CN116436943A - 一种应用于输变电设备物联网的通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于输变电设备物联网的通信系统及方法,包括依次通信连接的宽窄带融合核心网、融合网关、接入控制器、接入节点、汇聚节点和传感器终端;所述接入节点内集成有宽带板卡、宽带独立天线、窄带板卡和窄带独立天线;所述传感器终端分为有线传感器终端和无线传感器终端;所述汇聚节点、有线传感器终端和无线传感器终端的数量设置为多个;所述接入节点和汇聚节点电性之间通过无线通信链路或有线通信链路连接,根据业务需求和网络质量选择合适的网络通信方式,保证物联网宽窄网络的可靠安全传输、提高网络资源的利用率、优化输变电设备的传输性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,具体涉及应用于输变电设备物联网的通信系统及方法。
背景技术
在电力物联网领域中,输变电设备物联网作为一种电力系统的应用网络,是智能电网的重要组成部分。输变电设备物联网通过多媒体设备、传感器、射频识别等智能化感知设备,利用信息处理及通信技术,并遵循各类电力系统的规约协议,对输变电设备进行智能状态感知、灵活数据传输和寿命周期管理等。
当前输变电设备物联网中传感器终端的数据通信方式比较单一,还没有综合考虑传感器终端窄带网络与宽带网络互相兼容的问题,无法满足智能电网环境对于在线监测和规模化控制的需求。窄带网络覆盖范围小,较难组网,但是通过窄带传输数据,调制简单且设备成本较低;宽带网络覆盖范围大,较易组网,但是通过宽带传输数据成本较高,且宽带网络的信道质量易受影响,当信道质量太低时,输变电设备终端经由宽带网络的信道与宽带基站之间的连接会变得不可靠,导致传输延迟或传输失败等。
因此,制定适合电力物联网的宽窄带混合组网架构,以支持不同网络通信方式和多种传感器的接口标准,是目前行业内关心的问题。对于输变电设备物联网来说,针对输变电设备的数据传输特点,如何保证物联网业务的可靠安全传输、提高网络资源的利用率、优化输变电设备的传输性能已成为电力物联网通信研究的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于输变电设备物联网的通信系统及方法,根据业务需求和网络质量选择合适的网络通信方式,保证物联网宽窄网络的可靠安全传输、提高网络资源的利用率、优化输变电设备的传输性能。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
本发明第一方面提供了一种应用于输变电设备物联网的通信系统,包括依次通信连接的宽窄带融合核心网、融合网关、接入控制器、接入节点、汇聚节点和传感器终端;所述接入节点内集成有宽带板卡、宽带独立天线、窄带板卡和窄带独立天线;所述传感器终端分为有线传感器终端和无线传感器终端;所述汇聚节点、有线传感器终端和无线传感器终端的数量设置为多个;所述接入节点和汇聚节点电性之间通过无线通信链路或有线通信链路连接,所述有线传感器终端和汇聚节点之间通过有线通信链路连接;所述无线传感器终端和汇聚节点之间通过无线通信链路连接;
所述传感器终端同时处在宽带网络和窄带网络覆盖范围时,根据业务需求选择宽带网络或窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
优选的,所述宽窄带融合核心网至有线传感器终端、所述宽窄带融合核心网至有线传感器终端的通信连接为双向传输通道。
优选的,所述有线传感器终端通过光纤等有线连接方式传输数据,通过线缆进行供电。
优选的,所述无线传感器终端为宽窄带双模终端,具有宽带收发接口和窄带接收接口。
本发明第二方面提供了一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,包括:
获取传感器终端传输的业务需求;所述业务需求包括时效性需求组、传输稳定性需求组和信道质量需求;
基于时效性需求组和信道质量需求选择宽带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据;然后基于传输稳定性需求组和信道质量需求选择窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
优选的,基于时效性需求组和信道质量需求选择宽带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
所述时效性需求组包含通信传输容量需求、传输的时延需求和传输的准确率需求;当通信传输容量需求大于设定传输容量阈值、传输的时延需求小于设定时延阈值或者传输的准确率需求大于设定准确率阈值时,判断宽带网络的信道质量是否满足业务的信道质量需求;
若宽带网络的信道质量满足业务的信道质量需求选择宽带网络传输业务数据;若宽带网络的信道质量未满足业务的信道质量需求,选择同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
优选的,基于传输稳定性需求组和信道质量需求选择窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
所述传输稳定性需求组包含移动性需求和互动能力需求;当通信传输容量需求小于设定传输容量阈值、传输的时延需求大于设定时延阈值或者传输的准确率需求小于设定准确率阈值时,判断窄带网络是否满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求;若窄带网络满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求,选择窄带网络传输业务数据;若窄带网络未满足业务的移动性需求、互动能力需求或信道质量需求,选择同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
