基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法，其特征在于：该电力无线专网包括主站计算机、前置机、基站和数据采集终端，数据采集终端用于实现电力负控信息采集，多个所述数据采集终端通过无线自组网的方式与基站相连，基站与主站计算机之间采用有线链路连接，在多个所述数据采集终端与基站组成的无线自组织网络中按照业务类型将消息分为了至少6类，每一类消息对应一种优先级，不同类型的消息在信道接入时按照优先级的高低设置有不同的等待时间间隔。本发明专利技术能够提高无线电力专网的信息传送能力，保证应急消息的实时性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法
本专利技术涉及无线通信网络中的信道接入技术，具体地讲，是一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法。
技术介绍
电力无线专网是供电企业全面掌握各个用电客户用电信息的数据支持系统，具有电力负荷实施监控、远程抄表、电能质量监测、线损分析、无功补偿管理等功能，由主站计算机和远方的数据采集终端组成。建设智能电力无线专网的重点之一是无线信道接入方式的研究，MAC协议是多个用户共享物理介质时必须遵循的控制协议，能解决如何有效的进行资源分配以提供高效的多址能力，在通信及时性和可靠性方面起关键的作用。在网络规模不断扩大、应用环境要求不断提高情况下，MAC协议在用户双方实现高效通信，提高网络的吞吐量、时延、频谱利用率、系统容量方面有较大的影响。现有电力无线专网采用统一的轮询接入方式，在用户数少、业务量小、环境理想的情况下，轮询接入方式能够满足电力无线网的基本需求。但是随着用户数的不断增加，部分终端不能与基站直接连接，需要通过邻居终端进行中继来实现与基站的通信，如此增加了网络的复杂度和通信业务的种类。由于在电力无线专网中存在着终端自组网，轮询接入不能满足当前要求，存在以下问题：1)在信道接入时，基站和终端完全对等，基站不能有效的控制整个网络，从而降低了整个网络的通信速率；2)网络中业务种类较多，且未设优先级，网络不能及时传输主站召测的电力业务；3)当终端出现紧急情况时，轮询接入不能保证终端紧急数据的及时传输；4)轮询组网时延过大，浪费了无线通信资源。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法，通过该方法能够提高无线电力专网的信息传送能力，保证应急消息的实时性和可靠性。为了达到上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法，其关键在于：该电力无线专网包括主站计算机、前置机、基站和数据采集终端，数据采集终端用于实现电力负控信息采集，多个所述数据采集终端通过无线自组网的方式与基站相连，基站与主站计算机之间采用有线链路连接，前置机作为所述主站计算机的接口设备，对主站计算机与基站之间的数据进行分类、汇总和分发；在多个所述数据采集终端与基站组成的无线自组织网络中按照业务类型将消息分为了至少6类，每一类消息对应一种优先级，不同类型的消息在信道接入时按照优先级的高低设置有不同的等待时间间隔。本方案采用无线自组网和有线网络相融合的方式，数据采集终端与基站之间通过一跳或多跳的方式进行网络自组，基站与主站计算机之间采用有线连接，在无线自组网络中，根据业务类型设置不同的优先级别，将优先级高的消息提前发送，从而保证整个网络中应急信息的实时传输，提高网络效率。作为进一步描述，在多个所述数据采集终端与基站组成的无线自组织网络中，消息的类型包括以下几类：0：数据采集终端主动上传的紧急消息；1：基站下发的消息；2：数据采集终端发送的数据消息；3：数据采集终端发送的在网维护消息；4：数据采集终端发送的入网请求消息；5：数据采集终端发送的退网请求消息；上述6类消息对应为的优先级依次为0～5。采用上述机制，当数据采集终端遇到紧急情况时，需要主动上报紧急消息，因此设置优先级最高，设置等待时间为0，保证应急信息的实时传输。除此之外，网络中的基站必须参与任意一次完整的信息传输通信，即任意一次完整的信息传输通信都是由基站发起或者是由基站终止的。因此，为了保证整个网络的可控性和有序性，基站下发的消息优先级次之。在传统网络中，与网络管理消息相比，数据业务数据量大，传输时间较长，因此为了维护整个网络的稳定性，优先传输管理消息。本网络为静止网络，网络拓扑动态变化较小；并且主站对数据的实时性要求较高，在本网络中，与管理消息相比，优先传输数据业务，因此，数据采集终端发送的数据消息优先级设为2。由于本网络为静态网络，在网维护信息较少，为了维护网络的稳定性，优先保证已接入网络终端的正常通信，因此，在网维护消息优先级较高，其次为入网消息，最后为退网消息。再进一步描述，当数据采集终端与基站进行信道接入时，如果传输的消息类型为i,i＝0～5,则对应的等待时间为i个单位的前导时间，通过设置不同的等待时间来保证优先级高的消息提前传输。为了便于数据的管理，在数据采集终端和基站的MAC层中，其数据帧结构包括了3个bit的优先级控制域，按照二进制顺序从000～111依次对应最大可设8个优先级。