物联网设备无线组网方法技术

本发明专利技术提出一种物联网设备无线组网方法，提供了“窄带无线组网+增强宽带远距离传输”分段配置通讯方案，就地监控装置与节点通信装置采用窄带通讯，适用于变电站工程中电气设备安装监测传感信息的统一汇聚采集以及各个单元的无线组网；接入节点装置与监控后台之间采用增强宽带通信，不仅满足复杂环境下信号远距离传输的可靠性要求，同时满足信号高速传输的需要。要。要。

【技术实现步骤摘要】
物联网设备无线组网方法


[0001]本专利技术属于通信、物联网、工程数字化
，具体涉及一种物联网设备无线组网方法，尤其是一种输电物联网无线远距离链式自组网方法。

技术介绍

[0002]无线技术使得设备在不需要有线电缆情况下能够建立网络连接并实现彼此之间的通信，物联网无线通信技术主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z
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wave等短距离通信技术；另一类是广域网通信技术（low
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power Wide
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Area Network，LPWAN）。LPWAN又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC
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GSM、LTE Cat
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m、NB
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IoT等，高速率业务主要使用3G、4G技术、中等速率主要使用GPRS技术。
[0003]NB
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IOT基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB
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IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB
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IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
[0004]LoRa属于无线通信技术中的一种，典型特点是距离远、功耗低。速率相对较低，可视为网络通信中的物理层实现，要实现LoRaWAN功能需要使用软件来实现LoRaWAN协议，要实现网络通信功能，还需要增加一个网关。
[0005]ZigBee 是一项开放性的全球化标准，专为 M2M 网络而设计。该技术具有低成本、低功耗的特点，同时具有低延迟和低占空比特性，允许产品最大限度地延长电池寿命。ZigBee 协议提供128位AES加密。该技术将多个设备同时连接在一起的能力使其成为家庭网络环境的理想选择，但在兼容性和通用性方面较差。
[0006]WiFi 使用无线电波（RF）来实现两个设备之间的相互通信。该技术常用于将电脑、平板和手机等设备连接到路由器从而实现上网。 实际上，它可以用于任何两个硬件设备的连接。WiFi 是由 IEEE 制定的运行在 802.11标准的本地无线网络。WiFi 既可以使用全球 2.4GHz UHF频段也可以使用5GHz SHF ISM无线电频段。
[0007]在电力系统变电站工程和输电线路工程基建现场的智慧物联感知建设或在线监测项目中大多数采用无线通信技术解决监测数据信息的实时回传问题，其中主要的技术方案和解决思路为租用公网无线通信网络数据通道，监测终端与监测主机之间采用公网无线通信的方式进行数据传输，组网方式为一个位于基站的监测主机对应多个监测终端的星型网络。
[0008]变电站工程和输电线路工程基建现场，尤其是输电线路工程无可靠电源供给，现场通讯信号覆盖情况差，大多数的输电线路工程现场无通讯信号覆盖，无信号覆盖的区域甚至长达数十公里乃至数百公里，现场智能感知和数据回传的问题凸显并亟待解决。如何在无通讯信号和通讯信号弱的区域下实现监测装置数据的可靠回传，仍面临以下具体问题：（1）由于现阶段比较普遍的技术方案是采用4G的通信方式，在运营商信号无法覆
盖或不稳定的区域或区段，仍存在盲区。
[0009]（2）现有在线监测装置分别通过sim卡上送业务系统，通道利用率低，通信费用高，需要通过接入节点装置降低通信成本。
[0010]（3）传统的输电线路工程现场的监测设备布置方案中，各个应用场景的在线监测系统各自独立建设，即同一现场不同应用场景的传感设备、采集数据、计算和通信资源等未实现充分的共享共用，多个系统相互独立，数据互联共享难以实现，存在采集终端重复建设、数据重复采集的现象。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种物联网设备无线组网方法，设计了“窄带无线组网+增强宽带远距离传输”分段配置通讯方案，就地监控装置与节点通信装置采用窄带通讯，适用于变电站工程中电气设备安装监测传感信息的统一汇聚采集以及各个单元的无线组网；接入节点装置与监控后台之间采用增强宽带通信，加上所设计的特殊的时隙调度机制，不仅满足复杂环境下信号远距离传输的可靠性要求，同时满足信号高速传输的需要。
[0012]更进一步地，其还可以通过无线休眠调度机制和节点设备低功率运行调度机制，实现节点设备和传感单元的低功耗运行，解决变电站工程智慧工地现场通信网络物联网节点设备在长期阴雨天气等恶劣天气情况下监测设备在线率较低的难题，提升物联网节点设备长期运行在线率和可靠性，为变电站工程智慧工地安全可靠运行提供有力技术支撑，实现电网灾变全天候自主预警及智慧决策，对变电站工程基建阶段的现场管理提供长效持续、不间断的解决方案。
[0013]本专利技术具体采用以下技术方案：一种物联网设备无线组网方法，包括就地监控装置与节点通信装置的组网连接过程，以及接入节点装置与监控后台之间的组网连接过程；其中，对就地监控装置与节点通信装置采用窄带通讯进行组网连接，用于变电站工程中电气设备安装监测传感信息的统一汇聚采集以及各个单元的无线组网，形成无线自组网；所述无线自组网包括：接入节点装置、一级或多级汇聚节点及其对应的传感单元；对所述无线自组网采用多跳网络拓扑，网络中汇聚节点作为中继节点，传感器、汇聚节点通过给定信道的上行链路和下行链路连接，最终连接至接入节点装置，通过通信时隙分配机制，以实现传感数据逐级多跳的可靠传输；所述接入节点装置负责周期发送无线通信时隙信息、下级设备随机接入注册及所接入设备的通信时隙调度；每一级汇聚节点及传感单元根据接收的时隙信息周期报文逐级发送随机接入申请和时隙申请，逐层构建自组网网络；对接入节点装置与监控后台之间采用增强宽带通信进行组网连接。
[0014]进一步地，网络设备信息注册及拓扑结构管理由接入节点装置统一操作和管理，全网设备通信时隙也由接入节点装置统一分配和管理。
[0015]进一步地，所述无线自组网的通信时隙分配机制具体包括以下步骤：步骤S1：接入节点装置周期性发送广播包，第一级汇聚节点通过接收广播包实现
与接入节点装置的时间同步；步骤S2：接入节点装置发送包含当前通信时隙分配信息的调度控制包，第一级汇聚节点接收到接入节点装置发送的调度控制包后，解析出当前时隙分配信息，并从未分配的时隙中选择其中一个时隙，向接入节点装置发送包含设备ID标识和通信地址信息的随机接入申请报文；接入节点装置收到汇聚节点发送的申请后，进行设备注册；随后发送包含注册设备ID和地址信息的调度控制包，第一级汇聚节点收到包含本设备ID信息的控制包表示发送申请注册应答成功；步骤S3：接入节点装置对已经成功注册的第一级汇聚节点进行USCH时隙调度，分配进行广播的时隙号，第一级汇聚节点按照分配的时隙转发广播包；步骤S4：第二级汇聚节点接收到第一级汇聚节点转发的广播包，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物联网设备无线组网方法，其特征在于：包括就地监控装置与节点通信装置的组网连接过程，以及接入节点装置与监控后台之间的组网连接过程；其中，对就地监控装置与节点通信装置采用窄带通讯进行组网连接，用于变电站工程中电气设备安装监测传感信息的统一汇聚采集以及各个单元的无线组网，形成无线自组网；所述无线自组网包括：接入节点装置、一级或多级汇聚节点及其对应的传感单元；对所述无线自组网采用多跳网络拓扑，网络中汇聚节点作为中继节点，传感器、汇聚节点通过给定信道的上行链路和下行链路连接，最终连接至接入节点装置，通过通信时隙分配机制，以实现传感数据逐级多跳的可靠传输；所述接入节点装置负责周期发送无线通信时隙信息、下级设备随机接入注册及所接入设备的通信时隙调度；每一级汇聚节点及传感单元根据接收的时隙信息周期报文逐级发送随机接入申请和时隙申请，逐层构建自组网网络；对接入节点装置与监控后台之间采用增强宽带通信进行组网连接。2.根据权利要求1所述的物联网设备无线组网方法，其特征在于：网络设备信息注册及拓扑结构管理由接入节点装置统一操作和管理，全网设备通信时隙也由接入节点装置统一分配和管理。3.根据权利要求1所述的物联网设备无线组网方法，其特征在于：所述无线自组网的通信时隙分配机制具体包括以下步骤：步骤S1：接入节点装置周期性发送广播包，第一级汇聚节点通过接收广播包实现与接入节点装置的时间同步；步骤S2：接入节点装置发送包含当前通信时隙分配信息的调度控制包，第一级汇聚节点接收到接入节点装置发送的调度控制包后，解析出当前时隙分配信息，并从未分配的时隙中选择其中一个时隙，向接入节点装置发送包含设备ID标识和通信地址信息的随机接入申请报文；接入节点装置收到汇聚节点发送的申请后，进行设备注册；随后发送包含注册设备ID和地址信息的调度控制包，第一级汇聚节点收到包含本设备ID信息的控制包表示发送申请注册应答成功；步骤S3：接入节点装置对已经成功注册的第一级汇聚节点进行USCH时隙调度，分配进行广播的时隙号，第一级汇聚节点按照分配的时隙转发广播包；步骤S4：第二级汇聚节点接收到第一级汇聚节点转发的广播包，进行时间同步，并开始随机接入的过程，并以此类推完成第N级汇聚节点的注册及调度，其中N为大于等于2的自然数；步骤S5：第N级下的无线协议转换器和就地部署的感知传感器接收到广播后，逐级向上发送注册请求，直到接入节点装置回复注册响应完成注册过程；组网成功后感知传感器的数据通过汇聚节点装置的转发实现到接入节点装置的远距离传输。4.根据权利要求1所述的物联网设备无线组网方法，其特征在于：在所述无线自组网的休眠调度机制中：所述接入节点装置用于所有节点设备的休眠时间分配和休眠调度控制；所述汇聚节点及传感单元根据接入节点装置调度分配的休眠时间休眠，以实现低功耗运行；第一级汇聚节点休眠调度控制包括以下过程：
步骤S101：接入节点装置周期性发送广播同步包，第一级汇聚节点通过接收广播包实现与接入节点装置的时间同步；步骤S102：第一级汇聚节点从同步包中解析接入节点装置休眠时刻信息，等待接入节点装置唤醒，发送休眠调度申请，申请信息中包含第一级汇聚节点数据通信最短周期；步骤S103：接入节点装置接收到第一级汇聚节点发送的休眠调度申请后，根据当前节点调度时间安排第一级汇聚节点上送周期信息形成该第一级汇聚节点休眠唤醒时刻表，并添加到全网节点休眠调度配置表，然后再将休眠调度结果通过休眠调度指令下发给第一级汇聚节点；步骤S104：第一级汇聚节点接收到休眠调度指令后，生成单元工作日程，并开始唤醒时间计时；步骤S105：第一级汇聚节点根据本单元工作状态，决定是否休眠，若要休眠，待本次数据收发处理完毕后，自动进入休眠状态；步骤S106：当唤醒计时结束后，第一级汇聚节点自动唤醒进入工作状态，接收传感数据，等待接入节点装置唤醒时隙，上传传感数据；步骤S107：接入节点装置接收存储传感数据。5.根据权利要求4所述的物联网设备无线组网方法，其特征在于：第一级传感单元休眠调度控制包括以下过程：步骤S111：接入节点装置周期性发送广播包，第一级传感单元通过接收广播包实现与接入节点装置的时间同步；步骤S112：第一级传感单元从同步包中解析接入节点装置休眠时刻信息，等待接入节点装置唤醒，发送休眠调度申请，申请信息中包含第一级传感单元数据上送周期；步骤S113：接入节点装置接收到第一级传感单元发送的休眠调度申请后，根据当前节点调度时间安排第一级传感单元周期信息制定全网节点休眠唤醒调度配置表，并将休眠调度结果通过休眠调度指令下发给第一级传感单元；步骤S114：第一级传感单元接收到休眠调度指令后，生成单元工作日程，并开始唤醒时间计时；步骤S115：第一级传感单元根据单元工作状态，决定是否休眠，若要休眠，待本次数据收发处理完毕后，自动进入休眠状态；步骤S116...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成炜，张娜，陈熙隆，高献，李扬森，王亮，王春丽，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：