CN102695295B - 分布式数据采集控制***及应用该***的方法 - Google Patents
分布式数据采集控制***及应用该***的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102695295B CN102695295B CN201210159884.6A CN201210159884A CN102695295B CN 102695295 B CN102695295 B CN 102695295B CN 201210159884 A CN201210159884 A CN 201210159884A CN 102695295 B CN102695295 B CN 102695295B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- wimin
- module
- network
- communication
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明提供一种分布式数据采集控制***，包括：远程监控平台和一个以上无线通讯数据采集单元；所述远程监控平台与各个所述无线通讯数据采集单元通过WiMin无线网络连接。WiMin***在网络覆盖、数据传输速率、功耗等关键性能上都有自己独到的优势，尤其是其强壮而灵活的组网，可广泛的适用于各种复杂环境。因此，WiMin数据通讯技术解决了有线通讯造价高、施工难的问题；解决了无线通讯中Zigbee、WiFi等的通讯距离短和GSM/CDMA的信号覆盖面及后期运行费用的问题。
Description
技术领域
本发明属于供热控制技术领域，具体涉及一种分布式数据采集控制***及应用该***的方法。
背景技术
鉴于节能减排和低碳生活的需要，以及供热***的发展和热用户对供热需求的提高，合理控制供热***运行成本、减少供热***排放和提高供热效率已成为当今企业发展的重中之重。
目前，供热方式通常为集中供热方式，在集中供热***中采用的通讯方式主要包括以下三类：Zigbee、Wi-Fi和GSM/CDMA模式。这三类无线通讯方式主要存在以下缺陷：Zigbee的缺陷：通信距离短，通常只能满足100米内范围的通信；穿透性不好，障碍物厚度等影响通信距离。Wi-Fi的缺陷：通信距离短，通常只能满足100米内范围的通信；穿透性不好，障碍物厚度等影响通信距离。由于供热***中的数据采集单元应用于换热站，而换热站有的设置在地上，有的设置在地下室，因此，Zigbee和Wi-Fi通信方式无法覆盖地下室无线信号。而换热站与上一级的监控***间的通信距离通常大于100米，这就使得Zigbee、Wi-Fi在供热***中的应用受到一定的限制；GSM/CDMA的缺陷：受信号覆盖区域限制，并且后期运营费用较高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种分布式数据采集控制***及应用该***的方法，远程监控平台与各个无线通讯数据采集单元通过WiMin无线网络通信，较好的解决了网络覆盖盲区问题；较好的解决了通讯距离远和后期运行费用的矛盾问题。
本发明提供一种分布式数据采集控制***，包括：远程监控平台和一个以上无线通讯数据采集单元；所述远程监控平台与各个所述无线通讯数据采集单元通过WiMin无线网络连接。
优选的，每一个所述无线通讯数据采集单元包括：主控模块、通讯模块和一个以上I/O模块；所述主控模块分别与所述通讯模块和所述I/O模块连接。
优选的，所述主控模块与所述通讯模块之间采用RS485串行总线连接；所述主控模块与每一个所述I/O模块之间采用RS485串行总线连接。
优选的，所述主控模块和所述通讯模块构成主节点，各个所述I/O模块为从节点；所述主节点通过点对点通信方式与各个所述从节点通信，或者，所述主节点通过广播通信方式与各个所述从节点通信。
优选的，每一个所述无线通讯数据采集单元中包括1-20个所述I/O模块。
优选的，所述WiMin无线网络具有以下特点：
(1)所述WiMin无线网络的工作频率为480MHz～510MHz；
(2)所述WiMin无线网络支持10组共20个频点的频率空间复用及跳频技术，采用蜂窝结构的网络组织方式；
(3)所述WiMin无线网络由多个WiMin节点构成，各个所述WiMin节点的标准场地点对点通信距离为500米；
(4)所述WiMin无线网络中，无线网络层技术包括：动态地址生成算法、网络退化算法和网络自维护算法；
(5)所述WiMin无线网络运行于38.4KHz的数据调制带宽，在传输层运用子包聚合、报文缓冲和批量确认机制；
(6)所述WiMin无线网络采用增加基站的方案对于网络进行扩展；其中，各个所述基站工作于各不相同的无线频点，彼此之间独立运行，将多个高覆盖和高保真的星型子网通过以太网连接到数据中心；
(7)所述WiMin无线网络对各个子节点进行了群组划分，在MAC层采用可竞争时隙和不可竞争时隙。
本发明还提供一种应用上述分布式数据采集控制***的分布式数据采集控制方法，所述主控模块与各个所述I/O模块之间采用问答式自定义规约通信方式；具体包括以下步骤：
所述主控模块对各个所述I/O模块进行配置；
所述I/O模块采集供热***的供热参数，并将该供热参数发送给所述主控模块；
所述主控模块接收所述供热参数，对所述供热参数进行分析判断后，得到控制量，并将所述控制量发送给所述I/O模块；