优选的,同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:通过传感器终端提前对业务数据进行随机线性网络编码获得编码包,按照宽带网络和窄带网络的信道传输速率比分配编码包至宽带网络和窄带网络进行传输至融合网关。
优选的,通过传感器终端提前对业务数据进行随机线性网络编码获得编码包的方法包括:
将业务数据分为静态业务数据和动态业务数据;利用系统型编码方式对静态业务数据进行编码形成编码包,利用流型编码方式对动态业务数据进行编码形成编码包。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明通过有效结合宽带网络和窄带网络,根据业务需求和网络信道质量为每一传感器终端选择合适的网络通信方式,并利用网络编码技术,保证了物联网终端通信业务的可靠安全传输,提高了网络资源的利用率,优化了输变电设备的传输性能。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的结构图;
图2是本发明提供的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示,本实施例提供了一种应用于输变电设备物联网的通信系统,包括依次通信连接的宽窄带融合核心网、融合网关、接入控制器、接入节点、汇聚节点和传感器终端;所述传感器终端分为有线传感器终端和无线传感器终端;所述宽窄带融合核心网至有线传感器终端、所述宽窄带融合核心网至有线传感器终端的通信连接为双向传输通道。所述融合网关通过协议翻译,对宽带网络和窄带网络的业务数据进行分析和转发,实现宽带网络和窄带网络业务的互通。
所述接入节点内集成有宽带板卡、宽带独立天线、窄带板卡和窄带独立天线;所述宽带板卡根据无线频率和带宽采用支持宽带设备接入的参数以及调制方式实现物理层,所述窄带板卡根据无线频率和带宽采用支持窄带设备接入的参数以及调制方式实现物理层;所述宽带独立天线在空口上支持宽带设备接入,所述窄带独立天线在空口上支持窄带设备接入。
所述汇聚节点、有线传感器终端和无线传感器终端的数量设置为多个;所述接入节点和汇聚节点电性之间通过无线通信链路或有线通信链路连接。
所述有线传感器终端和汇聚节点之间通过有线通信链路连接;所述无线传感器终端和汇聚节点之间通过无线通信链路连接。所述有线传感器终端通过光纤等有线连接方式传输数据,通过线缆进行供电。所述无线传感器终端为宽窄带双模终端,具有宽带收发接口和窄带接收接口,根据宽窄带融合通信方法完成数据传输。
实施例二
如图2所示,本实施例提供了一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,本方法应用于实施例一所述通信系统,通信方法包括:
检测传感器终端所处覆盖的网络环境;
当传感器终端仅处于窄带网络覆盖中,选择窄带网络传输业务数据;当传感器终端仅处于宽带网络覆盖中,选择宽带网络传输业务数据;
当传感器终端同时处在宽带网络和窄带网络覆盖范围内时,获取传感器终端传输的业务需求;所述业务需求包括时效性需求组、传输稳定性需求组和信道质量需求;具体业务数据为:通信传输容量大、实时性要求高的业务数据,如视频监控等,对可靠性、实时性要求较高的业务数据,如精准控制、配电自动化等。
基于时效性需求组和信道质量需求选择宽带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
所述时效性需求组包含通信传输容量需求、传输的时延需求和传输的准确率需求;当通信传输容量需求大于设定传输容量阈值、传输的时延需求小于设定时延阈值或者传输的准确率需求大于设定准确率阈值时,判断宽带网络的信道质量是否满足业务的信道质量需求;若宽带网络的信道质量满足业务的信道质量需求选择宽带网络传输业务数据;若宽带网络的信道质量未满足业务的信道质量需求,选择同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
然后基于传输稳定性需求组和信道质量需求选择窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
所述传输稳定性需求组包含移动性需求和互动能力需求;当通信传输容量需求小于设定传输容量阈值、传输的时延需求大于设定时延阈值或者传输的准确率需求小于设定准确率阈值时,判断窄带网络是否满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求;具体业务数据为:对移动性、互动通信能力要求高的业务数据,如移动巡检等;若窄带网络满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求,选择窄带网络传输业务数据;若窄带网络未满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求,选择同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
通过传感器终端提前对业务数据进行随机线性网络编码获得编码包,宽带信道传输速率为Cbroad,窄带信号传输速率为Cnarrow,按照宽带网络和窄带网络的信道传输速率比分配编码包至宽带网络和窄带网络进行传输至融合网关;例如,当Cbroad=10·Cnarrow时,无线传感器终端每通过宽带信道发送10个编码包会通过窄带信道发送1个编码包。
其中,通过传感器终端提前对业务数据进行随机线性网络编码获得编码包的方法包括:
