一种基于230M无线通信专网的中继传输方法和装置与流程

本发明涉及无线传输技术领域，具体地，涉及一种基于230m无线通信专网的中继传输方法和装置。

背景技术：

无线通信专网技术是一种重要的电力系统接入网技术，是保障电网高效可靠运行的一项关键技术。随着智能电网和新业务的高速发展，电力系统中对无线通信服务需求的高速增长与有限的带宽资源之间的矛盾日益突出，如何有效地提高系统容量，提供高质量的信息传输，以及解决新一代电力无线通信专网泛在化覆盖等问题，都成为制约智能电网发展的瓶颈之一。认知无线电的出现为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面，其中，频谱共享是其有效解决频谱稀缺问题的关键技术。

在现有的技术方案中，电力通信接入网一般采用租用公网资源或电力无线通信专网技术来实现。其中电力无线通信专网主要通过采用一些包括正交频分复用(ofdm)技术、多天线技术、自适应传输技术、载波聚合等先进的无线传输与信号处理技术来提高频谱效率和改善传输性能。但是根据香农定理可知，在一定系统带宽下，系统所能达到的传输速率是有上限的，在获得一定的传输性能增益的同时，也会使系统复杂度大大上升。

上述这些技术都不能解决频谱资源稀缺这一根本问题，同时，研究发现，在230mhz频段中，分配给水力、地质等行业的频谱的使用率较低，即在一定时间范围内，230mhz频段上往往存在着许多空闲信道。现行电力230mhz无线专网方案往往受限于固定分配的频段，而不能充分利用这部分频谱增益。因此，在改进原有技术和引入先进技术的同时，还需要采用灵活有效的方法来改善电力230mhz频段的频率资源稀缺的问题，从不同的方面来改善通信系统的性能。

通过对以上现有技术的研究和实际应用环境的考虑，很容易发现现有技 术存在以下缺点：(1)、现行电力无线通信专网的频谱使用效率较低；(2)、不能充分利用国家无线电管理委员会划拨给电力、水力、地质等行业的专用频谱资源，存在频谱资源的浪费；(3)、由于可用频率资源较少，现行系统的传输速率较低，网络吞吐量较小，不能较好地满足高速率业务的需求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的电力无线通信专网频谱使用效率低的技术问题，本发明提出了一种基于230m无线通信专网的中继传输方法和装置。

本发明的一种基于230m无线通信专网的中继传输方法，包括：

步骤a：源节点接收待传输电网数据，判断所述待传输电网数据是否为高优先级数据；

步骤b：当所述待传输电网数据为高优先级数据时，通过电力专网频段的直传链路将所述高优先级数据传输到目的节点；

步骤c：当所述待传输电网数据为非高优先级数据时，根据预设的方法确定中继传输链路，通过所述中继传输链路将所述非高优先级数据传输到目的节点。

优选的，所述根据预设的方法确定中继传输链路包括：

步骤c1：所述源节点发起频谱感知并向各邻居节点发出感知请求信息，指示所述各邻居节点发起频谱感知；

步骤c2：所述各邻居节点将感知得到的当前无线信道使用情况和自身信息反馈到所述源节点；

步骤c3：所述源节点根据所述各邻居节点的当前无线信道使用情况和自身信息，采用预设的选择算法选出一个中继节点；

步骤c4：判断所述源节点能否通过所述中继节点一跳到达目的节点，如果能，则将源节点通过所述中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

优选的，所述步骤c4还包括：

如果源节点不能通过所述中继节点一跳达到目的节点，则所述中继节点重复所述步骤c1-步骤c3，直至选出源节点到达目的节点的n个中继节点；

将源节点通过所述n个中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

优选的，在所述步骤c2中，各邻居节点采用随机退避预设时间的重传机制反馈所述当前无线信道使用情况和自身信息。

优选的，该方法还包括：

当所述源节点与所述目的节点的距离超出预设值时，通过中继传输链路将所述待传输电网数据传输到目的节点，所述待传输电网数据为高优先级数据或非高优先级数据。

本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法，针对不同时延要求的数据业务，分别通过不同的频段进行数据传输，大大提高了230mhz电力无线通信专网的频谱使用效率，促进高速率需求业务的实现。在保证不干扰主用户正常通信的前提下，充分利用了230mhz特殊行业专业频道的频谱资源，避免了大量的频谱资源浪费。而且采用随机退避重传，大大降低了反馈信息冲突的概率，降低了端到端的时延，提升了系统的可靠性。