所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中供热设备的运行状态。
优选的，所述I/O模块用于采集供热***中下列参数中的一种或几种：锅炉、一次和二次供回水的压力值、温度值、流量值及热量值。
优选的，所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中供热设备的运行状态具体为：所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中循环泵、补水泵和电动阀门的运行工况。
本发明提供的分布式数据采集控制***及应用该***的方法，远程监控平台与各个无线通讯数据采集单元通过WiMin无线网络通信，WiMin工作于480MHz～510MHz，属于微功率免申请业余频段，无需额外授权费用或网络第三方支持；WiMin支持10组共20个频点的频率空间复用及跳频技术，采用蜂窝结构的网络组织方式，提高了频率利用效率和网络扩展性；WiMin节点的标准场地点对点通信距离为500米，并且在每个蜂窝小区范围内支持自组织多跳传输技术(Ad Hoc & Multi Hop)，使得每个蜂窝小区的现实场地有效覆盖半径达到500米～2000米，并且较好的解决了网络覆盖盲区问题；较好的解决了通讯距离远和后期运行费用的矛盾问题。
附图说明
图1为本发明提供的分布式数据采集控制***的结构示意图；
图2为本发明提供的Wimin的技术原理图；
图3为本发明提供的WiMin***OSI网络模型图；
图4为WiMin网络中基本结构单元微蜂窝的结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，本发明提供一种分布式数据采集控制***，包括：远程监控平台和一个以上无线通讯数据采集单元；所述远程监控平台与各个所述无线通讯数据采集单元通过WiMin无线网络连接。每一个所述无线通讯数据采集单元包括：主控模块、通讯模块和一个以上I/O模块；所述主控模块分别与所述通讯模块和所述I/O模块连接。其中，所述主控模块与所述通讯模块之间采用RS485串行总线连接；所述主控模块与每一个所述I/O模块之间采用RS485串行总线连接。每一个所述无线通讯数据采集单元中可以包括最多20个所述I/O模块。
所述主控模块和所述通讯模块构成主节点，各个所述I/O模块为从节点；所述主节点通过点对点通信方式与各个所述从节点通信，或者，所述主节点通过广播通信方式与各个所述从节点通信。在主节点和从节点通信过程中，任何通信都必须由主节点启动，从节点响应主节点的相关命令来启动相关数据的传输，不允许从节点主动启动数据的通信。具体的，I/O模块包括8DI、4DR、4AI、2AO、4RD、4TC共6种类型I/O模块，在具体实现上，I/O模块的硬件结构可以选用卡式模组合，采用积木化结构，具有简单、灵活以及各个模块之间可以自由组合的优点。I/O模块与主控模块连接顺序可以定义为：1-20。主节点向从节点发送的命令类型包括：启动、读或写命令等。I/O模块与主节点的通讯方式可以通过下列形式实现：每个I/O模块配置有一个唯一的ID号用来表示I/O模块地址并且保存在FLASH中，ID号默认为01，可以用软件进行修改。所有发送到I/O模块的指令都包含该ID号，即：只有此地址的I/O模块才会应答。
本发明还提供一种应用上述分布式数据采集控制***的分布式数据采集控制方法，所述主控模块与各个所述I/O模块之间采用问答式自定义规约通信方式；具体包括以下步骤：
所述主控模块对各个所述I/O模块进行配置；
所述I/O模块采集供热***的供热参数，并将该供热参数发送给所述主控模块；
具体的，所述I/O模块用于采集供热***中下列参数中的一种或几种：锅炉、一次和二次供回水的压力值、温度值、流量值及热量值。
所述主控模块接收所述供热参数，对所述供热参数进行分析判断后，得到控制量，并将所述控制量发送给所述I/O模块；
所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中供热设备的运行工况。
具体的，所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中供热设备的运行状态具体为：所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中循环泵、补水泵和电动阀门等的运行工况。
通过以上对比不难看出，WiMin***在网络覆盖、数据传输速率、功耗等关键性能上都有自己独到的优势，尤其是其强壮而灵活的组网，可广泛的适用于各种复杂环境。因此，WiMin数据通讯技术解决了有线通讯造价高、施工难的问题；解决了无线通讯中Zigbee、WiFi等的通讯距离短和GSM/CDMA的信号覆盖面及后期运行费用的问题。
下面介绍上文涉及的Wimin技术：
1、Wimin的技术原理
新型的无线数据接入***-WiMin微蜂窝低功耗无线物联网数据接入平台。WiMin工作于480MHz～510MHz，属于微功率免申请业余频段，无需额外授权费用或网络第三方支持；WiMin支持10组共20个频点的频率空间复用及跳频技术，采用蜂窝结构的网络组织方式，提高了频率利用效率和网络扩展性；WiMin节点的标准场地点对点通信距离为500米，并且在每个蜂窝小区范围内支持自组织多跳传输技术(Ad Hoc & Multi Hop)，使得每个蜂窝小区的现实场地有效覆盖半径达到500米～2000米，并且较好的解决了网络覆盖盲区问题；WiMin提供了RS232、RS-485和UART通用的设备接口，可分别以“外挂”或者“嵌入”方式与用户设备相连，具有良好的通用性。
