專利名稱：一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏路由的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線路由算法，特別是涉及一種用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏 路由的實(shí)現(xiàn)方法，適用于電力、交通、能源等行業(yè)的自動(dòng)化控制，屬無線通信技術(shù)、電力系統(tǒng) 自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)智能輸配電的重要手段，是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。 它能提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，降低故障頻率，提高輸配 電資產(chǎn)的利用效率。實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵在于解決各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)通信， 需要建立一個(gè)針對(duì)輸電線路的通信專網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的采集及實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)建立完整的監(jiān) 測(cè)、分析及控制系統(tǒng)。高壓輸電線路一般涉及范圍廣闊，地理?xiàng)l件多樣，監(jiān)測(cè)通信點(diǎn)位于輸電線路的桿 塔上，因此利用桿塔上的光纜資源，采用0FDM+MIM0技術(shù)與WiFi無線通信技術(shù)方式建立通 信專網(wǎng)，能提供長(zhǎng)距離覆蓋及良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性將，比有線方式更為高效?；赪IFI技術(shù)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)也稱為“多跳(multi-hop)”網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)一般為網(wǎng) 狀網(wǎng)，是一種非常適合于覆蓋大面積開放區(qū)城(包括室外和室內(nèi))的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。其 的特點(diǎn)是由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無線接入點(diǎn)(AP)構(gòu)成，AP均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通過無線 中繼鏈路互聯(lián)，將傳統(tǒng)WLAN中的無線“熱點(diǎn)“擴(kuò)展為真正大面積覆蓋的無線“熱區(qū)“。傳統(tǒng)的基于WIFI技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)不能夠適用于組建輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)通信專 網(wǎng)，其原因是
首先，基于WIFI技術(shù)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)每個(gè)短跳的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)所需要的功率 也較小。既然多跳網(wǎng)絡(luò)通常使用較低功率將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑墓?jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的無線信號(hào) 干擾也較小，網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)容量。比 如在高密度的城市網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠減少使用無線網(wǎng)絡(luò)的相鄰用戶的相互干擾， 大大提高信道的利用效率。而輸電線路中節(jié)點(diǎn)之間的距離較長(zhǎng)、密度小，呈線狀分布，不適 合組建傳統(tǒng)的Mesh網(wǎng)絡(luò)。其次，無線Mesh設(shè)備由于使用了多跳功能，其本質(zhì)是采用多級(jí)中繼的方式進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸。因此，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎托阅芫鸵蟠蛘劭?，在傳輸視頻等大數(shù)據(jù)量信息時(shí)，其 實(shí)時(shí)性和可用性都得不到有效的保障。由于無線傳輸?shù)乃俾屎艽蟪潭壬先Q于無線信道的 情況，雨雪雷電等天氣情況和外部電磁環(huán)境都會(huì)對(duì)設(shè)備的傳輸速率造成影響。因此，無線網(wǎng) 絡(luò)的傳輸速率是不穩(wěn)定的，造成了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的低下。再次，若采用全Mesh方案組網(wǎng)，Mesh網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)在輸電線路上其實(shí)不是構(gòu)成一個(gè) 網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)，而是一個(gè)鏈型的網(wǎng)絡(luò)，并且路由只有一條。其原因是無線Mesh設(shè)備的覆蓋能 力只能達(dá)到其相鄰的設(shè)備，而不能夠覆蓋更多。這就使得這個(gè)Mesh的鏈型無線傳輸網(wǎng)絡(luò)十 分地脆弱，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，其鏈路就會(huì)斷裂。由于IOOkm就需要50個(gè)設(shè)備，設(shè)備數(shù)目過 多，其單點(diǎn)故障的概率就越大。
最后，Mesh網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò)，但是跳躍的級(jí)數(shù)是有限制的，大多數(shù)Mesh設(shè) 備都只支持十幾跳。換句話說，Mesh網(wǎng)絡(luò)只能進(jìn)行十幾次中繼傳輸，更多次的中繼傳輸是 不能夠?qū)崿F(xiàn)的。Mesh網(wǎng)絡(luò)跳躍次數(shù)的增加會(huì)帶來系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要維護(hù) 的路由表成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，另外跳躍次數(shù)過多會(huì)帶來系統(tǒng)性能的下降。因此，需要研究一種全新的用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線稀疏路由方法組建鏈型 無線通信專網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)輸電線路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的
