CN112601283B - 一种应用于电力物联网的数据传输方法及系统 - Google Patents

一种应用于电力物联网的数据传输方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种应用于电力物联网的数据传输方法及系统，包括：发送端将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，所述信令用于接收端接收数据的状态指示；当接收端接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态，所述状态分为正常接收和非正常接收。通过使用本发明，可以实现以下效果：将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，取消了传统通信网络中数据上传之前的信令交互，数据上传变得更加简单，降低传输设备的技术难度和复杂度，精简网络架构中的硬件成本。

Description

一种应用于电力物联网的数据传输方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种应用于电力物联网的数据传输方法及系统。
背景技术
电力物联网指在电力系统全过程中，融合移动互联、人工智能、大数据等先进信息及通信技术，实现电力系统全过程网络连通、数据连贯、人机交互的状态感知全面、信息处置高效、应用简便灵活等特征的智慧服务系统。在泛在电力物联网中，电力行业上中下游企业及用户、电力行业设备之间以及人与设备之间，即发电企业、相关的电网企业、电力供应商、用户、发电设备、电网运营设备、电力供应设备、电力设备各者之间均可形成信息互联及交互。泛在电力物联网将物联网技术与电力系统相结合，从而实现多种类型信息传感设备与通信类信息资源共享。同时，泛在电力物联网技术可以促进具有物理概念的实体拥有自我标识、动态感知及智能处理信息的能力。因此，全面深度获取、存储、运用电力系统运行过程中产生的所有数据信息是建设泛在电力物联网的必要条件，而形成数据互联必须通过电网中铺设的传感器设备。
在使用无线通信(如2G/3G/4G/wifi)进行数据上传时，首先会进行信令的交互，当每次传输的数据量较大时，此时信令的开销只占一小部分，不会造成过多的资源浪费。然而，在电力物联网的场景中，由于感知终端设备的大量架设，数据上传的次数明显增多，每次上传的主要是如环境的状态感知、电力监测、设备运转等数据，其特点是数据量比较小，但需要不断进行间隔传输。由于传输的数据量比较小，但传输的次数又很较多，这就造成了数据上传过程中较大的信令开销和资源的浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种应用于电力物联网的数据传输方法及系统。
一种应用于电力物联网的数据传输方法，包括：
发送端将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，所述信令用于接收端接收数据的状态指示；
当接收端接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态，所述状态分为正常接收和非正常接收。
优选的，所述子帧数据包括用于存储上行数据的第一部分以及存储接收端接收数据的状态指示的第二部分，所述第一部分根据上行数据的大小进行调整。
优选的，所述发送端将上行数据和信令合为一个子帧数据上传包括：
发送端进行数据上传之前，首先对接收端接收数据的状态进行侦听：
当接收端接收数据的状态为正常接收时，发送端进行子帧数据上传，上传之后继续进行接收端接收数据的状态的第二次侦听，如果接收端接收数据的状态为正常接收，则判断子帧数据上传成功，如果接收端接收数据的状态为非正常接收，则判断子帧数据上传发生数据冲突，所有数据冲突的发送端需重传子帧数据，并侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，则判断冲突数据已正常接收；
当接收端接收数据的状态为非正常接收时，则判断接收端正在解析处理冲突数据，发送端暂停发送数据，并持续侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，才可以上传数据。