如图2所示，WiMin兼具分布式和集中式***的特征，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工敷设简单、维护方便、工程总成本低等特点；适用于远程数据采集、特殊恶劣环境下的数据传输及接入等方面，如工控数据采集***、水电气自动抄表***、地下井坑及管线的监控***等。
WiMin***由两类节点设备构成：“接入终端WAT”和“接入中心WAC”。
●接入终端(WAT)：安装在每个用户数据采集点上，与用户的数据采集设备相连，构成WiMin***中的数据采集接入的基础设备，负责将采集到的用户数据传输到指定的接入中心(WAC)。
在WiMin***中WAT不仅可以直接和覆盖半径内的WAC通信，同时还具有数据转发功能，可以为其相邻的WAT转发数据，多个WAT依据自组织网络路由策略构成到WAC的多跳通信链路，大大增加了网络的覆盖范围。
●接入中心(WAC)：安装在用户的数据处理设备上，构成在一定地理区域范围内的数据中心接入点，负责接收本区域内所有的接入终端；WAC的功能类似于蜂窝网中的基站或者WLAN中的AP，负责收集微蜂窝小区内所有采集单元采集的数据，同时对于多个小区一个数据处理中心的情况，还可以通过适当的配置完成小区内数据向数据处理中心的转发。
在WiMin***中，WAT与数据采集***、WAC与数据处理***相互连接，协调工作，共同构成完整的数据采集接入***。因此，WiMin***实际上是一个数据通信的中转站。数据采集***将采集到的数据交给WAT发送，WAC接收WAT发出的数据后，再转发给数据处理***进行后续处理。
如图3所示，为WiMin***OSI网络模型图。
物理层：Physical Layer
该层控制射频芯片的状态控制，完成对数据的发射和接收
(1)启用前向纠错算法和数据白化，提高数据包抗干扰能力
(2)控制射频芯片的半双工切换，接收和发送数据报文
(3)对数据进行硬件CRC校验，保证数据正确性
(4)对于射频芯片进行频率微调，确保主从节点的射频中心频率已对准
MAC层：Media Access Control Layer
完成无线网络的管理和调度，实现无线网络资源的分配和释放
(1)提取本端和对方的电磁信号强度(RSSI)和信号连接质量(LQI)，评估网络状况
(2)获取当前网络的状态：“已空闲”，“正繁忙”，“传输中”，“无服务”返回给上层
(3)主节点负责管理和分配无线信道资源，子节点以竞争方式请求分配无线信道资源
(4)子节点响应主节点的搜索请求，返回节点活动信息(类似ping命令)，用于节点管理
(5)搜索空闲的无线网络基站，筛选出信号最优的一个并锁定信道
WNP层：Wireless Node Protocol Layer
该层主要用于节点的寻址和组播管理
(1)动态管理和更新节点的通讯状态
(2)广播模式下的多点寻址和地址识别
传输层：Transfer Control Protocol Layer
该层主要用于控制数据传输的可靠性
(1)控制节点联线，传输和离线，向上层报告传输状态
(2)控制传输过程的确认请求，补包和应答确认
(3)控制数据报文的拆包和封包，实现分批传送
(4)发射端对数据报文进行子包化，接收端对数据报文进行子包聚合
应用层：Application Layer
该层具体内容由无线模块外部的用户实现，在模块内部仅仅实现和应用层的交互接口
(1)接收从主机接口来的控制指令，更改和读取模块的工作参数和模式
(2)接收从主机接口来的对无线发射缓冲区的周期性查询，实现软流控
(3)接收从主机接口来的数据，写入协议栈的数据缓冲池
(4)以流接口形式输出无线收到的数据到主机接口
(5)校验主机接口报文的正确性，保证主机接口的数据传输没有丢包和错包(可选关闭)
2、Wimin的技术特点与相关技术的比较
在数据采集AMR领域，常用数据接入技术方案比较：
1、有线方式：
(1)电力线载波方式：
优点：网络分布广、能进行双向通讯。
不足：我国一些低压配电网，接线杂乱，负荷变化很大且缺乏规律性，各种干扰十分严重，现有电力线载波AMR***的应用结果表明，未能取得满意的效果。
(2)电话线方式：
优点：网络分布广、能进行双向通讯
不足：由于电话线公用，通讯时经常发生冲突，既影响了数据的传输也对电调部门的正常工作造成了干扰，并且此种方式对通讯部门程控交换机正常、稳定的运行也有一定的影响。
(3)专线方式：
优点：传输可靠
不足：布线工程造价高、难度大、不易维护
2、无线方式：
基于数字蜂窝移动通信网络(GPRS、CDMA 1X)的技术方案
优点：实现简单
不足：成本问题、覆盖问题。
在WiMin中，设计WAT与WAC之间的链路最多为4跳。每个WAT周围4跳范围内的WAC构成一个“微蜂窝”，如图4所示。
“微蜂窝”(Cellular)是WiMin中的一个基本结构单元，根据实际应用环境的情况，整个WiMin***可以由一个或者多个“微蜂窝”构成。“微蜂窝”内的网络结构称为“内网”，多个微蜂窝小区构成平台的“外网”，具体定义如下：
微蜂窝(Cellular)：指地域半径在500～2000米以内的接入点的集合，如某一小区内的所有分布在该地域范围内的电表数据接入点的集合。
内网(Insider Net)：指在单个微蜂窝内形成的网络结构。
