CN112867169A - 一种综合管廊异构网络自组网通信方法及其系统 - Google Patents

一种综合管廊异构网络自组网通信方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种综合管廊异构网络自组网通信方法及其系统，该通信方法包括以下步骤：根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。本申请在构建拓扑网络过程中，充分考虑终端设备的分布特点以及微功率无线和电力载波信号衰减差异，提高了异构网络通信的稳定性，实现对通信网络的覆盖延伸；终端设备根据评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，实现高效路由寻址和信道选取，由终端设备采集电力数据传输至接入节点的可靠性更高。

Description

一种综合管廊异构网络自组网通信方法及其系统
技术领域
本申请涉及空间通信中网络架构的技术领域，尤其是涉及一种综合管廊异构网络自组网通信方法及其系统。
背景技术
随着电网的改造与升级，电力数据跨网络传输、通信方式多模化成为当前电力信息采集发展的趋势。目前主流的电力采集通信技术有：电力线载波组网通信技术、微功率无线组网通信技术等，其中，电力线载波和微功率无线是两种应用最为广泛的通信技术。
针对上述中的相关技术，发明人认为在用电信息采集系统中，由于微功率无线和电力线载波在应用过程中都存在一些优缺点，单纯采用电力线载波或者微功率无线技术组网通信，电力数据传输的可靠性较低。
发明内容
为了数据高可靠性的传输，本申请提供了一种综合管廊异构网络自组网通信方法及其系统。
第一方面，本申请提供一种综合管廊异构网络自组网通信方法，采用如下的技术方案：
一种综合管廊异构网络自组网通信方法，包括以下步骤：
根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；
根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；
接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。
通过采用上述技术方案，构建拓扑网络过程中，充分考虑终端设备的分布特点以及微功率无线和电力载波信号衰减差异，提高了异构网络通信的稳定性，实现对通信网络的覆盖延伸；终端设备根据评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，实现高效路由寻址和信道选取，这样由终端设备采集电力数据传输至接入节点的可靠性更高。
可选的，构建所述拓扑网络的步骤包括：
若接入节点有一个，则根据接入节点进行广播；
邻近的汇聚节点根据广播信号的强度，选择进行随机接入；
若随机接入成功，则经接入节点完成注册；若随机接入失败，则重新进行随机接入；
接入节点调度下属的汇聚节点进行广播；
迭代循环，直到所有终端设备完成局域组网。
通过采用上述技术方案，构建拓扑网络过程中，充分考虑广播信号的强度，确定接入节点与汇聚节点之间传输速率高，以及汇聚节点与终端设备之间传输效率高，有效提高了终端设备、汇聚节点与接入节点的通信效率，同时具有较高的通信稳定性。
可选的，构建所述拓扑网络的步骤还包括：
若接入节点有多个，则汇聚节点根据与不同接入节点的通信指标，选择连接到通信指标符合设定值的接入节点所处的局域网络，所述通信指标包括通信跳数。
通过采用上述技术方案，汇聚节点根据信通信跳数评估接入信道，实现高效接入节点选取。
可选的，所述随机接入的步骤包括：
根据从设备接收到主设备的广播信道，解析上行调度信息；
从设备基于随机退避算法选择随机竞争时隙，发送上行随机竞争信道进行随机接入；
若主设备成功接收到上行随机竞争信道，则尝试进行从设备的注册；
若主设备成功注册从设备，则在后续的广播信道内发布该从设备的通信地址；
主设备通过广播信道调度从设备的上行信道或者非连续接收休眠；
其中，主设备为接入节点，从设备为汇集节点；或者主设备为汇集节点，从设备为汇聚节点；或者主设备为汇集节点，从设备为终端设备。
通过采用上述技术方案，能够使从设备接入主设备简单有效，且可以充分利用逼近信道容量的多址接入技术。
可选的，基于所述非连续接收休眠步骤中，从设备接收主设备发送的非连续接收休眠指令时，开始唤醒时间计时；
从设备根据本地工作状态，判断是否休眠；
若要休眠，则等本次数据收发处理完毕后，自动进入休眠状态；
当唤醒计时结束后，从设备自动唤醒，并进入对主设备的接收状态。
通过采用上述技术方案，可以支持从设备从空闲状态的普通模式转换到空闲状态的非连续接收休眠模式，即从设备无需一直保持接收主设备的广播信息，可以在一段时间内处于休眠状态，当定时唤醒后，可以再接收主设备的信息，从而能够解决部分终端设备的低耗电量需求。
第二方面，本申请提供一种综合管廊异构网络自组网通信系统，采用如下的技术方案：
一种综合管廊异构网络自组网通信系统，包括网络构建模块、信道选取模块和通信控制模块；
网络构建模块，用于根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；
信道选取模块，与所述网络构建模块连接，用于根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；
通信控制模块，与所述信道选取模块连接，所述接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。
通过采用上述技术方案，网络构建模块充分考虑终端设备的分布特点以及微功率无线和电力载波信号衰减差异，提高了异构网络通信的稳定性，实现对通信网络的覆盖延伸；信道选取模块根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，实现高效路由寻址和信道选取，这样由终端设备采集电力数据传输至接入节点的可靠性更高。
可选的，所述网络构建模块包括节点判断单元、节点注册单元和节点调度单元；
节点判断单元，用于判断接入节点是否为一个，若接入节点有一个，则根据接入节点进行广播；将邻近的汇聚节点根据广播信号的强度，选择进行随机接入；
节点注册单元，与所述节点判断单元连接，若随机接入成功，则经接入节点完成注册；若随机接入失败，则重新进行随机接入；
节点调度单元，与所述节点注册单元连接，接入节点调度下属的汇聚节点进行广播，迭代循环，直到所有终端设备完成局域组网。
通过采用上述技术方案，节点判断单元充分考虑广播信号的强度，确定接入节点与汇聚节点之间传输速率高，以及汇聚节点与终端设备之间传输效率高，有效提高了终端设备、汇聚节点与接入节点的通信效率，同时具有较高的通信稳定性。
可选的，所述节点判断单元用于判断接入节点是否为一个，若接入节点有多个，则汇聚节点根据与不同接入节点的通信指标，选择连接到通信指标符合设定值的接入节点所处的局域网络，所述通信指标包括通信跳数。
通过采用上述技术方案，节点判断单元根据通信跳数评估接入信道，实现高效接入节点选取。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.构建拓扑网络过程中，充分考虑终端设备的分布特点以及微功率无线和电力载波信号衰减差异，提高了异构网络通信的稳定性，实现对通信网络的覆盖延伸；终端设备根据评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，实现高效路由寻址和信道选取，这样由终端设备采集电力数据传输至接入节点的可靠性更高；
2.构建拓扑网络过程中，充分考虑广播信号的强度，确定接入节点与汇聚节点之间传输速率高，以及汇聚节点与终端设备之间传输效率高，有效提高了终端设备、汇聚节点与接入节点的通信效率，同时具有较高的通信稳定性。
附图说明
图1是本申请实施例的通信方法流程图；
图2是本申请实施例中随机接入方法流程图；
图3是本申请实施例中非连续接收休眠方法流程图；
图4是本申请实施例的通信系统框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-4及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例公开一种综合管廊异构网络自组网通信方法。参照图1，该通信方法包括以下步骤：根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。
具体的，接入节点是输变电设备物联网的感知层中的通信主设备，具备边缘计算、自组网和终端接入的功能。汇聚节点是输变电设备物联网的感知层中的通信中继设备，具备自组网和终端接入的功能。终端设备可以采用各种监测电力运行状态的传感器，可实现对输变电设备运行状态感知，并通过无线或者有线方式接入汇聚节点或接入节点。
本申请实施例中，输变电设备物联网感知层网络可以采用树状网络拓扑，也可以采用多跳网络拓扑。采用树状网络拓扑时，终端设备、汇聚节点和接入节点通过给定信道的上行链路和下行链路进行连接。采用多跳网络拓扑时，网络中部分汇聚节点作为中继节点，有效的将相距较远的接入节点和汇聚节点或者接入节点和终端设备相连，完成可靠的通信传输。
构建拓扑网络的步骤包括：若接入节点有一个，则根据接入节点进行广播；邻近的汇聚节点根据广播信号的强度，选择进行随机接入；若随机接入成功，则经接入节点完成注册；若随机接入失败，则重新进行随机接入；接入节点调度下属的汇聚节点进行广播；迭代循环，直到所有终端设备完成局域组网。
本申请实施例中，构建拓扑网络过程中，充分考虑广播信号的强度，确定接入节点与汇聚节点之间传输速率高，以及汇聚节点与终端设备之间传输效率高，有效提高了终端设备、汇聚节点与接入节点的通信效率，同时具有较高的通信稳定性。
构建拓扑网络的步骤还包括：若接入节点有多个，则汇聚节点根据与不同接入节点的通信指标，选择连接到通信指标符合设定值的接入节点所处的局域网络，通信指标包括通信跳数。具体的，汇聚节点根据信通信跳数评估接入信道，实现高效接入节点选取。
参照图2，随机接入的步骤包括：根据从设备接收到主设备的广播信道，解析上行调度信息；从设备基于随机退避算法选择随机竞争时隙，发送上行随机竞争信道进行随机接入；若主设备成功接收到上行随机竞争信道，则尝试进行从设备的注册；若主设备成功注册从设备，则在后续的广播信道内发布该从设备的通信地址；主设备通过广播信道调度从设备的上行信道或者非连续接收休眠。
具体的，主设备为接入节点，从设备为汇集节点；或者主设备为汇集节点，从设备为汇聚节点；或者主设备为汇集节点，从设备为终端设备。其中，主设备在点对多点通信中，处于主控的通信设备；从设备在点对多点通信中，处于被控的通信设备。图中，BCH为广播信道；DCCH为下行控制信道；URCH为上行随机竞争信道；USCH为上行共享信道。
本申请实施例中，从设备读取上行时隙配置，得知可用于随机竞争的时隙，基于随机退避算法，选择随机退避竞争时隙，发送URCH进行随机接入；如果主设备成功接收到URCH，那么尝试进行从设备注册；从设备接收到主设备的DCCH，获取到通信地址的分配结果；从设备注册成功后，发送USCH进行注册确认应答。随机接入为从用户发送前导码并开始尝试接入网络到与网络间建立起基本的信令连接之前的过程。
参照图3，基于非连续接收休眠步骤中，从设备接收主设备发送的非连续接收休眠（DRX）指令时，开始唤醒时间计时；从设备根据本地工作状态，判断是否休眠；若要休眠，则等本次数据收发处理完毕后，自动进入休眠状态；当唤醒计时结束后，从设备自动唤醒，并进入对主设备的接收状态。
本申请实施例中，该通信方法可以支持从设备从空闲状态的普通模式转换到空闲状态的非连续接收休眠模式，即从设备无需一直保持接收主设备的广播信息，可以在一段时间内处于休眠状态，当定时唤醒后，可以再接收主设备的信息，从而能够解决部分终端设备的低耗电量需求。低功耗传感器为输变电设备物联网中的双向可控传感器，由节点设备发起通信，支持长报文传输、业务数据分片重传、传感器定时唤醒等功能。
本申请实施例一种综合管廊异构网络自组网通信方法的实施原理为：构建拓扑网络过程中，充分考虑终端设备的分布特点以及微功率无线和电力载波信号衰减差异，提高了异构网络通信的稳定性，实现对通信网络的覆盖延伸；终端设备根据评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，实现高效路由寻址和信道选取，这样由终端设备采集电力数据传输至接入节点的可靠性更高。
本申请实施例还公开一种综合管廊异构网络自组网通信系统。参照图4，该通信系统包括网络构建模块、信道选取模块和通信控制模块；网络构建模块，用于根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；信道选取模块，与网络构建模块连接，用于根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；通信控制模块，与信道选取模块连接，所述接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。
网络构建模块包括节点判断单元、节点注册单元和节点调度单元；节点判断单元，用于判断接入节点是否为一个，若接入节点有一个，则根据接入节点进行广播；将邻近的汇聚节点根据广播信号的强度，选择进行随机接入；节点注册单元，与节点判断单元连接，若随机接入成功，则经接入节点完成注册；若随机接入失败，则重新进行随机接入；节点调度单元，与节点注册单元连接，接入节点调度下属的汇聚节点进行广播，迭代循环，直到所有终端设备完成局域组网。
节点判断单元用于判断接入节点是否为一个，若接入节点有多个，则汇聚节点根据与不同接入节点的通信指标，选择连接到通信指标符合设定值的接入节点所处的局域网络，通信指标包括通信跳数。
本申请实施例一种综合管廊异构网络自组网通信系统的实施原理为：网络构建模块充分考虑终端设备的分布特点以及微功率无线和电力载波信号衰减差异，提高了异构网络通信的稳定性，实现对通信网络的覆盖延伸；信道选取模块根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，实现高效路由寻址和信道选取，这样由终端设备采集电力数据传输至接入节点的可靠性更高。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (8)

1.一种综合管廊异构网络自组网通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；
根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；
接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。
2.根据权利要求1所述的一种综合管廊异构网络自组网通信方法，其特征在于，构建所述拓扑网络的步骤包括：
若接入节点有一个，则根据接入节点进行广播；
邻近的汇聚节点根据广播信号的强度，选择进行随机接入；
若随机接入成功，则经接入节点完成注册；若随机接入失败，则重新进行随机接入；
接入节点调度下属的汇聚节点进行广播；
迭代循环，直到所有终端设备完成局域组网。
3.根据权利要求2所述的一种综合管廊异构网络自组网通信方法，其特征在于，构建所述拓扑网络的步骤还包括：
若接入节点有多个，则汇聚节点根据与不同接入节点的通信指标，选择连接到通信指标符合设定值的接入节点所处的局域网络，所述通信指标包括通信跳数。
4.根据权利要求2或3所述的一种综合管廊异构网络自组网通信方法，其特征在于，所述随机接入的步骤包括：
根据从设备接收到主设备的广播信道，解析上行调度信息；
从设备基于随机退避算法选择随机竞争时隙，发送上行随机竞争信道进行随机接入；
若主设备成功接收到上行随机竞争信道，则尝试进行从设备的注册；
若主设备成功注册从设备，则在后续的广播信道内发布该从设备的通信地址；
主设备通过广播信道调度从设备的上行信道或者非连续接收休眠；
其中，主设备为接入节点，从设备为汇集节点；或者主设备为汇集节点，从设备为汇聚节点；或者主设备为汇集节点，从设备为终端设备。
5.根据权利要求4所述的一种综合管廊异构网络自组网通信方法，其特征在于，
基于所述非连续接收休眠步骤中，从设备接收主设备发送的非连续接收休眠指令时，开始唤醒时间计时；
从设备根据本地工作状态，判断是否休眠；
若要休眠，则等本次数据收发处理完毕后，自动进入休眠状态；
当唤醒计时结束后，从设备自动唤醒，并进入对主设备的接收状态。
6.一种综合管廊异构网络自组网通信系统，其特征在于，包括网络构建模块、信道选取模块和通信控制模块；
网络构建模块，用于根据终端设备的分布特点，以及微功率无线和电力载波信号衰减的特点，构建面向微功率无线和电力载波的拓扑网络；
信道选取模块，与所述网络构建模块连接，用于根据终端设备评估微功率无线和电力载波信道的通信性能，再根据通信性能的评估结果进行路由寻址和信道选取；
通信控制模块，与所述信道选取模块连接，所述接入节点根据构建的拓扑网络采集电力数据。
7.根据权利要求6所述的一种综合管廊异构网络自组网通信系统，其特征在于，所述网络构建模块包括节点判断单元、节点注册单元和节点调度单元；
节点判断单元，用于判断接入节点是否为一个，若接入节点有一个，则根据接入节点进行广播；将邻近的汇聚节点根据广播信号的强度，选择进行随机接入；
节点注册单元，与所述节点判断单元连接，若随机接入成功，则经接入节点完成注册；若随机接入失败，则重新进行随机接入；
节点调度单元，与所述节点注册单元连接，接入节点调度下属的汇聚节点进行广播，迭代循环，直到所有终端设备完成局域组网。
8.根据权利要求7所述的一种综合管廊异构网络自组网通信系统，其特征在于，所述节点判断单元用于判断接入节点是否为一个，若接入节点有多个，则汇聚节点根据与不同接入节点的通信指标，选择连接到通信指标符合设定值的接入节点所处的局域网络，所述通信指标包括通信跳数。
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