后进入等待接收状态；业务终端在接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给组播节点进行确认，如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧给组播节点；
若业务终端节点通过转发节点连接组播节点，组播节点发送组播帧后，进入等待接收状态；如果转发节点成功接收组播帧，则转发节点发送组播下发帧给相应的业务终端节点，业务终端节点接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给组播节点进行确认，如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧给转发节点，转发节点根据收到的各个业务终端节点的反馈，再发送综合反馈帧给组播节点，告知组播信息中操作命令的执行情况；
组播节点根据收到的回复帧决定是否重发组播下发帧或组播帧。
作为优选方式，所述综合反馈帧的内容包括以下形式：
1)确认帧的个数和/或否认帧的个数；
2)每个业务终端节点的反馈是确认帧还是否认帧；
3)全部是确认帧和/或反馈中含有否认帧。
本发明还提出一种组播系统，输电网络包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关，所述业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关中配置有网络协议，根据网络协议建立网络数据连接，所述网络协议实现上述的组播方法。
本发明提出了一种新的组播后终端节点限时操作的机制，有利于组播操作的同步，业务终端在接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，并根据操作指令进行操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送反馈确认帧进行确认，如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧进行反馈，控制端如果需要业务终端节点同时操作，则通过收到所有终端发送确认帧，可以确认业务终端节点的同步操作情况。本发明组播方法的两个具体实现方案适用于不同场景，可以有效的处理各种组播需求。方案一对组播节点和转发节点与现有技术的组播链路没有做优化，适合无线信道不好的场景。在无线信道比较好的场景下，组播节点和转发节点之前的链路可以优化，可以综合业务终端节点反馈的信息，例如方案二可以用一个比特来表示所有终端是否同时操作，可以节省宝贵的空口资源。
附图说明
图1为电力输电网络示意图。
图2为输电网络中无线传感器网络节点的树状网络结构示意图。
图3为输电网络中无线传感器网络节点的多跳网络结构示意图。
图4为现有无线传感器网络的组播过程示意图。
图5为本发明方法的方案一的组播过程示意图。
图6为本发明方法的方案二的组播过程示意图。
具体实施方式
本发明一种组播方法，包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关的输电网络中，组播节点对业务终端节点进行组播，组播信息中包含操作指令，在组播下发帧或组播帧中增加接收时间戳字段，所述接收时间戳用于记载操作指令的完成时限。组播节点为接入网关或接入节点，对应的，当业务终端节点通过转发节点与组播节点通讯时，转发节点为接入节点或汇聚节点，汇聚节点为一个或多个。
组播信息采用接力下发机制，并采用停等自动重传保证接收的可靠性。
下面介绍本发明的两种优选具体实现方案。
方案一，如图5所示。
若业务终端节点全部与组播节点连接，组播节点直接发送组播下发帧(Group_Down)，然后进入等待接收状态。业务终端节点在接收到组播下发帧(Group_Down)后，获取接收时间戳，进行相应的操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧(ACK)进行确认。
若业务终端节点全部与转发节点连接，转发节点发送组播帧(Group)后，进入等待接收状态。如果转发节点成功接收组播帧(Group)，则转发节点发送组播下发帧(Group_Down)给相应的业务终端节点。业务终端节点接收到组播下发帧(Group_Down)后，获取接收时间戳，进行相应的操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧(ACK)进行确认。转发节点最后发送确认帧(ACK)给接入节点，告知组播命令的执行情况。
其中，组播帧(Group)的MAC层负载字段结构如下字段组成：
源地址(S_Address)
目的地址(D_Address)
下一跳地址(N_Address)
接收时间戳(Time Stamp)单位：毫秒
数据(DATA)。
组播下发帧(Group_Down)为在业务信道中传输的一种帧的类型，其功能主要为汇聚节点在收到组播帧(Group)后，向组播命令中的所有业务终端节点同时发送组播命令。
组播下发帧(Group_Down)的MAC层负载结构如下字段组成：
源地址(S_Address)
目的地址数量(D_Address_Num)
目的地址i(D_Address(i))
组播下发类型(GDType)
接收时间戳(Time Stamp)单位毫秒
数据(DATA)。
方案二，如图6所示。
若业务终端节点全部与组播节点连接，组播节点直接发送组播下发帧(Group_Down)，然后进入等待接收状态。业务终端在接收到组播下发帧(Group_Down)后，获取接收时间戳，进行相应的操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧(ACK)进行确认。如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧(NACK)。
若业务终端节点全部与转发节点连接，转发节点发送组播帧(Group)后，进入等待接收状态。如果汇聚节点成功接收组播帧(Group)，则汇聚节点发送组播下发帧(Group_Down)给相应的业务终端节点。业务终端节点接收到组播下发帧(Group_Down)后，获取接收时间戳，进行相应的操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧(ACK)进行确认。如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧(NACK)。汇聚节点最后发送综合反馈(NACK)给接入节点，告知组播命令的执行情况。
组播节点根据收到的回复决定是否重发组播命令。
进一步的，所述综合反馈帧的内容包括以下形式：
1)确认帧的个数和/或否认帧的个数；
2)每个业务终端节点的反馈是确认帧还是否认帧；
3)全部是确认帧和/或反馈中含有否认帧，例如用一个比特表示反馈帧全部是确认帧，或至少有一个反馈为否认帧。
上述具体实现方案适用于不同场景，可以有效的处理各种组播需求。方案一对组播节点和转发节点与现有技术的组播链路没有做优化，适合无线信道不好的场景。在无线信道比较好的场景下，组播节点和转发节点之前的链路可以优化，可以使用方案一，也可以使用方案二，采用综合反馈帧来表示业务终端节点反馈的信息，例如方案二可以用一个比特来表示所有终端是否同时操作，节省空口资源。
本发明在上述组播方法的基础上，还提出一种组播系统，输电网络包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关，构成系统的硬件部分，所述业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关中配置有网络协议，根据网络协议建立网络数据连接，所述网络协议实现上述的组播方法。

Claims (6)

1.一种组播方法，其特征是在包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关的输电网络中，组播节点对业务终端节点进行组播，组播信息中包含操作指令，在组播下发帧或组播帧中增加接收时间戳字段，所述接收时间戳用于记载操作指令的完成时限；
组播节点为接入网关或接入节点，对应的，当业务终端节点通过转发节点与组播节点通讯时，转发节点为接入节点或汇聚节点；
所述组播方法的一种具体实现为：
若业务终端节点直接与组播节点连接，组播节点直接发送组播下发帧，然后进入等待接收状态；业务终端在接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给组播节点进行确认；
若业务终端节点通过转发节点与组播节点连接，组播节点发送组播帧后，进入等待接收状态；如果转发节点成功接收组播帧，则转发节点发送组播下发帧给相应的业务终端节点，业务终端节点接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给转发节点进行确认，转发节点再发送确认帧给接入节点，告知组播信息中操作命令的执行情况。
2.根据权利要求1所述的一种组播方法，其特征是组播帧的MAC层负载字段结构依次为源地址字段、目的地址字段、下一跳地址字段、接收时间戳字段和数据字段。
3.根据权利要求1所述的一种组播方法，其特征是组播下发帧的MAC层负载字段结构依次为源地址字段、目的地址数量字段、目的地址字段、组播下发类型字段、接收时间戳字段和数据字段。
4.根据权利要求1所述的一种组播方法，其特征是所述组播方法的另一种具体实现为：
若业务终端节点直接与组播节点连接，组播节点直接发送组播下发帧，然后进入等待接收状态；业务终端在接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给组播节点进行确认，如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧给组播节点；
若业务终端节点通过转发节点连接组播节点，组播节点发送组播帧后，进入等待接收状态；如果转发节点成功接收组播帧，则转发节点发送组播下发帧给相应的业务终端节点，业务终端节点接收到组播下发帧后，获取接收时间戳，进行组播信息中的相应操作，如果相应操作在接收时间戳到期前完成，发送确认帧给组播节点进行确认，如果相应操作在接收时间戳到期前没有完成，发送否认帧给转发节点，转发节点根据收到的各个业务终端节点的反馈，再发送综合反馈帧给组播节点，告知组播信息中操作命令的执行情况；
组播节点根据收到的回复帧决定是否重发组播下发帧或组播帧。
5.根据权利要求4所述的一种组播方法，其特征是所述综合反馈帧的内容包括以下形式：
1)确认帧的个数和/或否认帧的个数；
2)每个业务终端节点的反馈是确认帧还是否认帧；
3)全部是确认帧和/或反馈中含有否认帧。
6.一种组播系统，其特征是输电网络包括业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关，所述业务终端节点、汇聚节点、接入节点和接入网关中配置有网络协议，根据网络协议建立网络数据连接，所述网络协议实现权利要求1-5任一项所述的组播方法。
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