外网(Marco Net)：指在一定的地域内，由多个相临或相近的微蜂窝(Cellular)构成的网络集合，如某一城市统一实行抄表，该城市在规划时分成若干个小区，由多个小区构成此城市的网络，统称为外网。
WiMin的工作过程大致如下：
在WiMin平台中，每个数据采集点均装配一个WAT，在每个微蜂窝内配置一个WAC。
WAT将收集的传感器数据传送至其所在微蜂窝的WAC；
WAC将收集所在微蜂窝内的数据，然后交给用户(程序)处理。
当***采集点的分布范围较大、需要多个微蜂窝覆盖整个区域时，则每个微蜂窝内的WAC则将收集的数据再传送给整个网络的用户数据中心。从每个WAC到用户数据中心则以独立的专用信道(有线或者无线)完成传输。
为避免各个微蜂窝小区间的干扰，WiMin平台中的WAC和WAT支持对10组20个频点的频分复用。每个微蜂窝小区均被分配一组频点(每组两个频点)，相邻微蜂窝小区所使用的频点组互不相同。在每个微蜂窝小区内部，WAC和WAT之间在两个频点上以慢速跳频的方式进行通信
从以上对比中不难看出，与其他数据接入***相比，WiMin兼具分布式和集中式***的特征，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便、工程总成本低等诸多优势；在远程数据采集、特殊恶劣环境下的数据传输及接入等方面，极大的提高了***的鲁棒性和可用性。
WiMin数据接入***的特点：
组网技术不同：1、我们为全自动组网不需要人工干预；其他***需要人工到现场设置参数如频点等。2、我们实现和客户的交互通讯，节点可以自动入网，上报报警数据；
***的维护方式不同：1、我们的节点可以实现远程无线升级维护，2、我们网络具有自愈功能。
可靠性不同：
1、我们的***具有自适应选频和跳频技术能自动回避一些干扰；
2、芯片不同射频性能指标不同，我们有一定的优势。
3、***安装难易程度不同：我们的***不需要技术人员到现场指导；
3.Wimin的主要内容和关键技术
(一)研发的主要内容：
“WiMin微蜂窝低功耗无线物联网数据接入平台”是我们所研发的一种短距离无线通信技术---WiMin网络***，及以WiMin为内核而开发的应用***WEMS和UDC。
WiMin网络将物理层构建在480MHz的射频之上，可以获得UHF(Ultra High Frequency：300MHz至3GHz)频带低端的穿透力强，抗衰减能力好等电磁特性，这一特性可以较好的应对建筑物和楼群等复杂通讯条件下电磁信号杂化(多路径效应)的挑战；在MAC(Media Access Control)层采用了公平对等的竞争接入方案，对分布式数据采集和多点并发请求提供了链路控制；在传输层实现了高缓冲的TCP传输控制协议，在保证了用户数据的正确可靠之外还提供了无线网络的高吞吐率；在最顶层通过二进制流格式的主机接口和用户的应用层进行无缝连接，完整地提供了一个主从架构的无线网络解决方案，给用户对于无线传输在数据高可靠性领域的应用带来了全新的体验。
作为一种新型的无线数据接入***，通过多项关键算法的实现，WiMin网络***具备以下特点：
●高吞吐率和高覆盖率的网络；
●高数据保真和高扩展性网络；
●低功耗和高用户容量的网络；
●易于部署，维护简单的网络
WiMin***由三类节点设备构成：接入终端WAT、接入中心WAC和网关。
1)接入终端(WAT)：安装在每个用户数据采集点上，与用户的数据采集设备相连，构成WiMin***中的数据采集接入的基础设备，负责将采集到的用户数据输到指定的接入中心(WAC)。
在WiMin***中WAT不仅可以直接和覆盖半径内的WAC通信，同时还具有数据转发功能，可以为其相邻的WAT转发数据，多个WAT依据自组织网络路由策略构成到WAC的多跳通信链路，大大增加了网络的覆盖范围。
2)接入中心(WAC)：安装在用户的数据处理设备上，构成在一定地理区域范围内的数据中心接入点，负责接收本区域内所有的接入终端WAT发送的用户数据，以进行后续处理。WAC的功能类似于蜂窝网中的基站或者WLAN中的AP，负责收集微蜂窝区域内所有采集单元采集的数据，同时对于多个小区一个数据处理中心的情况，还可以通过适当的配置完成区域内数据向数据处理中心的转发。
3)网关：安装在用户的数据处理设备上，在更高一级网络中，它下行联接WAC，上行连接数据中心，构成整个网络的网关。
在WiMin***中，WAC和WAT是与用户的数据采集设备、数据处理设备相互连接，协调工作，共同构成完整的数据采集接入***。因此，WiMin***实际上是一个通信中间件。用户的数据采集设备将采集到的数据交给WAT发送，WAC接收到WAT发出的数据，再交给用户数据处理设备进行后续处理。
(二)涉及的关键技术：
WiMin数据接入***”的关键技术主要是“无线网络层技术”和“无线信道层技术”。
1)无线网络层技术：
无线网络层技术主要包括：“动态地址生成算法”、“网络退化算法”、“网络自维护算法”这3个算法。
2)无线信道层技术
主要是用WOP扫频技术，将呼叫与传输频率相互独立通信模式改成了共享模式，即呼叫频率与数据传输频率都是同频方式，使得***组网算法难度有所降低，且通信频率的快速对准过程相对简化。同时WiMin采用多点频率定时转换的慢跳频模式来确保WiMin***的数据安全传输。
在链路建立过程中，使用单一跳频图案模式。跳频方式使用慢呼快扫原则，即呼叫跳频速率为1/2扫频速率。这样有利于通信链路的快速建立。为匹配这种扫频原则，在侦听呼叫频段中的扫频方式使用双向回扫的算法，这样可有效解决同图同跳速的覆盖隐藏问题。