本发明的一种基于230m无线通信专网的中继传输装置，包括：

业务分级模块，用于源节点接收待传输电网数据，判断所述待传输电网数据是否为高优先级数据；

第一传输模块，用于当所述待传输电网数据为高优先级数据时，通过电力专网频段的直传链路将所述高优先级数据传输到目的节点；

第二传输模块，用于当所述待传输电网数据为非高优先级数据时，根据预设的方法确定中继传输链路，通过所述中继传输链路将所述非高优先级数据传输到目的节点。

优选的，所述第二传输模块具体包括：

频谱感知子模块，用于所述源节点发起频谱感知并向各邻居节点发出感知请求信息，指示所述各邻居节点发起频谱感知；

信息反馈子模块，用于所述各邻居节点将感知得到的当前无线信道使用情况和自身信息反馈到所述源节点；

节点选择子模块，用于所述源节点根据所述各邻居节点的当前无线信道使用情况和自身信息，采用预设的选择算法选出一个中继节点；

链路确定子模块，用于判断所述源节点能否通过所述中继节点一跳到达目的节点，如果能，则将源节点通过所述中继节点到达目的节点的路径作为 中继传输链路。

优选的，所述链路确定子模块还用于，

如果源节点不能通过所述中继节点一跳达到目的节点，则所述中继节点重复所述频谱感知子模块、信息反馈子模块和节点选择子模块的操作，直至选出源节点到达目的节点的n个中继节点；

将源节点通过所述n个中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

优选的，信息反馈子模块还用于，各邻居节点采用随机退避预设时间的重传机制反馈所述当前无线信道使用情况和自身信息。

优选的，该装置还包括：

第三传输模块，用于当所述源节点与所述目的节点的距离超出预设值时，通过中继传输链路将所述待传输电网数据传输到目的节点，所述待传输电网数据为高优先级数据或非高优先级数据。

本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输装置，针对不同时延要求的数据业务，分别通过不同的频段进行数据传输，大大提高了230mhz电力无线通信专网的频谱使用效率，促进高速率需求业务的实现。在保证不干扰主用户正常通信的前提下，充分利用了230mhz特殊行业专业频道的频谱资源，避免了大量的频谱资源浪费。而且采用随机退避重传，大大降低了反馈信息冲突的概率，降低了端到端的时延，提升了系统的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法的网 络架构示意图；

图2为本发明实施例一的方法流程示意图；

图3为本发明实施例二的方法流程示意图；

图4为本发明实施例三的方法流程示意图；

图5为本发明实施例四的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为了解决现有技术中存在的电力无线通信专网频谱使用效率低的技术问题，本发明提出了一种基于230m无线通信专网的中继传输方法和装置。

本发明提出了一种利用230m频段中的部分较空闲频段来辅助电力系统信息传输的认知协作中继传输机制，具体来说，本发明通过频谱感知技术，使得节点能够感知周围频谱的使用情况，及时发现空闲频段并加以利用，扩大了电网用户可使用的频段，提升了系统吞吐量和系统容量(即可同时通信的用户数)，同时通过采用中继传输技术，扩大了系统的可覆盖范围，减小了节点发射功率，即减小了对主用户的干扰，提高了系统的可靠性。对于实时性要求较高的业务(高优先级数据业务)，采用原先的电力专用频段进行通信，而对于实时性要求较低的业务(非高优先级数据业务，例如数据采集业务)，则采用本发明所提出的中继传输方法，以下采用实施例一—实施例四对本发明技术方案进行详细说明。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法的网络架构示意图；如图2所示，为本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法流程示意图。