优选的，当在同一时刻出现k个子帧数据冲突时，接收端广播接收端接收数据的状态为非正常接收，并采用线性解法对冲突包数据进行解析。
优选的，所述采用线性解法对冲突包数据进行解析包括：
表示在冲突时隙n，k个发送端发送的数据，Z＝[ZT(n+1),ZT(n+2),…ZT(n+k)]T表示目的节点接收信号，H表示发送端和接受端之间的信道系数，W表示相应的噪声，则Z＝HX+W，利用次优的线性解法进行冲突子帧数据的恢复，得X＝H-1Z，其中H-1表示H的逆。
一种应用于电力物联网的数据传输系统，包括：
发送端，用于将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，所述信令用于接收端接收数据的状态指示；
接收端，用于当接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态，所述状态分为正常接收和非正常接收。
优选的，所述子帧数据包括用于存储上行数据的第一部分以及存储接收端接收数据的状态指示的第二部分，所述第一部分根据上行数据的大小进行调整。
优选的，发送端进行数据上传之前，首先对接收端接收数据的状态进行侦听：
当接收端接收数据的状态为正常接收时，发送端进行子帧数据上传，上传之后继续进行接收端接收数据的状态的第二次侦听，如果接收端接收数据的状态为正常接收，则判断子帧数据上传成功，如果接收端接收数据的状态为非正常接收，则判断子帧数据上传发生数据冲突，所有数据冲突的发送端需重传子帧数据，并侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，则判断冲突数据已正常接收；
当接收端接收数据的状态为非正常接收时，则判断接收端正在解析处理冲突数据，发送端暂停发送数据，并持续侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，才可以上传数据。
优选的，当在同一时刻出现k个子帧数据冲突时，接收端广播接收端接收数据的状态为非正常接收，并采用线性解法对冲突包数据进行解析。
优选的，所述采用线性解法对冲突包数据进行解析包括：
表示在冲突时隙n，k个发送端发送的数据，Z＝[ZT(n+1),ZT(n+2),…ZT(n+k)]T表示目的节点接收信号，H表示发送端和接受端之间的信道系数，W表示相应的噪声，则Z＝HX+W，利用次优的线性解法进行冲突子帧数据的恢复，得X＝H-1Z，其中H-1表示H的逆。
通过使用本发明，可以实现以下效果：
1.将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，取消了传统通信网络中数据上传之前的信令交互，数据上传变得更加简单，降低传输设备的技术难度和复杂度，精简网络架构中的硬件成本；
2.子帧数据第一部分可根据传输的数据类型动态配置长度，数据传输效率更高；
3.当在同一时刻出现k个子帧数据冲突时，接收端广播接收端接收数据的状态为非正常接收，并采用线性解法对冲突包数据进行解析，降低了数据上传过程中的信令开销，实现类传输时隙的100％利用，提升了资源的利用率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例一一种应用于电力物联网的数据传输方法的示意流程图；
图2是本发明实施例一一种应用于电力物联网的数据传输方法中数据传输的示意流程图；
图3是本发明实施例一一种应用于电力物联网的数据传输方法中解析的示意流程图；
图4是本发明实施例二一种应用于电力物联网的数据传输系统的示意结构图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明实施例一的基本思想是为了更好地降低上传数据时的信令开销，重新设计了一种新的帧结构，取消了发送端数据上传之前的信令交互，发送端直接向接收端发送数据，当出现数据冲突时，接收端利用新的帧结构广播接收数据状态，令数据冲突发送端重新发送数据，非数据冲突发送端等待冲突处理，直到可以正常解析数据。
基于上述思想，本发明实施例一提出一种应用于电力物联网的数据传输方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：发送端将上行数据和信令合为一个子帧数据上传。