(三)主要解决的关键问题：
传统的无线通信技术，由于存在很多难以克服的矛盾而使得应用受到很大限制，比如网络覆盖和传输距离的矛盾，传输可靠和扩展性的矛盾，低功耗和用户容量的矛盾，在WiMin***中，这些问题得到了近乎完美的解决。
1)高吞吐率和高覆盖率的网络
一般而言，无线通讯要获得高数据吞吐率，就需要采用较高的载波频率和数据带宽；然而高频信号的穿透能力和抗衰减能力都低于低频带和低数据带宽信号，信号的传输距离将会缩短，这样就会在一定程度上牺牲网络的覆盖半径。通常情况下，2.4G Hz无线网络(比如ZigBee)采用250K Hz或者更高的数据带宽来获得高的网络吞吐率；多数433M Hz无线透明传输模块采用了9.6/4.8/2.4/1.2KHz的数据带宽来获得更大的网络覆盖面积，数据带宽和网络覆盖半径始终是一对矛盾。WiMin无线网络运行于38.4KHz的数据调制带宽，在链路层采取较小的定长报文，在传输层运用子包聚合，报文缓冲，批量确认等机制，在保证了高网络覆盖的同时还获得了高的数据吞吐率，对高实时性的数据业务提供了很好的支持。
2)高数据保真和高扩展性网络
对于一个无线网络而言，可扩展性是一个重要的特征。为了组建一个较大规模的无线网络，典型的解决方案是接力传输。在接力传输中，每一个中间节点都可以对报文进行转发，由于无线本身易受干扰等原因，在多次转发的过程中报文容易丢失，增加了数据破缺的概率，同时由于无线网络采用了智能路由和多点接力的方式，发送端对于传输延时的估算是较为困难的，这样就难于实现一个快速的重传机制来保证数据可靠性。WiMin采用了增加基站的方案对于网络进行扩展。每一个基站工作于不同的无线频点，彼此之间独立运行，互不干扰，将多个高覆盖和高保真的星型子网通过以太网等有线方式连接到数据中心，实现无线网络的灵活扩展。
3)低功耗和高用户容量的网络
WiMin无线网络为了获得短的网络接入延时，对子节点进行了小的群组划分，在MAC层实现了可竞争的和不可竞争两种时隙，保证在高用户容量的情况下将竞争失效的概率减到最小，为多用户的并发请求提供了平等，快速的接入机制。
针对移动计算网络，WiMin无线模块通过接收主机接口的DTR/DSR控制，实时对无线模块进行休眠和唤醒，降低通讯模块的功率消耗。在休眠模式下无线射频被关闭，协议栈处理器运行在10KHz，工作电流被限制在1mA以下，在注重电池续航时间的手持设备中有更好表现。
4)易于部署，维护简单的网络
WiMin无线网络的基站和子节点都可以自动加载其配置参数，而对于网络分布和通讯对象等状态信息则是受协议驱动的。其自动配置和自动学习能力把人们从专业的网络维护中解脱出来，停止基站则关闭无线网络，基站上电则恢复无线网络；对于无线网络的变更，扩容，部署和运行维护也要求很低。
目前，常用的无线通讯方式有：Zigbee、Wi-Fi和GSM/CDMA模式。Wimin与其它通讯方式的比较分别见表1、表2和表3：
表1
表2
表3
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种分布式数据采集控制***，其特征在于，包括：远程监控平台和一个以上无线通讯数据采集单元；所述远程监控平台与各个所述无线通讯数据采集单元通过WiMin无线网络连接；
每一个所述无线通讯数据采集单元包括：主控模块、通讯模块和一个以上I/O模块；所述主控模块分别与所述通讯模块和所述I/O模块连接；
所述主控模块和所述通讯模块构成主节点，各个所述I/O模块为从节点；所述主节点通过点对点通信方式与各个所述从节点通信，或者，所述主节点通过广播通信方式与各个所述从节点通信；
所述WiMin无线网络具有以下特点：
(1)所述WiMin无线网络的工作频率为480MHz～510MHz；
(2)所述WiMin无线网络支持10组共20个频点的频率空间复用及跳频技术，采用蜂窝结构的网络组织方式；
(3)所述WiMin无线网络由多个WiMin节点构成，各个所述WiMin节点的标准场地点对点通信距离为500米；
(4)所述WiMin无线网络中，无线网络层技术包括：动态地址生成算法、网络退化算法和网络自维护算法；
(5)所述WiMin无线网络运行于38.4KHz的数据调制带宽，在传输层运用子包聚合、报文缓冲和批量确认机制；
(6)所述WiMin无线网络采用增加基站的方案对于网络进行扩展；其中，各个所述基站工作于各不相同的无线频点，彼此之间独立运行，将多个高覆盖和高保真的星型子网通过以太网连接到数据中心；
(7)所述WiMin无线网络对各个子节点进行了群组划分，在MAC层采用可竞争时隙和不可竞争时隙；
其中，WiMin***由两类节点设备构成：接入终端WAT和接入中心WAC；
接入终端WAT：安装在每个用户数据采集点上，与用户的数据采集设备相连，构成WiMin***中的数据采集接入的基础设备，负责将采集到的用户数据传输到指定的接入中心WAC；
在WiMin***中WAT不仅可以直接和覆盖半径内的WAC通信，同时还具 有数据转发功能，可以为其相邻的WAT转发数据，多个WAT依据自组织网络路由策略构成到WAC的多跳通信链路；
接入中心WAC：安装在用户的数据处理设备上，构成在一定地理区域范围内的数据中心接入点，负责接收本区域内所有的接入终端；WAC的功能为：负责收集微蜂窝小区内所有采集单元采集的数据，同时对于多个小区一个数据处理中心的情况，还可以通过适当的配置完成小区内数据向数据处理中心的转发；