图1中主用户指使用水力、地质等行业频段的用户。认知源节点指某个需要传输信息的电网节点，目的节点即接收此信息的电网节点。一条中继传输链路由1个或多个中继节点(中继簇)组成，一个中继簇由多个电网设备构成，代表一次可提供中继服务的电网设备的集合。图1中的中继簇数量n并不是固定的，而是由源节点至目的节点的距离决定的。直传链 路仅当源节点可直接与目的节点通信时存在，此时中继传输可视为多路径传输，提高了系统的分集增益。

如图2所示，本发明实施例的方法包括以下步骤：

步骤s201：源节点接收待传输电网数据，判断所述待传输电网数据是否为高优先级数据；

高优先级数据可以根据实际的电网数据传输需求进行设定，本发明采用了业务分级机制，对于时延要求较高的高优先级数据业务和时延要求相对不高的非高优先级数据业务分别通过不同的频段进行传输，如对高优先级数据业务，采用电力无线通信专网通信方式进行传输，有效地提高了系统的适应能力和可扩展性；而对非高优先级数据业务，采用本发明提出的中级传输方法进行数据传输。

步骤s202：当所述待传输电网数据为高优先级数据时，通过电力专网频段的直传链路将所述高优先级数据传输到目的节点；

如果待传输的电网数据为高优先级数据，则说明该数据需要实时、快速传输到目的节点，因此采用电力无线通信专网频段进行传输，更能提高传输效率、节省传输时间。

步骤s203：当所述待传输电网数据为非高优先级数据时，根据预设的方法确定中继传输链路，通过所述中继传输链路将所述非高优先级数据传输到目的节点。

当待传输电网数据不是高优先级数据，如数据采集业务时，可以通过本发明提出的中继传输方法进行传输，以尽可能地避免不必要地占用电力无线通信专网频段的频谱资源。

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提出了一种中继传输机制，如图1所示的认知中继传输链路，该机制不仅保证了230mhz频段用户接入的公平性，还能使电网用户能灵活地接入空闲信道，充分利用了空闲频谱所带来的增益，大大提高了230mhz频段的频谱效率。

本发明实施例的步骤s201-s203，对一般情形下不同优先级的电网数据分别通过不同传输链路进行传输的过程进行了说明。但是，本领域技术人员应当了解，在个别情形下，当源节点与目的节点之间的距离超出预设值时，源节点与目的节点之间可能不存在直传链路，从而导致源节点与目 的节点之间无法直接进行通信，此时高优先级数据无法直接通过电力专网频段的直传链路进行传输。因此，本发明实施例的方法，优选的，还包括：

步骤s204：当所述源节点与所述目的节点的距离超出预设值时，通过中继传输链路将所述待传输电网数据传输到目的节点，所述待传输电网数据为高优先级数据或非高优先级数据。

如果目的节点距离源节点较远，此时可视为直传链路不存在，而通过中继链路传输信息。

步骤s204中对源节点与目的节点之间的距离进行了判断，而步骤s201中对待传输电网数据的优先级进行了判断，但在本发明实施例中所述的“步骤s204”和“步骤s201”，并非对2次判断过程执行顺序的先后进行限定，本实施例也不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在采用本发明实施例的方法传输电网数据时，可以先判断数据优先级，也可以先判断源节点与目的节点之间的距离，再执行下一步操作。

例如：可先判断距离是否超出预设值，如果是，则直接通过中继传输链路传输；如果否，再判断数据优先级，当为高优先级数据时执行步骤s202，当为非高优先级数据时执行步骤s203。同样，也可以先判断数据优先级，当为高优先级数据时，默认通过直传链路传输，判断距离是否超出预设值，如果是，则只能采用中继链路传输，如果否，则直接通过直传链路传输；当为非高优先级数据时，无论距离是否超出预设值，均通过中继传输链路传输。本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法，针对不同时延要求的数据业务，分别通过不同的频段进行数据传输，大大提高了230mhz电力无线通信专网的频谱使用效率，促进高速率需求业务的实现。在保证不干扰主用户正常通信的前提下，充分利用了230mhz特殊行业专业频道的频谱资源，避免了大量的频谱资源浪费。

