本发明专利技术公开了智能电网中基于认知无线电的通信网系统和组网方法，系统包括：传感器节点、汇聚节点和骨干网；传感器节点中无线通信模块包括认知选择控制模块和具有无线通信功能的ZigBee射频模块及230MHz射频模块，认知选择控制模块周期性检测网络中空闲频段的信道可用性，如果符合通信要求则进入所选频段相应的射频模块进行通信；传感器节点感知频谱空闲情况，并选择合适频段与汇聚节点通信；汇聚节点对上传的数据进行汇总和压缩，基于电力线载波上传到骨干网。本发明专利技术利用2.4GHz频段和230MHz频段相结合，运用认知无线电到智能电网的传输中，感知当前频谱占用情况，在多个频段中自动切换，实现数据的智能化、高效率传输。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能电网组网
，尤其涉及。
技术介绍
在智能电网的无线监测与远程抄表系统中，数据网络技术的选择一般要具备:一是组建的网络要有自动组网功能、数据传输可靠等性能；二是灵活的组网方式、低成本的控制、低能量的消耗、较高的传输安全性是无线传感网络监测系统所必须具备的。现阶段，发展起来热门流行的短距离无线数据网络技术分别是W1-F1、蓝牙技术、ZigBee、超宽带技术(Ultra Wideband,简称UWB)和近距离无线传输(Near FieldCommunication,简称NFC)技术,下面对这些技术分别进行介绍:1、蓝牙技术(Bluetooth)蓝牙技术克服了红外需要对准才能传输的缺点，利用蓝牙技术来实现设备间的无线通信。蓝牙的出现实现了设备在小范围内的快速、安全、低功耗的数据传输，也是目前无线个域网(Wireless PersonalArea Network,简称WPAN)的主流技术之一。它米用了全球通用的2.4GHz的ISM频率段，确保了在全世界能够畅通无阻地使用。该频率段采用了 23个或79个频道间隔为IMz时分双工方式，使用快速调频(1600跳/s)技术抗干扰，在发射功率为ImW时，IOm范围内都可以传输，当加大功率到IOOmW时，通信距离可以扩展到100m。蓝牙技术组网灵活，目前已广泛运用于三合一电话、内特网桥、交互性会议、数码相机中图像的无线传输和各种家用电器中。2、W1-Fi(IEEE802.11)W1-Fi是IEEE定义的无线网络通信的工业标准(IEEE802.11)。W1-Fi最早是在1997年提出来的，主要定义了介质访问层(MAC层)和物理层。在物理层，W1-Fi定义了一个2.4GHz的ISM频段，总的数据传输速率为2Mb/s。1999年，IEEE又定义了两个补充版本:802.1la和802.lib。其中802.1la是在5GHz的ISM频段上速率为54Mb/s的物理层，而802.1lb则是在2.4GHz的ISM频段上传输速率为llMb/s的物理层。由于2.4GHz在世界上大多数国家通用，所以IEEE802.1lb得到了更多的应用，也是当前应用最为广泛的WLAN标准，W1-Fi技术具有的特点有:第一，覆盖面积广，半径能达到100m,可在整栋大楼中应用。而最近Vivato公司推出的一款新型交换机能把W1-Fi无线网络的通信距离扩大到6500m。第二，W1-Fi网络的传输速度很快，可以达到llMb/s，但是传输的质量不是太好，安全性能不及蓝牙。第三，厂商进入该领域的门槛较低。第四，W1-Fi优异的带宽是以较大的能耗为代价的，所以一般的W1-Fi装置都需要经常充电。3、超宽带技术(UWB)超宽带技术的发展模式类似于W1-Fi，最早应用在军事领域里。超宽带系统中心频率高于2.5GHz，并且至少具备500MHz的-1OdB频宽。现在也可用于无线局域网(WLAN)和短距离雷达等。4、近距离无线传输(NFC)基于无线设备问的“非接触式射频识别”(RFID)及互联技术的基础上，Philips、Nokia和Sony三家公司推出了短距离无线通信技术标准。与RFID不同的是，NFC采用了双向识别和连接。其传输距离最长为20cm，工作在13.56MHz频段，传输速率高。NFC满足了任意两个无线设备之间的信息交换和服务交换，让信息的传递变得更加简单化。5、ZigBeeZigBee是一种低速率、短距离的无线通信技术，它是介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术。和其他的技术相比，ZigBee是一种最节约能源的技术之一。它同样适用2.4GHz国际通用频段，理论上可以组建65536个网络节点。所以ZigBee技术适用于对数据传输速率不高，又需要大量节点和节约能耗的网络，故在很多领域有较广泛的运用。ZigBee协议栈比较简单，实现起来也很容易，只要8位的处理器和4KB ROM和64KB的RAM就可以满足最低需求。ZigBee协议栈是由物理层、数据链路层、网络层、应用汇聚层和高层应用规范组成。其中物理层和数据链路层是由IEEE制定的，而ZigBee联盟负责定义高层应用规范、应用汇聚层、网络层。应用汇聚层把安全属性设置和多个业务数据流的汇聚功能映射到ZigBee网络上；网络层采用了 Ad-Hoc技术的路由协议，在拥有常用的网络层功能之外还应该和底层的物理层和数据链路层标准同样低能耗。此外，ZigBee协议栈为了降低网络的维修成本，还应该有自组网和自动维护功能。ZigBee采用了 2.4GHz和868/915MHz的物理层信道，2.4GHz物理层通过高阶调制技术之后能达到250kbps的传输速度。868/915MHz都米用简单的DSSS(Spread Spectrum,扩展频谱)方法，其中868MHz是欧洲附加的ISM频段，915MHz是美国的附加频段，在这两个频段上工作则可以避开2.4GHz频段的其他无线通信技术的无线电干扰。868MHz上的传输速度为20kbps，915MHz的传输速度为40kbps。使用ZigBee技术，两个节点之间的有效传输距离根据环境状况为10到75米，通信时延为15.30ms (典型搜索时延为30ms，休眠激活时延15ms,活动接入时延15ms)。此外，ZigBee采用了 64bit的IEEE地址和16bit的本地地址。在智能电网的搭建过程中，通过对电网组网方式的研究，合理地设计电表的采集和射频节点分布的拓扑结构，优化节点参数，解决耗电量、传输速率、空间传输频谱利用率，带宽等问题。还需要针对目前电力系统中平均负荷变换较大的特点，优化资源配置，提高设备传输容量和利用率，在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，实现整个电力系统优化运行。电力数据的无线传输方式中，引入认知无线电技术，利用未授权的频谱，优先使用暂时未被占用的频段进行数据传输，为智能电网的传统数据传输方式提供新的方法，解决空中频谱资源稀缺，频谱利用率低的问题。一般来讲，利用无线传感器节点组成的无线传感器网络中无线通信技术的理想选择是ZigBee技术，基于其节约能源，成本也较低，适合节点数量较多的无线传感器网络。虽然ZigBee技术是实现无线传感器网络的理想解决方案，但在实际的工程应用中也有他不足的一面。ZigBee在全球范围内使用的频率是2.4GHz，属于微波范畴，特点是频率高、波长短、直线传播，在传播方向上几乎绕不开障碍物，再加上ZigBee节点的射频发射功率非常低，因此ZigBee无线信号的穿透障碍物能力非常有限。虽然可以通过增加布置ZigBee路由节点来绕开障碍物，但这将会增加网络的容量以及网络的成本，而且有的场合是不允许再布置一个网络节点的。此外，当网络节点密度较大时，采用单独的ZigBee频段，可能会导致传输效率下降、网络拥塞等情况。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是智能电网覆盖面扩大后产生的通信瓶颈矛盾，及专网230MHz通信容量有限的问题。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种智能电网中基于认知无线电的通信网系统，所述通信网系统包括:传感器节点、汇聚节点和骨干网；所述传感器节点包括传感模块、计算控制模块和第一无线通信模块；其中所述第一无线通信模块包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能电网中基于认知无线电的通信网系统，其特征在于，所述通信网系统包括：传感器节点、汇聚节点和骨干网；所述传感器节点包括传感模块、计算控制模块和第一无线通信模块；其中所述第一无线通信模块包括认知选择控制模块和具有无线通信功能的ZigBee射频模块及230MHz射频模块，所述认知选择控制模块周期性检测网络中空闲频段的信道可用性，如果所选空闲频段的信道可用性符合通信要求则进入所选频段相应的ZigBee射频模块或230MHz射频模块进行通信；所述传感器节点感知频谱空闲情况，并选择合适频段与所述汇聚节点通信；所述汇聚节点对所述传感器节点上传的数据进行汇总和压缩，采用电力线载波的通信方式上传到所述骨干网。
【技术特征摘要】
1.一种智能电网中基于认知无线电的通信网系统，其特征在于，所述通信网系统包括: 传感器节点、汇聚节点和骨干网； 所述传感器节点包括传感模块、计算控制模块和第一无线通信模块； 其中所述第一无线通信模块包括认知选择控制模块和具有无线通信功能的ZigBee射频模块及230MHz射频模块，所述认知选择控制模块周期性检测网络中空闲频段的信道可用性，如果所选空闲频段的信道可用性符合通信要求则进入所选频段相应的ZigBee射频模块或230MHz射频模块进行通信； 所述传感器节点感知频谱空闲情况，并选择合适频段与所述汇聚节点通信； 所述汇聚节点对所述传感器节点上传的数据进行汇总和压缩，采用电力线载波的通信方式上传到所述骨干网。2.如权利要求1所述的通信网系统，其特征在于，所述无线通信模块还包括定位跟踪模块，在所述传感器节点之间建立起无线定位网络，所述无线定位网络包括协调器、参考节点和定位节点，所述协调器用于所述无线定位网络内部的通信和对外的通信，所述参考节点的地理位置固定 且已知，所述定位节点的地理位置变化，通过定位引擎结合与所述参考节点的相对位置进行定位。3.如权利要求1所述的通信网系统，其特征在于，所述无线通信模块还包括地址识别模块，用于创建路由表，为每个传感器节点分配相应的地址，根据所述路由表内的地址找到下一个节点。4.如权利要求1所述的通信网系统，其特征在于，所述认知选择控制模块包括频谱感知模块，用于在空闲频段进行通信时感知所述空闲频段的通信质量变差或所述空闲频段的授权用户占用所述空闲频段进行通信时，立即对其他频段的信道可用性进行检测，再选择符合通信要求的频段进行通信。5.如权利要求1所述的通信网系统，其特征在于，所述认知选择控制模块还包括信道评估模块，用于对空闲频段的信道可用性进行评估。6.如权利要求1所述的通信网系统，其特征在于，所述汇聚节点包括具有无线通信功能的ZigBee射频模块及230MHz射频模块，不包括所述认知选择控制模块，所述汇聚节点轮询所述ZigBee射频模块和230MHz射频模块，采集所述传感器节点上报的信息，并转发所述骨干网下达的配置信息。7.一种智能电网中基于认知无线电的通信组网方法，其特征在于，所述方法具体包括: S1:传感器节点搜索所在范围内是否有传感器节点网络，如果没有则不作处理，否则进入步骤S2 ； S2:在所述传感器节点...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯宾，俎云霄，胡冬晶，丁俊杰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。