将业务数据分为静态业务数据和动态业务数据,其中,所述静态业务数据为在传输开始前已经确定的待传输数据包(比如文件),所述动态业务数据为实时到达的数据(比如流媒体);
所述随机线性网络编码分为系统型编码和流型编码;利用系统型编码方式对静态业务数据进行编码形成编码包,系统型编码为涵盖整个待传输数据包的编码;利用流型编码方式对动态业务数据进行编码形成编码包,流型编码为对待传输的数据进行因果地、滑动窗口形式地编码。
通过有效结合宽带网络和窄带网络,根据业务需求和网络信道质量为每一传感器终端选择合适的网络通信方式,并利用网络编码技术,保证了物联网终端通信业务的可靠安全传输,提高了网络资源的利用率,优化了输变电设备的传输性能。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种应用于输变电设备物联网的通信系统,其特征在于,包括依次通信连接的宽窄带融合核心网、融合网关、接入控制器、接入节点、汇聚节点和传感器终端;所述接入节点内集成有宽带板卡、宽带独立天线、窄带板卡和窄带独立天线;所述传感器终端分为有线传感器终端和无线传感器终端;所述汇聚节点、有线传感器终端和无线传感器终端的数量设置为多个;所述接入节点和汇聚节点电性之间通过无线通信链路或有线通信链路连接,所述有线传感器终端和汇聚节点之间通过有线通信链路连接;所述无线传感器终端和汇聚节点之间通过无线通信链路连接;
所述传感器终端同时处在宽带网络和窄带网络覆盖范围时,根据业务需求选择宽带网络或窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
2.根据权利要求1所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统,其特征在于,所述宽窄带融合核心网至有线传感器终端、所述宽窄带融合核心网至有线传感器终端的通信连接为双向传输通道。
3.根据权利要求1所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统,其特征在于,所述有线传感器终端通过光纤等有线连接方式传输数据,通过线缆进行供电。
4.根据权利要求1所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统,其特征在于,所述无线传感器终端为宽窄带双模终端,具有宽带收发接口和窄带接收接口。
5.根据权利要求1至权利要求4任一项所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,包括:
获取传感器终端传输的业务需求;所述业务需求包括时效性需求组、传输稳定性需求组和信道质量需求;
基于时效性需求组和信道质量需求选择宽带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据;然后基于传输稳定性需求组和信道质量需求选择窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
6.根据权利要求5所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,其特征在于,基于时效性和传输稳定性需求组和信道质量需求选择宽带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
所述时效性和传输稳定性需求组包含通信传输容量需求、传输的时延需求和传输的准确率需求;当通信传输容量需求大于设定传输容量阈值、传输的时延需求小于设定时延阈值或者传输的准确率需求大于设定准确率阈值时,判断宽带网络的信道质量是否满足业务的信道质量需求;若宽带网络的信道质量满足业务的信道质量需求选择宽带网络传输业务数据;若宽带网络的信道质量未满足业务的信道质量需求,选择同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
7.根据权利要求6所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,其特征在于,基于传输稳定性需求组和信道质量需求选择窄带网络传输业务数据,或同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:
所述传输稳定性需求组包含移动性需求和互动能力需求;当通信传输容量需求小于设定传输容量阈值、传输的时延需求大于设定时延阈值或者传输的准确率需求小于设定准确率阈值时,判断窄带网络是否满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求;若窄带网络满足业务的移动性需求、互动能力需求和信道质量需求,选择窄带网络传输业务数据;若窄带网络未满足业务的移动性需求、互动能力需求或信道质量需求,选择同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,其特征在于,同时利用宽带网络和窄带网络传输业务数据的方法包括:通过传感器终端提前对业务数据进行随机线性网络编码获得编码包,按照宽带网络和窄带网络的信道传输速率比分配编码包至宽带网络和窄带网络进行传输至融合网关。
9.根据权利要求8所述的一种应用于输变电设备物联网的通信系统的通信方法,其特征在于,通过传感器终端提前对业务数据进行随机线性网络编码获得编码包的方法包括:
将业务数据分为静态业务数据和动态业务数据;利用系统型编码方式对静态业务数据进行编码形成编码包,利用流型编码方式对动态业务数据进行编码形成编码包。
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