本發(fā)明的目的之一是在于發(fā)明一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏路由的實(shí)現(xiàn)方法，組建 鏈型的無線通信專網(wǎng)，解決輸電線路范圍廣、通信點(diǎn)松散的狀態(tài)監(jiān)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)問題。2、技術(shù)方案
一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏路由的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
1)子站向基站的傳送數(shù)據(jù)的步驟，具體為，子站向基站上傳數(shù)據(jù)時(shí)，將各子站數(shù)據(jù)流按 照一定的順序傳輸；傳輸時(shí)，將OFDM symbol slot的序列同要傳輸數(shù)據(jù)子站的序列相對(duì)應(yīng)， 組成時(shí)分的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸；
2)基站向子站的傳送指令的步驟，具體為，基站向子站傳送指令時(shí)，根據(jù)不同子站的傳 送順序，將OFDM symbol slot的序列同子站的序列相對(duì)應(yīng)；
其中，子站只處理自己所對(duì)應(yīng)的OFDM symbol slot，而將后續(xù)的symbol slot轉(zhuǎn)發(fā)至 下一個(gè)子站，OFDM下行子幀的控制信息(FCH&DLMAP)也隨著數(shù)據(jù)發(fā)向下一個(gè)子站?；臼菙?shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)處理。各子站部署在 輸電線路桿塔上。
3、有益效果
利用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)建設(shè)用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線通信專網(wǎng)，成本小、覆蓋范圍廣， 能提供較高的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率，有效解決輸電線路鏈狀無線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸瓶頸問題， 適用于輸電線路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)通信的遠(yuǎn)距離無線傳輸。


圖1是基于0FDM+MIM0及WiFi技術(shù)組建的無線通信網(wǎng)絡(luò)。圖2是數(shù)據(jù)流和指令流示意圖。圖3是CPE向變電站傳送數(shù)據(jù)。圖4是變電站向CPE傳送指令。圖5是實(shí)施案例網(wǎng)絡(luò)示意圖。圖6是無線傳感器向子站發(fā)送的數(shù)據(jù)流。圖7是子站與基站建的數(shù)據(jù)流。
具體實(shí)施例方式(1)概述采用0FDM+MIM0技術(shù)與WiFi無線通信技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建輸電線狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)，具有兩層混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。即由0FDM+MIM0為關(guān)鍵技術(shù)組成的無線骨干層及基于WiFi (即802. 11)組成的本地接入層組成，如1所示。采用0FDM+MIM0技術(shù)的骨干層負(fù)責(zé)把多 個(gè)WiFi子站(或稱為本地接入域)連通至位于變電站的無線通信基站，基站間的距離約為 100 300公里；本地接入層用于匯集并處理位于各桿塔上的傳感器或采集器的測(cè)量數(shù)據(jù)， 并送到骨干層傳輸?shù)交?，基站之間的距離約為4公里左右。而無線稀疏路由組網(wǎng)協(xié)議是用于輸電線路沿線各通信子站與基站間數(shù)據(jù)無線傳 輸?shù)囊环N網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，其主要任務(wù)是設(shè)法在一個(gè)近似鏈型的無線網(wǎng)絡(luò)中將源結(jié)點(diǎn)出的數(shù)據(jù) 包傳送到目的結(jié)點(diǎn)，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。(2)基本原理
輸電線狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線通信系統(tǒng)由位于沿線的各子站和位于變電站的基站組成。子站組主要完成以下功能
1) WiFi收發(fā)器完成同無線傳感器的數(shù)據(jù)傳送和控制指令的轉(zhuǎn)發(fā)。2) 0FDM+MIM0中繼器完成及同其他子站或基站的通訊和數(shù)據(jù)傳送。3) WiFi-(0FDM+MIM0)橋完成WiFi和0FDM+MIM0之間雙向協(xié)議的轉(zhuǎn)換及幀格 式的轉(zhuǎn)換。4)存儲(chǔ)暫存各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。主站主要完成以下功能
1)數(shù)據(jù)處理完成對(duì)各子站匯聚數(shù)據(jù)的處理。2)轉(zhuǎn)發(fā)將數(shù)據(jù)按照一定的通信協(xié)議傳送到主站。子站與基站的通信分為數(shù)據(jù)流和指令流兩種格式。由基站到子站方向?yàn)橹噶盍鳎?用于傳遞監(jiān)測(cè)主站對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的控制指令；由子站到基站方向?yàn)閿?shù)據(jù)流，即根據(jù) 監(jiān)測(cè)主站的控制指令將所需求的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到基站，然后再通過網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)測(cè)主站。 數(shù)據(jù)流和指令流示意圖如圖2所示。 (3)數(shù)據(jù)傳送方法(路由方法)
一般而言，一個(gè)基站的實(shí)際有效覆蓋范圍僅為幾公里。對(duì)于本發(fā)明是以每個(gè)子站為中 繼，采用一定的數(shù)據(jù)傳送方法，將信號(hào)能夠通過多跳的方式，傳送至遠(yuǎn)距離外的基站，從而 拓展基站的覆蓋范圍。1)子站向基站的傳送數(shù)據(jù)方法