实施例二

如图3所示，对本发明实施例一步骤s203中确定中继传输链路的步骤进行进一步说明，包括以下步骤：

步骤s301：所述源节点发起频谱感知并向各邻居节点发出感知请求信息，指示所述各邻居节点发起频谱感知；

源节点在准备传输电网信息时，首先会发送一个感知请求信息，通知它 的邻居节点发起频谱感知，同时自身也进行频谱感知。频谱感知，是指节点通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。从无线网络的功能分层角度看，频谱感知技术主要涉及物理层和链路层，其中物理层主要关注各种具体的本地检测算法，而链路层主要关注用户间的协作以及对本地感知、协作感知和感知机制优化3个方面。频谱感知技术属于成熟的现有技术，在此不再赘述。

步骤s302：所述各邻居节点将感知得到的当前无线信道使用情况和自身信息反馈到所述源节点；

经过频谱感知阶段后，各邻居节点将感知得到的当前无线信道使用情况信息和自身信息(位置及是否能提供中继服务)反馈给源节点。

优选的，各邻居节点采用随机退避预设时间的重传机制反馈所述当前无线信道使用情况和自身信息。由于多个邻居节点同时反馈会造成信道冲突，导致信息丢失，因此为了克服由于反馈信息冲突所带来的影响，本发明提出随机退避重传(即每个节点随机退避一段预设的时间后再反馈)的方法，大大降低了反馈信息时发生冲突的概率，降低了端到端的时延，提升了系统的可靠性。

步骤s303：所述源节点根据所述各邻居节点的当前无线信道使用情况和自身信息，采用预设的选择算法选出一个中继节点；

源节点根据收到的信息，选择出一个中继节点，如果能够一跳到达目的节点，即开始传输电网信息。选择中继节点的算法可以根据实际传输需求自行设置，如可以选择离源节点最近且与源节点之间通信信道质量最好的邻居节点作为中继节点，本领域技术人员应当了解，本发明并未对选择算法本身作出限定，凡是能够实现选出一个中继节点的选择算法均应包含在本发明要求保护的范围之内，选择算法对本发明的保护范围并不构成限制。

步骤s304：判断所述源节点能否通过所述中继节点一跳到达目的节点，如果能，则将源节点通过所述中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。如果不能，则所述中继节点重复所述步骤s301-步骤s303，直至选出源节点能够到达目的节点的n个中继节点；将源节点通过所述n个中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

如果源节点通过选出的中继节点能够直接到达目的节点，则中继链路 即为：源节点—中继节点—目的节点。如果源节点不能通过该中继节点直接到达目的节点，则说明该中继节点与目的节点之间的距离过长，还需要通过其他中继节点进行中继。此时该中继节点需要重复步骤s301-s303，直至选出n个中继节点，使得源节点能够依次通过该n个中继节点到达目的节点，即图1所示的源节点—中继簇1—中继簇2—……—中继簇n-目的节点，此时源节点—中继簇1—中继簇2—……—中继簇n-目的节点的路径即为中继传输链路。

本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法，针对不同时延要求的数据业务，分别通过不同的频段进行数据传输，大大提高了230mhz电力无线通信专网的频谱使用效率，促进高速率需求业务的实现。在保证不干扰主用户正常通信的前提下，充分利用了230mhz特殊行业专业频道的频谱资源，避免了大量的频谱资源浪费。而且采用随机退避重传，大大降低了反馈信息冲突的概率，降低了端到端的时延，提升了系统的可靠性。

实施例三

如图4所示，为本发明实施例的基于230m无线通信专网的中继传输方法的整体流程图，包括以下步骤：

步骤s401：源节点接收待传输电网数据，判断所述待传输电网数据是否为高优先级数据；

步骤s402：当所述待传输电网数据为高优先级数据时，通过电力专网频段的直传链路将所述高优先级数据传输到目的节点；

步骤s403：当所述待传输电网数据为非高优先级数据时，所述源节点发起频谱感知并向各邻居节点发出感知请求信息，指示所述各邻居节点发起频谱感知；

步骤s404：所述各邻居节点将感知得到的当前无线信道使用情况和自身信息反馈到所述源节点；优选的，各邻居节点采用随机退避预设时间的重传机制反馈所述当前无线信道使用情况和自身信息。

步骤s405：判断各邻居节点的无线信道中是否存在可用的空闲信道，如果存在，则转入步骤s406；如果不存在，则转入步骤s403。

步骤s406：所述源节点根据所述各邻居节点的当前无线信道使用情况和 自身信息，采用预设的选择算法选出一个中继节点；

步骤s407：判断所述源节点能否通过所述中继节点一跳到达目的节点，如果能，则确定作为中继传输链路。如果不能，则该中继节点重复所述步骤s403—步骤s406，直至选出源节点到达目的节点的n个中继节点；将源节点通过所述n个中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

步骤s408：通过确定的中继传输链路传输电网数据。

步骤s409：当所述源节点与所述目的节点的距离超出预设值时，通过中继传输链路将所述待传输电网数据传输到目的节点，所述待传输电网数据为高优先级数据或非高优先级数据。

本实施例为包含实施例一和实施例二的具体实施例，具有实施例一和实施例二的全部有益技术效果，在此不再赘述！

实施例四

如图5所示，本发明还提出了一种基于230m无线通信专网的中继传输装置，包括：

业务分级模块51，用于源节点接收待传输电网数据，判断所述待传输电网数据是否为高优先级数据；

第一传输模块52，用于当所述待传输电网数据为高优先级数据时，通过电力专网频段的直传链路将所述高优先级数据传输到目的节点；

第二传输模块53，用于当所述待传输电网数据为非高优先级数据时，根据预设的方法确定中继传输链路，通过所述中继传输链路将所述非高优先级数据传输到目的节点。

还包括：

第三传输模块54，用于当所述源节点与所述目的节点的距离超出预设值时，通过中继传输链路将所述待传输电网数据传输到目的节点，所述待传输电网数据为高优先级数据或非高优先级数据。

优选的，所述第二传输模块53具体包括：

频谱感知子模块531，用于所述源节点发起频谱感知并向各邻居节点发出感知请求信息，指示所述各邻居节点发起频谱感知；

信息反馈子模块532，用于所述各邻居节点将感知得到的当前无线信道使用情况和自身信息反馈到所述源节点；

节点选择子模块533，用于所述源节点根据所述各邻居节点的当前无线信道使用情况和自身信息，采用预设的选择算法选出一个中继节点；

链路确定子模块534，用于判断所述源节点能否通过所述中继节点一跳到达目的节点，如果能，则将源节点通过所述中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

优选的，所述链路确定子模块534还用于，

如果源节点不能通过所述中继节点一跳达到目的节点，则所述中继节点重复所述频谱感知子模块531、信息反馈子模块532和节点选择子模块533的操作，直至选出源节点到达目的节点的n个中继节点；

将源节点通过所述n个中继节点到达目的节点的路径作为中继传输链路。

优选的，信息反馈子模块532还用于，各邻居节点采用随机退避预设时间的重传机制反馈所述当前无线信道使用情况和自身信息。

本发明的基于230m无线通信专网的中继传输装置，针对不同时延要求的数据业务，分别通过不同的频段进行数据传输，大大提高了230mhz电力无线通信专网的频谱使用效率，促进高速率需求业务的实现。在保证不干扰主用户正常通信的前提下，充分利用了230mhz特殊行业专业频道的频谱资源，避免了大量的频谱资源浪费。而且采用随机退避重传，大大降低了反馈信息冲突的概率，降低了端到端的时延，提升了系统的可靠性。

本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图5为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。