在WiMin***中，WAT与数据采集***、WAC与数据处理***相互连接，协调工作，共同构成完整的数据采集接入***；因此，WiMin***实际上是一个数据通信的中转站，数据采集***将采集到的数据交给WAT发送，WAC接收WAT发出的数据后，再转发给数据处理***进行后续处理；
WiMin***OSI网络模型图，包括：物理层、MAC层、WNP层、传输层、应用层；
物理层：
该层控制射频芯片的状态控制，完成对数据的发射和接收，包括：
(1)启用前向纠错算法和数据白化，提高数据包抗干扰能力；
(2)控制射频芯片的半双工切换，接收和发送数据报文；
(3)对数据进行硬件CRC校验，保证数据正确性；
(4)对于射频芯片进行频率微调，确保主从节点的射频中心频率已对准；
MAC层:
完成无线网络的管理和调度，实现无线网络资源的分配和释放，包括：
(1)提取本端和对方的电磁信号强度RSSI和信号连接质量LQI，评估网络状况；
(2)获取当前网络的状态：“已空闲”，“正繁忙”，“传输中”，“无服务”返回给上层；
(3)主节点负责管理和分配无线信道资源，子节点以竞争方式请求分配无线信道资源；
(4)子节点响应主节点的搜索请求，返回节点活动信息，用于节点管理；
(5)搜索空闲的无线网络基站，筛选出信号最优的一个并锁定信道；
WNP层：
该层主要用于节点的寻址和组播管理，包括：
(1)动态管理和更新节点的通讯状态；
(2)广播模式下的多点寻址和地址识别；
传输层：
该层主要用于控制数据传输的可靠性，包括：
(1)控制节点联线，传输和离线，向上层报告传输状态；
(2)控制传输过程的确认请求，补包和应答确认；
(3)控制数据报文的拆包和封包，实现分批传送；
(4)发射端对数据报文进行子包化，接收端对数据报文进行子包聚合；
应用层：
该层具体内容由无线模块外部的用户实现，在模块内部仅仅实现和应用层的交互接口，包括：
(1)接收从主机接口来的控制指令，更改和读取模块的工作参数和模式；
(2)接收从主机接口来的对无线发射缓冲区的周期性查询，实现软流控；
(3)接收从主机接口来的数据，写入协议栈的数据缓冲池；
(4)以流接口形式输出无线收到的数据到主机接口；
(5)校验主机接口报文的正确性，保证主机接口的数据传输没有丢包和错包；
在WiMin中，设计WAT与WAC之间的链路最多为4跳，每个WAT周围4跳范围内的WAC构成一个“微蜂窝”：
“微蜂窝”，是WiMin中的一个基本结构单元，根据实际应用环境的情况，整个WiMin***可以由一个或者多个“微蜂窝”构成，“微蜂窝”内的网络结构称为“内网”，多个微蜂窝小区构成平台的“外网”，具体定义如下：
微蜂窝：指地域半径在500～2000米以内的接入点的集合；
内网：指在单个微蜂窝内形成的网络结构；
外网：指在一定的地域内，由多个相临或相近的微蜂窝构成的网络集合；
WiMin的工作过程如下：
在WiMin平台中，每个数据采集点均装配一个WAT，在每个微蜂窝内配置 一个WAC；
WAT将收集的传感器数据传送至其所在微蜂窝的WAC；
WAC将收集所在微蜂窝内的数据，然后交给用户程序处理；
当***采集点的分布范围较大、需要多个微蜂窝覆盖整个区域时，则每个微蜂窝内的WAC则将收集的数据再传送给整个网络的用户数据中心；从每个WAC到用户数据中心则以独立的专用信道完成传输；
为避免各个微蜂窝小区间的干扰，WiMin平台中的WAC和WAT支持频分复用，每个微蜂窝小区均被分配一组频点，每组两个频点，相邻微蜂窝小区所使用的频点组互不相同，在每个微蜂窝小区内部，WAC和WAT之间在两个频点上以慢速跳频的方式进行通信。
2.根据权利要求1所述的分布式数据采集控制***，其特征在于，所述主控模块与所述通讯模块之间采用RS485串行总线连接；所述主控模块与每一个所述I/O模块之间采用RS485串行总线连接。
3.根据权利要求1所述的分布式数据采集控制***，其特征在于，每一个所述无线通讯数据采集单元中包括1-20个所述I/O模块。
4.一种应用权利要求1-3任一项所述分布式数据采集控制***的分布式数据采集控制方法，其特征在于，所述主控模块与各个所述I/O模块之间采用问答式自定义规约通信方式；具体包括以下步骤：
所述主控模块对各个所述I/O模块进行配置；
所述I/O模块采集供热***的供热参数，并将该供热参数发送给所述主控模块；
所述主控模块接收所述供热参数，对所述供热参数进行分析判断后，得到控制量，并将所述控制量发送给所述I/O模块；
所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中供热设备的运行状态。
5.根据权利要求4所述的分布式数据采集控制方法，其特征在于，所述I/O模块用于采集供热***中下列参数中的一种或几种：锅炉、一次和二次供回水的压力值、温度值、流量值及热量值。
6.根据权利要求4所述的分布式数据采集控制方法，其特征在于，所述I/O 模块根据所述控制量控制供热***中供热设备的运行状态具体为：所述I/O模块根据所述控制量控制供热***中循环泵、补水泵和电动阀门的运行工况。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210159884.6A CN102695295B (zh) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | 分布式数据采集控制***及应用该***的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210159884.6A CN102695295B (zh) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | 分布式数据采集控制***及应用该***的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102695295A CN102695295A (zh) | 2012-09-26 |