子站向基站上傳數(shù)據(jù)時(shí)，采用類似時(shí)分復(fù)用的方法，將各子站數(shù)據(jù)流按照一定的順序 傳輸。傳輸時(shí)，將OFDM symbol slot的序列同要傳輸數(shù)據(jù)子站的序列相對(duì)應(yīng)，組成時(shí)分的 數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。如圖3所示。2)基站向子站的傳送指令方法
基站向子站傳送指令時(shí)，根據(jù)不同子站的傳送順序，將OFDM symbol slot的序列同子 站的序列相對(duì)應(yīng)。如圖4所示。子站只處理自己所對(duì)應(yīng)的OFDM symbol slot，而將后續(xù)的symbol slot轉(zhuǎn)發(fā)至下 一個(gè)子站。同時(shí)，OFDM下行子幀的控制信息(FCH&DLMAP)也隨著數(shù)據(jù)發(fā)向下一個(gè)子站。下面結(jié)合實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。采用0FDM+MIM0技術(shù)的基站系統(tǒng)部署于變電站內(nèi)，兩個(gè)變電站之間相隔100~300公里，基站是數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)處理。各子站部署在輸電 線路桿塔上，覆蓋了半徑2公里內(nèi)的無線傳感器。子站在數(shù)據(jù)上行時(shí)承擔(dān)了 0FDM+MIM0的 無線骨干傳輸，在下行時(shí)承擔(dān)了 0FDM+MIM0到本地WiFi無線網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。無線傳感器采 集視頻數(shù)據(jù)或風(fēng)力等常規(guī)數(shù)據(jù)，采用成熟的WiFi網(wǎng)卡，通過802. Ilg協(xié)議實(shí)現(xiàn)與子站之間 的數(shù)據(jù)收發(fā)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。各子站覆蓋2公里半徑的范圍，接受來自沿線多個(gè)無線傳感器采集的數(shù)據(jù)(如圖6 中水平線條所示)，并將來自基站的控制數(shù)據(jù)發(fā)送給所覆蓋的無線傳感器(與圖6中水平線 條所示方向相反)。與無線傳感器之間的數(shù)據(jù)收發(fā)通過802. Ilg協(xié)議實(shí)現(xiàn)。各子站面向所 覆蓋無線傳感器的天線可采用雙向定向天線以增大發(fā)射增益?；九c子站之間的數(shù)據(jù)流如圖7中水平線條所示。子站將所覆蓋的多個(gè)無線傳感 器采集的數(shù)據(jù)與來自單側(cè)相鄰子站的數(shù)據(jù)融合，采用無線稀疏路由協(xié)議，將融合后的數(shù)據(jù) 傳遞給另一側(cè)相鄰的子站，最終匯聚到基站，發(fā)送給無線基帶服務(wù)器；同樣，來自基站的無 線基帶服務(wù)器發(fā)送的控制數(shù)據(jù)也通過子站傳遞下去(與圖7中水平線條所示方向相反)。相 鄰兩個(gè)基站之間的距離為4公里，采用基于0FDM+MIM0的寬帶無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。假若整個(gè)鏈路上提供總傳輸速率為2Mbps，則平均每個(gè)子站能提供約150kbps的 傳輸速率。每個(gè)子站的處理延遲為約1(Γ20毫秒，每4公里的傳輸延遲為0. 13微秒，一個(gè) 數(shù)據(jù)包從最遠(yuǎn)端無線雙模CPE到無線基帶服務(wù)器的延遲<0. 5秒，能夠滿足輸電線路狀態(tài)監(jiān) 測(cè)對(duì)通信的要求。
權(quán)利要求
1.一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏路由的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)子站向基站的傳送數(shù)據(jù)的步驟，具體為，子站向基站上傳數(shù)據(jù)時(shí)，將各子站數(shù)據(jù)流按 照一定的順序傳輸；傳輸時(shí)，將OFDM symbol slot的序列同要傳輸數(shù)據(jù)子站的序列相對(duì)應(yīng)， 組成時(shí)分的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸；2)基站向子站的傳送指令的步驟，具體為，基站向子站傳送指令時(shí)，根據(jù)不同子站的傳 送順序，將OFDM symbol slot的序列同子站的序列相對(duì)應(yīng)；其中，子站只處理自己所對(duì)應(yīng)的OFDM symbol slot，而將后續(xù)的symbol slot轉(zhuǎn)發(fā)至 下一個(gè)子站，OFDM下行子幀的控制信息(FCH&DLMAP)也隨著數(shù)據(jù)發(fā)向下一個(gè)子站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏路由的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于，基站是數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)處理。各子站部署在輸電線 路桿塔上。
全文摘要
一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)無線稀疏路由的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟1)子站向基站的傳送數(shù)據(jù)的步驟；2)基站向子站的傳送指令的步驟；其中，子站只處理自己所對(duì)應(yīng)的OFDMsymbolslot，而將后續(xù)的symbolslot轉(zhuǎn)發(fā)至下一個(gè)子站，OFDM下行子幀的控制信息(FCH&DLMAP)也隨著數(shù)據(jù)發(fā)向下一個(gè)子站。利用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)建設(shè)用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線通信專網(wǎng)，成本小、覆蓋范圍廣，能提供較高的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率，有效解決輸電線路鏈狀無線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸瓶頸問題，適用于輸電線路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)通信的遠(yuǎn)距離無線傳輸。
文檔編號(hào)H04W40/02GK102006650SQ20101057080
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者劉亞新, 劉鴻斌, 卜憲德, 張勇平, 張 浩, 王萍, 趙玉柱, 郭經(jīng)紅, 馬宗林 申請(qǐng)人:華北電網(wǎng)有限公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院