为降低数据上传过程中的信令开销，不再使用传统的信令交互方式，而是将信令信息附于数据帧结构之中，这样数据上传之前并不需要进行信令交互，而是可以直接发送数据。
新型帧结构适用于时分系统，第一部分为可变数据部分，第二部分为接收端接收数据的状态指示。其中，第一部分，最大长度为m个时隙，可根据传输数据的大小灵活调整，其主要在上行数据传输时使用；第二部分为固定n个时隙，用来接收端接收数据的状态指示，当接收端接收到子帧数据时会通过第二部分广播接收端接收数据的状态，状态分为两种，一种是ACK，代表正常接收，另一种是NACK，代表非正常接收。第一部分与第二部分构成一个完整的子帧数据。
新型子帧结构中，可根据传输的数据类型动态配置子帧长度，数据传输效率更高。
在实施例中，针对电力物联网的特点设计了一种新的子帧结构，将上行数据和信令合为一个子帧数据，第一部分可以根据不同数据类型的大小动态调整其大小，第二部分负责广播当前接受端所处状态来控制整个数据的上传和解析。通过使用新型子帧，取消了数据上传之前的信令交互，降低了数据传输过程中信令的开销，提高了资源利用效率。数据上传变得更加简单，降低传输设备的技术难度和复杂度，精简网络架构中的硬件成本。
S2：当接收端接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态。
如图2所示，当数据采集终端设备完成数据采集后，发送端首先按照数据帧结构的要求对数据进行封装，然后进行接收端接收数据的状态侦听，当首次接收端接收数据的状态状态为ACK时，代表允许发送端开始进行数据上传，上传之后继续进行接收端状态侦听，如果接收端接收数据的状态为ACK，代表此次数据上传成功，如果继续侦听到接收端接收数据的状态为NACK，代表此次数据上传发生了数据冲突，所有数据冲突发送端需继续重传数据，并侦听接收端接收数据的状态，直到状态为ACK时，代表冲突数据已正常接收。当首次侦听接收端接收数据的状态为NACK时，代表此时接收端正在解析处理用户冲突数据，此时，数据采集终端暂停发送子帧数据，并持续侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为ACK时，才可以上传子帧数据。
对于接收端，当其处于空闲状态或者已正确完成当前数据包解析可以继续接收新数据包时，接收端通过新型帧结构中的第二部分—接收端接收数据的状态指示广播发送ACK信令，ACK状态指示有两层含义，一是对于已发送数据包的发送端来说，其表示已正常接收解析数据包，对于未发送数据包或将要发送数据包的发送端来说，ACK表示接收端已准备好接收新数据，可以进行数据上传。当接收端同时接收到多个发送端上传的子帧数据时，此时，接收端是无法对多个数据包进行解析，需要借助多包接收机制来完成对冲突数据包的解析。
具体的，如图3所示，当在同一时刻，出现k个子帧数据冲突时，接收端会广播发送NACK，NACK状态指示同样具有两层含义，一是对于数据冲突发送端，表示当前发送的数据存在冲突或未接收成功，要求重新发送。二是，对于未发送数据发送端，表示当前接收端存在数据冲突或有设备数据上传未成功，此时不允许新发送端进行数据上传，需继续等待。对于k子帧数据冲突，至少需要(k-1)次重传之后，接收端一共收到冲突包的k份信息，传输形成的(k×k)信道矩阵H可估计，此时采用线性解法即可对冲突包数据进行解析。具体地，表示在冲突时隙n，k个发送端发送的数据，T表示数学符号转置；Z＝[ZT(n+1),ZT(n+2),…ZT(n+k)]T表示目的节点接收信号，H表示发送端和接受端之间的信道系数，W表示相应的噪声，则Z＝HX+W，利用次优的线性解法进行冲突子帧数据的恢复，得X＝H-1Z，其中H-1表示H的逆。
本实施例根据新型帧结构，设计了网络辅助的多包接受机制，在保证冲突数据包最少有效重传的基础之上，实现对冲突数据包的正常解析，解决了因减少信令开销造成的数据包上传冲突的问题。
图4为本发明实施例二中提供的一种应用于电力物联网的数据传输系统的结构示意图，本实施例可适用于电力物联网的数据传输的情况。本发明实施例所提供的数据传输系统可执行本发明实施例一所提供一种应用于电力物联网的数据传输方法，具备执行方法相应的功能模块及有益效果。
在本发明实施例二电力物联网场景中，基站与多个边缘网关相连，边缘网关同时连接着分布在电力场景应用下各种类型的数据采集终端。基站主要负责控制整个网络数据采集终端的数据上传，边缘网关主要负责连接管理多个数据采集终端，数据采集终端主要负责相关数据的采集和上传，包括但不限于电流，电压，温度，湿度等数据。
在此实施例中，一个信号发射设备覆盖的范围称为一个信号发射设备小区，一个信号发射设备的标识也可对应表示为该信号发射设备覆盖的信号发射设备的小区标识。基站与边缘网关，边缘网关与数据采集终端之间既可以使用有线连接也可以使用无线连接。在上述电力物联网场景中，数据采集终端设备被大量部署，且需要每间隔一段时间采集一次相关数据。
基于上述场景，本实施例二提出一种应用于电力物联网的数据传输系统，如图4所示，包括：发送端，用于将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，所述信令用于接收端接收数据的状态指示；接收端，用于当接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态，所述状态分为正常接收和非正常接收。
子帧数据包括用于存储上行数据的第一部分以及存储接收端接收数据的状态指示的第二部分，所述第一部分根据上行数据的大小进行调整。第一部分为可变数据部分，第二部分为接收端接收数据的状态指示。其中，第一部分，最大长度为m个时隙，可根据传输数据的大小灵活调整，其主要在上行数据传输时使用；第二部分为固定n个时隙，用来接收端接收数据的状态指示，当接收端接收到子帧数据时会通过第二部分广播接收端接收数据的状态，状态分为两种，一种是ACK，代表正常接收，另一种是NACK，代表非正常接收。第一部分与第二部分构成一个完整的子帧数据。新型子帧结构中，可根据传输的数据类型动态配置子帧长度，数据传输效率更高。
在实施例中，针对电力物联网的特点设计了一种新的子帧结构，将上行数据和信令合为一个子帧数据，第一部分可以根据不同数据类型的大小动态调整其大小，第二部分负责广播当前接受端所处状态来控制整个数据的上传和解析。通过使用新型子帧，取消了数据上传之前的信令交互，降低了数据传输过程中信令的开销，提高了资源利用效率。数据上传变得更加简单，降低传输设备的技术难度和复杂度，精简网络架构中的硬件成本。
当接收端接收数据的状态为正常接收时，发送端进行子帧数据上传，上传之后继续进行接收端接收数据的状态的第二次侦听，如果接收端接收数据的状态为正常接收，则判断子帧数据上传成功，如果接收端接收数据的状态为非正常接收，则判断子帧数据上传发生数据冲突，所有数据冲突的发送端需重传子帧数据，并侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，则判断冲突数据已正常接收；当接收端接收数据的状态为非正常接收时，则判断接收端正在解析处理冲突数据，发送端暂停发送数据，并持续侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，才可以上传数据。
当在同一时刻出现k个子帧数据冲突时，接收端广播接收端接收数据的状态为非正常接收，并采用线性解法对冲突包数据进行解析。
具体的，所述采用线性解法对冲突包数据进行解析包括：
表示在冲突时隙n，k个发送端发送的数据，Z＝[ZT(n+1),ZT(n+2),…ZT(n+k)]T表示目的节点接收信号，H表示发送端和接受端之间的信道系数，W表示相应的噪声，则Z＝HX+W，利用次优的线性解法进行冲突子帧数据的恢复，得X＝H-1Z，其中H-1表示H的逆。
本实施例根据新型帧结构，设计了网络辅助的多包接受机制，在保证冲突数据包最少有效重传的基础之上，实现对冲突数据包的正常解析，解决了因减少信令开销造成的数据包上传冲突的问题。
本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种应用于电力物联网的数据传输方法，其特征在于，包括：
发送端将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，所述信令用于接收端接收数据的状态指示；
当接收端接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态，所述状态分为正常接收和非正常接收；
其中，所述子帧数据包括用于存储上行数据的第一部分以及存储接收端接收数据的状态指示的第二部分，所述第一部分根据上行数据的大小进行调整；