| CN102695295B true CN102695295B (zh) | 2014-12-24 |
Family
ID=46860534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210159884.6A Active CN102695295B (zh) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | 分布式数据采集控制***及应用该***的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102695295B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102938777A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-02-20 | 河南中分仪器股份有限公司 | 具有分布式数据管理功能的数据采集工作站管理控制方法 |
| US9110670B2 (en) * | 2012-10-19 | 2015-08-18 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Energy management by dynamic functionality partitioning |
| CN104158589B (zh) * | 2014-07-16 | 2017-01-18 | 山东大学 | 一种无线‑光纤融合组网下的多业务承载***及其应用 |
| CN106979797A (zh) * | 2016-01-15 | 2017-07-25 | 北京迪文科技有限公司 | 一种多通道变量采集以及显示*** |
| CN105972693A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-09-28 | 北京暖流科技有限公司 | 一种实现透明供热的方法及*** |
| CN106371368A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-02-01 | 镇江明润信息科技有限公司 | 一种电动阀总线控制*** |
| CN108075569B (zh) * | 2016-11-11 | 2021-04-16 | 台达电子工业股份有限公司 | 电力分配单元、电力分配***及其中继连网方法 |
| CN107062384A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-08-18 | 重庆交通大学 | 装配式住宅采暖***分级控制*** |
| CN109215314A (zh) * | 2017-07-05 | 2019-01-15 | 广州特种承压设备检测研究院 | 电站锅炉能效测试数据无线采集*** |
| CN108601049B (zh) * | 2018-04-26 | 2020-01-17 | 南京朝焱智能科技有限公司 | 一种通信多层状态控制方法及*** |
| CN108769942B (zh) * | 2018-05-31 | 2022-01-07 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 基于zigbee广播与组播的无线同步采样***及方法 |
| CN110166340A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-23 | 北京京投信安科技发展有限公司 | T-net全制式单线多源数据采集传输*** |
| CN114553877A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-05-27 | 天津天地伟业智能安全防范科技有限公司 | 一种网络分布式服务器及其资源分配方法 |
| CN116192704B (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-14 | 北京豪密科技有限公司 | 网络密码机的监控***及方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101261022A (zh) * | 2007-03-09 | 2008-09-10 | 刁树杰 | 城市供热数据采集装置及供热集中监控方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040236626A1 (en) * | 2003-03-28 | 2004-11-25 | Stephen Lynch | Commercial/residential oil heating fuel status monitoring invention detailed process flow |
-
