CN115915456A - 基于wifi6的变电站数据上传方法 - Google Patents

基于wifi6的变电站数据上传方法 Download PDF

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CN115915456A
CN115915456A CN202211391991.1A CN202211391991A CN115915456A CN 115915456 A CN115915456 A CN 115915456A CN 202211391991 A CN202211391991 A CN 202211391991A CN 115915456 A CN115915456 A CN 115915456A
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CN
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wifi6
throughput
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朱春
杨洁
刘淼
赵海涛
靳鑫
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Nanjing University of Posts and Telecommunications
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Abstract

本发明涉及一种基于WIFI6的变电站数据上传方法,属于电力物联网技术领域,该方法包括:选择数据采集设备对应的最佳WIFI6接入点,进行链路连接;获取与对应的WIFI6接入点进行链路连接的各个数据采集设备的吞吐量;将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的数据采集设备进行分组,对分组完成的数据采集设备分类处理;获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度;WI FI6接入点发送休眠时间参数至对应的数据采集设备,数据采集设备定时唤醒,周期性地上传或接收数据。本申请提供的方法通过控制同时活跃的数据采集设备数确定分组调度策略,提升信道利用率的同时提高了密集部署情境下的整体网络吞吐率及能效,实现了高效、低功耗的变电站数据传输。

Description

基于WIFI6的变电站数据上传方法
技术领域
本发明涉及电力物联网技术领域,尤其涉及一种基于WIFI6的变电站数据上传方法。
背景技术
目前,在变电站中存在数量众多的参数以及数据需要上传,需要上传数据具有分布密集、数量大的特点,同时,传统的有线传输方案成本较高,日常维护难度大,人员巡检压力大,而一般的基于WiFi的传输方案又因为变电站日常数据复杂冗余,导致数据传输延迟高。
随着物联网技术的发展,以及新一代WIFI协议的开发,使得基于WiFi6的数据传输成为可能,WIFI6引入了OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交频分复用多址)技术,该技术将整个信道划分成多个被称为RU的子信道,通过在介质访问控制层为不同用户分配不同RU,实现了上行多用户同时传输的能力,并进一步依据可用的RU数量提出了基于快速退避的信道随机接入过程,即UORA,然而,由于上行需求的不可预知性和分布式随机接入特性,网络上行性能很大程度上制约于UORA过程;此外,密集环境中大规模接入数据采集设备共同竞争有限的频谱资源造成高碰撞率和强干扰,引起信道的激烈碰撞和数据采集设备能耗的浪费。
发明内容
本发明意在提供一种基于WIFI6的变电站数据上传方法,以解决现有技术中存在的不足,本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
本发明提供的基于WIFI6的变电站数据上传方法,包括:
通过接收信号强度RSS计算公式计算变电站区域内各个数据采集设备到各个WIFI6接入点的信号强度,根据计算得到的信号强度选择各个数据采集设备对应的最佳WIFI6接入点,并进行链路连接;
通过有效吞吐率公式获取与对应的WIFI6接入点进行链路连接的各个数据采集设备的吞吐量;
将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的多个数据采集设备进行分组,计算每组数据采集设备的吞吐量,根据每组数据采集设备的吞吐量对分组完成的数据采集设备进行分类处理;
定义参数σi,根据参数σi通过最大速率调度算法获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度;
根据获取的单位执行所有调度,WIFI6接入点通过TWT响应帧发送休眠时间参数至对应的数据采集设备,数据采集设备根据接收的休眠时间参数定时唤醒,周期性地上传或接收数据。
在上述的方案中,所述将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的多个数据采集设备进行分组包括:将具有相同调制和编码方案的数据采集设备分为一组。
在上述的方案中,所述计算每组数据采集设备的吞吐量包括:将每组对应的所有数据采集设备吞吐量之和作为每组的吞吐量。
在上述的方案中,所述根据每组数据采集设备的吞吐量对分组完成的数据采集设备进行分类处理包括:将各组数据采集设备的吞吐量记为Rj,对各组数据采集设备的吞吐量Rj进行降序排列,将前j-1组聚为第一类,将最后一组作为第二类。
在上述的方案中,所述定义参数σi,根据参数σi通过最大速率调度算法获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度包括:
定义参数
Figure BDA0003931796900000021
其中,TSPi为第i类数据采集设备的单位执行所有调度,
Figure BDA0003931796900000022
为所有类数据采集设备的总单位执行所有调度,Si为第i类数据采集设备的数据上传速度;
得到分类处理后第一类数据采集设备的单位执行所有调度TSP1和第二类数据采集设备的单位执行所有调度TSP2
在第一类数据采集设备中的各组数据采集设备的吞吐量进行降序排列,分离出数据采集设备吞吐量最小的组,计算其单位执行所有调度;
对分离完成的第一类数据采集设备中的各组数据采集设备的吞吐量进行降序排列,分离出当前数据采集设备吞吐量最小的组,计算其单位执行所有调度;
依次迭代,直到计算出第一类数据采集设备中所有分离出来的组的数据采集设备的单位执行所有调度TSP1j,其中
Figure BDA0003931796900000031
在上述的方案中,信号强度RSS计算公式为:
RSS=Pj+GTX-Plost+GRX
其中,Pj是数据采集设备的发送功率,GTX、GRX分别是发送端和接收端的天线增益,Plost=Pref+10lg(dη)+χ,其中,d是数据采集设备与对应的WIFI6接入点之间的距离,Pref是参考距离处的路径损耗,其中,参考距离为1m,η为路径损耗指数,χ为阴影衰落的标准差。
在上述的方案中,有效吞吐率公式为:
θ=P1P2γ·ρ,
其中,P1表示数据采集设备成功退避的概率,P2表示数据采集设备成功选择WIFI6接入点在触发帧中指定的随机接入空闲资源单位RU的概率,P1P2表示数据采集设备获得传输机会,且不与其他数据采集设备发生碰撞的概率,γ表示单个空闲资源单位RU上的传输速度,ρ表示有效数据占比。
在上述的方案中,数据采集设备成功退避的概率P1的计算公式为:
Figure BDA0003931796900000032
其中,W为数据采集设备退避窗口大小,m为资源单位RU的数量,b为数据采集设备的最大退避等级,
Figure BDA0003931796900000033
其中,n为WIFI6接入点对应的数据采集设备的数量。
在上述的方案中,数据采集设备的最大退避等级b的计算公式为:
Figure BDA0003931796900000034
其中,Wmax为数据采集设备最大退避窗口大小,Wmin为数据采集设备最小退避窗口大小。
在上述的方案中,有效数据占比ρ的计算公式为:
Figure BDA0003931796900000035
其中,Td为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点之间传输一个数据帧的时间长度,Tt为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点传输一个触发帧的时间长度,Tm为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点传输一个块答应帧的时间长度。
本发明实施例包括以下优点:
本发明实施例提供的基于WIFI6的变电站数据上传方法,通过控制同时活跃的数据采集设备数确定分组调度策略,提升信道利用率的同时提高了密集部署情境下的整体网络吞吐率及能效,实现了高效、低功耗的变电站数据传输。
附图说明
图1是本发明的变电站的数据上传模型的组成示意图。
图2是本发明的一种基于WIFI6的变电站数据上传方法实施例的步骤流程图。
图3是本发明的获取数据采集设备的单位执行所有调度的步骤流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示,本发明的变电站的数据上传模型如下:在变电站中存在若干个用于上传日常运行数据的数据采集设备,以及多个WIFI6接入点,计算每个数据采集设备到每个WIFI6接入点的信号强度RSS,并使得数据采集设备和具备最强的接收信号强度RSS的WIFI6接入点进行通信,即每个数据采集设备仅和一个WiFi6接入点保持链路连接,由此可将变电站中划分为若干个小区,且不计区间干扰。
如图2所示,本发明提供的一种基于WIFI6的变电站数据上传方法,包括:
步骤S1:通过接收信号强度RSS计算公式计算变电站区域内各个数据采集设备到各个WIFI6接入点的信号强度,根据计算得到的信号强度选择各个数据采集设备对应的最佳WIFI6接入点,并进行链路连接。
在本实施例中,信号强度RSS计算公式为:
RSS=Pj+GTX-Plost+GRX,其中,Pj是数据采集设备的发送功率,GTX、GRX分别是发送端和接收端的天线增益,Plost=Pref+10lg(dη)+χ,其中,d是数据采集设备与对应的WIFI6接入点之间的距离,Pref是参考距离处的路径损耗,其中,参考距离为1m,η为路径损耗指数,χ为阴影衰落的标准差。
步骤S2:通过有效吞吐率公式获取与对应的WIFI6接入点进行链路连接的各个数据采集设备的吞吐量。
在本实施例中,假设在将变电站中划分的某个小区中,有n个数据采集设备,该n个数据采集设备记为集合SA={si|i=1,2,…,n},在n个数据采集设备周围设有一个单天线的WIFI6接入点,每个数据采集设备均与WIFI6接入点相连,并可与WIFI6接入点协商关闭无线网络接口进入休眠状态,WIFI6接入点可用的资源单位RU的数量为m。
在本实施例中,数据采集设备基于OFDMA技术进行上行随机接入,退避计数器为0的数据采集设备共同竞争WIFI6接入点在触发帧中指定的资源单位RU,当两个数据采集设备随机选择了同一个资源单位RU时将在接收端发生包接收错误。
在本实施例中,有效吞吐率公式为:
θ=P1P2γ·ρ,其中,P1表示数据采集设备成功退避的概率,P2表示数据采集设备成功选择WIFI6接入点在触发帧中指定的随机接入空闲资源单位RU的概率,P1P2表示数据采集设备获得传输机会,且不与其他数据采集设备发生碰撞的概率,γ表示单个空闲资源单位RU上的传输速度,ρ表示有效数据占比;
在本实施例中,数据采集设备成功退避的概率P1的计算公式为:
Figure BDA0003931796900000051
其中,W为数据采集设备退避窗口大小,m为资源单位RU的数量,b为数据采集设备的最大退避等级,
Figure BDA0003931796900000052
其中,n为WIFI6接入点对应的数据采集设备的数量。
在本实施例中,数据采集设备的最大退避等级b的计算公式为:
Figure BDA0003931796900000053
其中,Wmax为数据采集设备最大退避窗口大小,Wmin为数据采集设备最小退避窗口大小。
在本实施例中,有效数据占比ρ的计算公式为:
Figure BDA0003931796900000054
其中,Td为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点之间传输一个数据帧的时间长度,Tt为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点传输一个触发帧的时间长度,Tm为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点传输一个块答应帧的时间长度。
步骤S3:将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的多个数据采集设备进行分组,计算每组数据采集设备的吞吐量,根据每组数据采集设备的吞吐量对分组完成的数据采集设备进行分类处理。
在本实施例中,所述将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的多个数据采集设备进行分组包括:将具有相同调制和编码方案的数据采集设备分为一组。
在本实施例中,所述计算每组数据采集设备的吞吐量包括:将每组对应的所有数据采集设备吞吐量之和作为每组的吞吐量。
在本实施例中,所述根据每组数据采集设备的吞吐量对分组完成的数据采集设备进行分类处理包括:将各组数据采集设备的吞吐量记为Rj,对各组数据采集设备的吞吐量Rj进行降序排列,将前j-1组聚为第一类,将最后一组作为第二类。
步骤S4:定义参数σi,根据参数σi通过最大速率调度算法获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度。
如图3所示,所述定义参数σi,根据参数σi通过最大速率调度算法获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度包括:
步骤S41:定义参数
Figure BDA0003931796900000061
其中,TSPi为第i类数据采集设备的单位执行所有调度,
Figure BDA0003931796900000062
为所有类数据采集设备的总单位执行所有调度,Si为第i类数据采集设备的数据上传速度;
步骤S42:得到分类处理后第一类数据采集设备的单位执行所有调度TSP1和第二类数据采集设备的单位执行所有调度TSP2
步骤S43:在第一类数据采集设备中的各组数据采集设备的吞吐量进行降序排列,分离出数据采集设备吞吐量最小的组,计算其单位执行所有调度;
步骤S44:对分离完成的第一类数据采集设备中的各组数据采集设备的吞吐量进行降序排列,分离出当前数据采集设备吞吐量最小的组,计算其单位执行所有调度;
步骤S45:依次迭代,直到计算出第一类数据采集设备中所有分离出来的组的数据采集设备的单位执行所有调度TSP1j,其中
Figure BDA0003931796900000063
步骤S5:根据获取的单位执行所有调度,WIFI6接入点通过TWT响应帧发送休眠时间参数至对应的数据采集设备,数据采集设备根据接收的休眠时间参数定时唤醒,周期性地上传或接收数据。
应该指出,上述详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式。此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位,如旋转90度或处于其他方位,并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在上面详细的说明中,参考了附图,附图形成本文的一部分。在附图中,类似的符号典型地确定类似的部件,除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下,其他实施方案可以被使用,并且可以作其他改变。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,所述方法包括:
通过接收信号强度RSS计算公式计算变电站区域内各个数据采集设备到各个WIFI6接入点的信号强度,根据计算得到的信号强度选择各个数据采集设备对应的最佳WIFI6接入点,并进行链路连接;
通过有效吞吐率公式获取与对应的WIFI6接入点进行链路连接的各个数据采集设备的吞吐量;
将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的多个数据采集设备进行分组,计算每组数据采集设备的吞吐量,根据每组数据采集设备的吞吐量对分组完成的数据采集设备进行分类处理;
定义参数σi,根据参数σi通过最大速率调度算法获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度;
根据获取的单位执行所有调度,WIFI6接入点通过TWT响应帧发送休眠时间参数至对应的数据采集设备,数据采集设备根据接收的休眠时间参数定时唤醒,周期性地上传或接收数据。
2.根据权利要求1所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,所述将与对应的WIFI6接入点进行链路连接的多个数据采集设备进行分组包括:将具有相同调制和编码方案的数据采集设备分为一组。
3.根据权利要求2所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,所述计算每组数据采集设备的吞吐量包括:将每组对应的所有数据采集设备吞吐量之和作为每组的吞吐量。
4.根据权利要求3所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,所述根据每组数据采集设备的吞吐量对分组完成的数据采集设备进行分类处理包括:将各组数据采集设备的吞吐量记为Rj,对各组数据采集设备的吞吐量Rj进行降序排列,将前j-1组聚为第一类,将最后一组作为第二类。
5.根据权利要求4所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,所述定义参数σi,根据参数σi通过最大速率调度算法获取吞吐量最大时经过分类处理的数据采集设备的单位执行所有调度包括:
定义参数
Figure FDA0003931796890000011
其中,TSPi为第i类数据采集设备的单位执行所有调度,
Figure FDA0003931796890000021
为所有类数据采集设备的总单位执行所有调度,Si为第i类数据采集设备的数据上传速度;
得到分类处理后第一类数据采集设备的单位执行所有调度TSP1和第二类数据采集设备的单位执行所有调度TSP2
在第一类数据采集设备中的各组数据采集设备的吞吐量进行降序排列,分离出数据采集设备吞吐量最小的组,计算其单位执行所有调度;
对分离完成的第一类数据采集设备中的各组数据采集设备的吞吐量进行降序排列,分离出当前数据采集设备吞吐量最小的组,计算其单位执行所有调度;
依次迭代,直到计算出第一类数据采集设备中所有分离出来的组的数据采集设备的单位执行所有调度TSP1j,其中
Figure FDA0003931796890000022
6.根据权利要求1所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,信号强度RSS计算公式为:
RSS=Pj+GTX-Plost+GRX
其中,Pj是数据采集设备的发送功率,GTX、GRX分别是发送端和接收端的天线增益,Plost=Pref+10lg(dη)+χ,其中,d是数据采集设备与对应的WIFI6接入点之间的距离,Pref是参考距离处的路径损耗,其中,参考距离为1m,η为路径损耗指数,χ为阴影衰落的标准差。
7.根据权利要求1所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,有效吞吐率公式为:
θ=P1P2γ·ρ,
其中,P1表示数据采集设备成功退避的概率,P2表示数据采集设备成功选择WIFI6接入点在触发帧中指定的随机接入空闲资源单位RU的概率,P1P2表示数据采集设备获得传输机会,且不与其他数据采集设备发生碰撞的概率,γ表示单个空闲资源单位RU上的传输速度,ρ表示有效数据占比。
8.根据权利要求7所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,数据采集设备成功退避的概率P1的计算公式为:
Figure FDA0003931796890000031
其中,W为数据采集设备退避窗口大小,m为资源单位RU的数量,b为数据采集设备的最大退避等级,
Figure FDA0003931796890000032
其中,n为WIFI6接入点对应的数据采集设备的数量。
9.根据权利要求8所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,数据采集设备的最大退避等级b的计算公式为:
Figure FDA0003931796890000033
其中,Wmax为数据采集设备最大退避窗口大小,Wmin为数据采集设备最小退避窗口大小。
10.根据权利要求7所述的基于WIFI6的变电站数据上传方法,其特征在于,有效数据占比ρ的计算公式为:
Figure FDA0003931796890000034
其中,Td为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点之间传输一个数据帧的时间长度,Tt为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点传输一个触发帧的时间长度,Tm为在数据采集设备与对应的WIFI6接入点传输一个块答应帧的时间长度。
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KR20220067841A (ko) * 2020-11-18 2022-05-25 부산대학교 산학협력단 빅데이터 기반 대규모 무선랜 관리 시스템 및 방법
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