其中，对于接收端，当其处于空闲状态或者已正确完成当前数据包解析可以继续接收新数据包时，接收端通过新型帧结构中的第二部分—接收端接收数据的状态指示广播发送ACK信令，ACK状态指示有两层含义，一是对于已发送数据包的发送端来说，其表示已正常接收解析数据包，对于未发送数据包或将要发送数据包的发送端来说，ACK表示接收端已准备好接收新数据，可以进行数据上传；当接收端同时接收到多个发送端上传的子帧数据时，此时，接收端是无法对多个数据包进行解析，需要借助多包接收机制来完成对冲突数据包的解析。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的数据传输方法，其特征在于，所述发送端将上行数据和信令合为一个子帧数据上传包括：
发送端进行数据上传之前，首先对接收端接收数据的状态进行侦听：
当接收端接收数据的状态为正常接收时，发送端进行子帧数据上传，上传之后继续进行接收端接收数据的状态的第二次侦听，如果接收端接收数据的状态为正常接收，则判断子帧数据上传成功，如果接收端接收数据的状态为非正常接收，则判断子帧数据上传发生数据冲突，所有数据冲突的发送端需重传子帧数据，并侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，则判断冲突数据已正常接收；
当接收端接收数据的状态为非正常接收时，则判断接收端正在解析处理冲突数据，发送端暂停发送数据，并持续侦听接收端接收数据的状态，直到接收端接收数据的状态为正常接收时，才可以上传数据。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的数据传输方法，其特征在于，当在同一时刻出现k个子帧数据冲突时，接收端广播接收端接收数据的状态为非正常接收，并采用线性解法对冲突包数据进行解析。
4.根据权利要求3所述的一种应用于电力物联网的数据传输方法，其特征在于，所述采用线性解法对冲突包数据进行解析包括：
表示在冲突时隙n，k个发送端发送的数据，Z＝[ZT(n+1),ZT(n+2),…ZT(n+k)]T表示目的节点接收信号，H表示发送端和接受端之间的信道系数，W表示相应的噪声，则Z＝HX+W，利用次优的线性解法进行冲突子帧数据的恢复，得X＝H-1Z，其中H-1表示H的逆。
5.一种应用于电力物联网的数据传输系统，其特征在于，包括：
发送端，用于将上行数据和信令合为一个子帧数据上传，所述信令用于接收端接收数据的状态指示；
接收端，用于当接收到子帧数据时通过信令广播接收端接收数据的状态，所述状态分为正常接收和非正常接收；
其中，所述子帧数据包括用于存储上行数据的第一部分以及存储接收端接收数据的状态指示的第二部分，所述第一部分根据上行数据的大小进行调整；
其中，对于接收端，当其处于空闲状态或者已正确完成当前数据包解析可以继续接收新数据包时，接收端通过新型帧结构中的第二部分—接收端接收数据的状态指示广播发送ACK信令，ACK状态指示有两层含义，一是对于已发送数据包的发送端来说，其表示已正常接收解析数据包，对于未发送数据包或将要发送数据包的发送端来说，ACK表示接收端已准备好接收新数据，可以进行数据上传；当接收端同时接收到多个发送端上传的子帧数据时，此时，接收端是无法对多个数据包进行解析，需要借助多包接收机制来完成对冲突数据包的解析。
6.根据权利要求5所述的一种应用于电力物联网的数据传输系统，其特征在于，发送端进行数据上传之前，首先对接收端接收数据的状态进行侦听。
7.根据权利要求5所述的一种应用于电力物联网的数据传输系统，其特征在于，当在同一时刻出现k个子帧数据冲突时，接收端广播接收端接收数据的状态为非正常接收，并采用线性解法对冲突包数据进行解析。
8.根据权利要求7所述的一种应用于电力物联网的数据传输系统，其特征在于，所述采用线性解法对冲突包数据进行解析包括：
表示在冲突时隙n，k个发送端发送的数据，Z＝[ZT(n+1),ZT(n+2),…ZT(n+k)]T表示目的节点接收信号，H表示发送端和接受端之间的信道系数，W表示相应的噪声，则Z＝HX+W，利用次优的线性解法进行冲突子帧数据的恢复，得X＝H-1Z，其中H-1表示H的逆。
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