2012
- 2012-05-22 CN CN201210159884.6A patent/CN102695295B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101261022A (zh) * | 2007-03-09 | 2008-09-10 | 刁树杰 | 城市供热数据采集装置及供热集中监控方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CFDA微蜂窝-传感式固定无线数据采集接入平台;Helios Sun;《中国工控网》;20060810;第1-18页 * |
| 一种基于自组网络的无线抄表***研制;姜世芬 等;《现代电子技术》;20120101;第35卷(第1期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102695295A (zh) | 2012-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102695295B (zh) | 分布式数据采集控制***及应用该***的方法 | |
| CN103179696B (zh) | 智能电网中基于认知无线电的通信网***和组网方法 | |
| Wei et al. | Cluster-based routing protocols in wireless sensor networks: A survey | |
| CN108494824B (zh) | 一种用于物联网的网络架构和组网方法 | |
| Ayele et al. | Leveraging BLE and LoRa in IoT network for wildlife monitoring system (WMS) | |
| CN102281558A (zh) | 一种应用于物联网数据传输的无线传感器网络组网方法 | |
| Bohli et al. | How to meet increased capacities by future green 5G networks: A survey | |
| CN101198167B (zh) | 融合蜂窝式网络与自组织网络的混合网络***及其构建方法 | |
| CN108738005A (zh) | 一种基于低功耗蓝牙的Mesh组网方法及其*** | |
| CN108260106A (zh) | 一种智能终端WiFi的自组网建立方法及装置 | |
| Munusamy et al. | Role of Clustering, Routing Protocols, MAC protocols and Load Balancing in Wireless Sensor Networks: An Energy-Efficiency Perspective | |
| Zhao et al. | D2D communication channel allocation and resource optimization in 5G network based on game theory | |
| CN110661846A (zh) | 一种超窄带电力物联网通信***及其通信方法 | |
| CN102316473A (zh) | 一种网关设备及数据传输方法 | |
| CN104883695A (zh) | 一种多跳认知无线电网络架构及部署方法 | |
| CN102316474A (zh) | 一种网关设备及数据传输方法 | |
| Hu et al. | A dynamic spectrum access strategy based on real-time usability in cognitive radio sensor networks | |
| CN102186258B (zh) | 基于线形长距离的无线传感器网络的通信协议方法 | |
| CN104333896A (zh) | 微小区基站及其发送功率的调整方法和调整*** | |
| Dou et al. | The networking technology within smart home system-ZigBee technology | |
| Dugas | Configuring and managing a large‐scale monitoring network: solving real world challenges for ultra‐low‐powered and long‐range wireless mesh networks | |
| Li et al. | Always connected things: Building disaster resilience iot communications | |
| CN103458423B (zh) | 异构认知无线网络间传输认知流的方法、装置和*** | |
| Qin et al. | ZigBee-assisted power saving for more efficient and sustainable ad hoc networks | |
| CN202143217U (zh) | 基于移动自组网技术的通信设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |