基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于：該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優先級，不同類型的消息在信道接入時按照優先級的高低設置有不同的等待時間間隔。本發明能夠提高無線電力專網的信息傳送能力，保證應急消息的實時性和可靠性。
【專利說明】基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信網絡中的信道接入技術，具體地講，是一種基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法。
【背景技術】
[0002]電力無線專網是供電企業全面掌握各個用電客戶用電信息的數據支持系統，具有電力負荷實施監控、遠程抄表、電能質量監測、線損分析、無功補償管理等功能，由主站計算機和遠方的數據采集終端組成。建設智能電力無線專網的重點之一是無線信道接入方式的研究，MAC協議是多個用戶共享物理介質時必須遵循的控制協議，能解決如何有效的進行資源分配以提供高效的多址能力，在通信及時性和可靠性方面起關鍵的作用。在網絡規模不斷擴大、應用環境要求不斷提高情況下，MAC協議在用戶雙方實現高效通信，提高網絡的吞吐量、時延、頻譜利用率、系統容量方面有較大的影響。
[0003]現有電力無線專網采用統一的輪詢接入方式，在用戶數少、業務量小、環境理想的情況下，輪詢接入方式能夠滿足電力無線網的基本需求。但是隨著用戶數的不斷增加，部分終端不能與基站直接連接，需要通過鄰居終端進行中繼來實現與基站的通信，如此增加了網絡的復雜度和通信業務的種類。
[0004]由于在電力無線專網中存在著終端自組網，輪詢接入不能滿足當前要求，存在以下問題:
[0005]I)在信道接入時，基站和終端完全對等，基站不能有效的控制整個網絡，從而降低了整個網絡的通信速率；
[0006]2)網絡中業務種類較多，且未設優先級，網絡不能及時傳輸主站召測的電力業務;
[0007]3)當終端出現緊急情況時，輪詢接入不能保證終端緊急數據的及時傳輸；
[0008]4)輪詢組網時延過大，浪費了無線通信資源。
【發明內容】
[0009]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，通過該方法能夠提高無線電力專網的信息傳送能力，保證應急消息的實時性和可靠性。
[0010]為了達到上述目的，本發明所采用的具體技術方案如下:
[0011]一種基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其關鍵在于:該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，前置機作為所述主站計算機的接口設備，對主站計算機與基站之間的數據進行分類、匯總和分發；在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優先級，不同類型的消息在信道接入時按照優先級的高低設置有不同的等待時間間隔。
[0012]本方案采用無線自組網和有線網絡相融合的方式，數據采集終端與基站之間通過一跳或多跳的方式進行網絡自組，基站與主站計算機之間采用有線連接，在無線自組網絡中，根據業務類型設置不同的優先級別，將優先級高的消息提前發送，從而保證整個網絡中應急信息的實時傳輸，提高網絡效率。
[0013]作為進一步描述，在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中，消息的類型包括以下幾類:
[0014]O:數據采集終端主動上傳的緊急消息；
[0015]1:基站下發的消息；
[0016]2:數據采集終端發送的數據消息；
[0017]3:數據采集終端發送的在網維護消息；
[0018]4:數據采集終端發送的入網請求消息；
[0019]5:數據采集終端發送的退網請求消息；
[0020]上述6類消息對應為的優先級依次為O?5。
[0021]采用上述機制，當數據采集終端遇到緊急情況時，需要主動上報緊急消息，因此設置優先級最高，設置等待時間為0，保證應急信息的實時傳輸。除此之外，網絡中的基站必須參與任意一次完整的信息傳輸通信，即任意一次完整的信息傳輸通信都是由基站發起或者是由基站終止的。因此，為了保證整個網絡的可控性和有序性，基站下發的消息優先級次之。
[0022]在傳統網絡中，與網絡管理消息相比，數據業務數據量大，傳輸時間較長，因此為了維護整個網絡的穩定性，優先傳輸管理消息。本網絡為靜止網絡，網絡拓撲動態變化較小；并且主站對數據的實時性要求較高,在本網絡中，與管理消息相比,優先傳輸數據業務，因此，數據采集終端發送的數據消息優先級設為2。
[0023]由于本網絡為靜態網絡，在網維護信息較少，為了維護網絡的穩定性，優先保證已接入網絡終端的正常通信，因此，在網維護消息優先級較高，其次為入網消息，最后為退網消息。
[0024]再進一步描述，當數據采集終端與基站進行信道接入時，如果傳輸的消息類型為i，i = O?5，則對應的等待時間為i個單位的前導時間，通過設置不同的等待時間來保證優先級高的消息提前傳輸。
[0025]為了便于數據的管理，在數據采集終端和基站的MAC層中，其數據幀結構包括了 3個bit的優先級控制域,按照二進制順序從000?111依次對應最大可設8個優先級。
[0026]具體傳輸過程中，所述數據采集終端和基站進行消息處理的步驟如下:
[0027]步驟1:MAC層按照預設的MAC幀格式組裝MAC幀消息，所述MAC幀消息根據消息的類型設定了相應的優先級；
[0028]步驟2:物理層按照MAC幀中的優先級確定發送時間；
[0029]步驟3:當上一幀數據的物理幀幀尾到達時，通過CSMA/CA算法進行信道檢測；
[0030]步驟4:當到達發送時間時信道仍然空閑，則發送該MAC幀消息，如果在發送時間到達前信道被占用，則MAC層需要等到下一個物理幀結束后，重新進行信道檢測。
[0031]針對本方案所設計的電力無線專網而言，所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中采用了 40個離散頻點作為信道頻點，分別為15對雙工頻點和10個單工頻點，其中雙工頻點的頻段為223.525MHz~224.650MHz，230.525~231.650MHz，單工頻點的頻段為228.075MHz~228.750MHz，相鄰頻道間隔為25kHz，每個頻道占用帶寬小于25kHz。
[0032]為了避免同頻干擾，提高消息傳輸的穩定性，本方案所設計的電力無線專網將40個離散頻點分為7個頻點集合，每個頻點集合包括5~6個離散頻點，相鄰兩個基站使用不同的頻點集合，各個基站按照7小區蜂窩組網結構進行異頻蜂窩組網。
[0033]本發明的顯著效果是:
[0034]I)保證整個網絡以基站為中心，實現電力業務、無線信道資源的總體規劃及精準控制；
[0035]2)基于業務分類，優先傳輸終端應急信息和主站信息，終端出現緊急情況后信息可以及時上報，而且主站的核心關鍵業務也能平穩運行；
[0036]3)采用隨機競爭接入能夠降低時延，提升網絡的實時性，從而提高網絡的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1為本發明的網絡拓撲結構圖； [0038]圖2為本發明物理幀結構示意圖；
[0039]圖3為本發明網絡節點進行消息處理的步驟流程圖；
[0040]圖4為本發明系統蜂窩組網時的信道分配示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0042]圖1所示，一種基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，前置機作為所述主站計算機的接口設備，對主站計算機與基站之間的數據進行分類、匯總和分發；在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優先級，不同類型的消息在信道接入時按照優先級的高低設置有不同的等待時間間隔。
[0043]在實施過程中，通常MAC幀中包含了 2個字節的幀控制域，如表1所示，本方案中的中貞控制域分別由2bit分片標志、3bit優先級標志、Ibit類型標志、5bit子類型標志、Ibit智能路由標志、lbit加密標志、lbit功率管理標志、lbit重傳標志和Ibit預留位組成，具體如表2所示。
[0044]表1通用MAC幀格式
^長度域幀控制域源地址I Hliltt Ilii CRC WEW |
[0045]域字 I?數 2__22 j 2I__2 —變 1...................ft1...........................................幀頭........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................1
[0046]表2幀控制域格式
【權利要求】
1.一種基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:該電力無線專網包括主站計算機、前置機、基站和數據采集終端，數據采集終端用于實現電力負控信息采集，多個所述數據采集終端通過無線自組網的方式與基站相連，基站與主站計算機之間采用有線鏈路連接，前置機作為所述主站計算機的接口設備，對主站計算機與基站之間的數據進行分類、匯總和分發；在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中按照業務類型將消息分為了至少6類，每一類消息對應一種優先級，不同類型的消息在信道接入時按照優先級的高低設置有不同的等待時間間隔。
2.根據權利要求1所述的基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:在多個所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中，消息的類型包括以下幾類: 0:數據采集終端主動上傳的緊急消息； 1:基站下發的消息； 2:數據采集終端發送的數據消息； 3:數據采集終端發送的在網維護消息； 4:數據采集終端發送的入網請求消息； 5:數據采集終端發送的退網請求消息； 上述6類消息對應為的優先級依次為O~5。
3.根據權利要求2所述的基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:當數據采集終端與基站進行信道接入時，如果傳輸的消息類型為i，i = O~5，則對應的等待時間為i個單位的前導時間。
4.根據權利要求1所述的基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:在數據采集終端和基站的MAC層中，其數據幀結構包括了 3個bit的優先級控制域，按照二進制順序從OOO~111依次對應最大可設8個優先級。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于，所述數據采集終端和基站進行消息處理的步驟如下: 步驟1:MAC層按照預設的MAC幀格式組裝MAC幀消息，所述MAC幀消息根據消息的類型設定了相應的優先級； 步驟2:物理層按照MAC幀中的優先級確定發送時間； 步驟3:當上一幀數據的物理幀幀尾到達時，通過CSMA/CA算法進行信道檢測； 步驟4:當到達發送時間時信道仍然空閑，則發送該MAC幀消息，如果在發送時間到達前信道被占用，則MAC層需要等到下一個物理幀結束后，重新進行信道檢測。
6.根據 權利要求1一4任意一項所述的基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:所述數據采集終端與基站組成的無線自組織網絡中采用了 40個離散頻點作為信道頻點，分別為15對雙工頻點和10個單工頻點，其中雙工頻點的頻段為223.525MHz ~224.650MHz, 230.525 ~231.650MHz,單工頻點的頻段為 228.075MHz ~228.750MHz，相鄰頻道間隔為25kHz，每個頻道占用帶寬小于25kHz。
7.根據權利要求6所述的基于業務分類的電力無線專網信道接入控制方法，其特征在于:電力無線專網將40個離散頻點分為7個頻點集合，每個頻點集合包括5~6個離散頻點，相鄰兩個基站使用不同的頻點集合，各個基站按照7小區蜂窩組網結構進行異頻蜂窩組網。
【文檔編號】H04W74/04GK103929823SQ201410190496
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】黃天聰, 袁揚, 楊毅, 趙興成, 廖萬麗, 何昊辰, 牛丹丹, 馮文江, 覃劍, 吳玉成 申請人:重慶大學