具体传输过程中，所述数据采集终端和基站进行消息处理的步骤如下：步骤1：MAC层按照预设的MAC帧格式组装MAC帧消息，所述MAC帧消息根据消息的类型设定了相应的优先级；步骤2：物理层按照MAC帧中的优先级确定发送时间；步骤3：当上一帧数据的物理帧帧尾到达时，通过CSMA/CA算法进行信道检测；步骤4：当到达发送时间时信道仍然空闲，则发送该MAC帧消息，如果在发送时间到达前信道被占用，则MAC层需要等到下一个物理帧结束后，重新进行信道检测。针对本方案所设计的电力无线专网而言，所述数据采集终端与基站组成的无线自组织网络中采用了40个离散频点作为信道频点，分别为15对双工频点和10个单工频点，其中双工频点的频段为223.525MHz～224.650MHz，230.525～231.650MHz，单工频点的频段为228.075MHz～228.750MHz，相邻频道间隔为25kHz，每个频道占用带宽小于25kHz。为了避免同频干扰，提高消息传输的稳定性，本方案所设计的电力无线专网将40个离散频点分为7个频点集合，每个频点集合包括5～6个离散频点，相邻两个基站使用不同的频点集合，各个基站按照7小区蜂窝组网结构进行异频蜂窝组网。本专利技术的显著效果是：1)保证整个网络以基站为中心，实现电力业务、无线信道资源的总体规划及精准控制；2)基于业务分类，优先传输终端应急信息和主站信息，终端出现紧急情况后信息可以及时上报，而且主站的核心关键业务也能平稳运行；3)采用随机竞争接入能够降低时延，提升网络的实时性，从而提高网络的效率。附图说明图1为本专利技术的网络拓扑结构图；图2为本专利技术物理帧结构示意图；图3为本专利技术网络节点进行消息处理的步骤流程图；图4为本专利技术系统蜂窝组网时的信道分配示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。图1所示，一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法，该电力无线专网包括主站计算机、前置机、基站和数据采集终端，数据采集终端用于实现电力负控信息采集，多个所述数据采集终端通过无线自组网的方式与基站相连，基站与主站计算机之间采用有线链路连接，前置机作为所述主站计算机的接口设备，对主站计算机与基站之间的数据进行分类、汇总和分发；在多个所述数据采集终端与基站组成的无线自组织网络中按照业务类型将消息分为了至少6类，每一类消息对应一种优先级，不同类型的消息在信道接入时按照优先级的高低设置有不同的等待时间间隔。在实施过程中，通常MAC帧中包含了2个字节的帧控制域，如表1所示，本方案中的帧控制域分别由2bit分片标志、3bit优先级标志、1bit类型标志、5bit子类型标志、1bit智能路由标志、1bit加密标志、1bit功率管理标志、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法，其特征在于：该电力无线专网包括主站计算机、前置机、基站和数据采集终端，数据采集终端用于实现电力负控信息采集，多个所述数据采集终端通过无线自组网的方式与基站相连，基站与主站计算机之间采用有线链路连接，前置机作为所述主站计算机的接口设备，对主站计算机与基站之间的数据进行分类、汇总和分发；在多个所述数据采集终端与基站组成的无线自组织网络中按照业务类型将消息分为了至少6类，每一类消息对应一种优先级，不同类型的消息在信道接入时按照优先级的高低设置有不同的等待时间间隔。

【技术特征摘要】
1.一种基于业务分类的电力无线专网信道接入控制方法，其特征在于：该电力无线专网包括主站计算机、前置机、基站和数据采集终端，数据采集终端用于实现电力负控信息采集，多个所述数据采集终端通过无线自组网的方式与基站相连，基站与主站计算机之间采用有线链路连接，前置机作为所述主站计算机的接口设备，对主站计算机与基站之间的数据进行分类、汇总和分发；所述数据采集终端与基站之间通过一跳或多跳的方式进行网络自组，该无线自组织网络中采用了40个离散频点作为信道频点，分别为15对双工频点和10个单工频点，其中双工频点的频段为223.525MHz～224.650MHz，230.525～231.650MHz，单工频点的频段为228.075MHz～228.750MHz，相邻频道间隔为25kHz，每个频道占用带宽小于25kHz；电力无线专网将40个离散频点分为7个频点集合，每个频点集合包括5～6个离散频点，相邻两个基站使用不同的频点集合，各个基站按照7小区蜂窝组网结构进行异频蜂窝组网；每个基站使用1个频率集，基站同时使用4个频点与所辖的数据采集终端通信，每个数据采集终端只使用其中的1个频点，频点集合中剩余的1-2个频点作为备用频点，只在频点收到干扰时切换使用；在数据采集终端和基站的MAC层中，帧控制域分别由2bit分片标志、3bit优先级标志、1bit类型标志、5bit子类型标志、1bit智能路由标志、1bit加密标志、1bit功率管理标志、1b...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄天聪，袁扬，杨毅，赵兴成，廖万丽，何昊辰，牛丹丹，冯文江，覃剑，吴玉成，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85