CN112769511B - 一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法 - Google Patents

一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法，其方法包括如下步骤：接入节点与汇聚节点之间根据已有频点列表依次进行频点测试；主节点发送持续一分钟的测试包，根据回包序号统计丢包率并计算平均信号强度；根据参数丢包率和信号强度来评估该频点在两节点间的通信质量并生成频点质量表；本发明能有效避免节点工作在干扰信道，能有效提高频谱的资源利用率，其考虑到了不同的节点周围的信道干扰情况和可用频谱资源都不一样的情况，剔除干扰信道能有效减少后续算法计算量和频点测试时间，能需要根据各个节点的具体情况选取最优可用信道，解决了目前为止在窄带电力物联网领域还没有可用的频谱筛选和分配方法的问题。

Description

一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法
技术领域
本发明涉及电力物联网技术领域，具体为一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法。
背景技术
泛在电力物联网包含感知层、网络层、平台层和应用层四层结构，其中感知层是物联网全面感知的基础，通过大规模传感器协同，结合传感器组网技术，实现电力传感信息采集和汇聚。随着智能电网的推广和发展，传感器终端、汇聚节点、接入节点等设备被大规模部署。
《输变电设备物联网节点设备无线组网协议》是用于实现低功耗无线传感器的数据上传和节点设备间的无线组网的标准协议，协议规定了电力物联网节点设备的可用频谱和组网拓扑，物理层可用频段为470-510MHz，拓扑结构为多跳树状网络，节点部署周围往往存在各种信号干扰，不同的节点周围的信道干扰情况和可用频谱资源都不一样，需要根据各个节点的具体情况选取最优可用信道。
根据空间能量测试信道干扰情况的方法由于物理因素影响无法适用于窄带电力无线网领域，因此目前为止在窄带电力物联网领域还没有可用的频谱筛选和分配方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法，其考虑到了不同的节点周围的信道干扰情况和可用频谱资源都不一样的情况，剔除干扰信道能有效减少后续算法计算量和频点测试时间，能需要根据各个节点的具体情况选取最优可用信道，解决了目前为止在窄带电力物联网领域还没有可用的频谱筛选和分配方法的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法，其方法包括如下步骤：
(1)频点测试：接入节点与汇聚节点之间根据已有频点列表依次进行频点测试；
(2)信号强度计算：主节点发送持续一分钟的测试包，根据回包序号统计丢包率并计算平均信号强度；
(3)质量表生成：根据参数丢包率和信号强度来评估该频点在两节点间的通信质量并生成频点质量表；
(4)更新质量表：根据通信质量剔除干扰信道并更新频点质量表；
(5)重复反馈：在多跳拓扑中对上述流程进行迭代；
(6)频点分配：根据频点质量表择优分配可用频点。
优选的，所述步骤(1)中，频点测试由网管发送扫描指令开始，接入节点内存放一个频点列表，接入节点和汇聚节点收到扫描指令后，分别进行相应工作。
优选的，所述步骤(1)中，接入节点收到扫描指令后，清空路由拓扑、黑名单，汇聚节点收到扫描指令后，清除黑白名单，并停止工作，进入扫描状态。
优选的，所述步骤(2)中，发送的测试包包含回包个数和回包序号两个重要字段，回包中有RSSI值和回包序号两个重要字段，接入节点根据回包情况统计丢包率并计算平均信号强度。
优选的，所述步骤(3)中，每对进行过频点测试的主设备与从设备之间都有一张频点测试表，根据频点测试情况记录丢包率和平均信号强度，根据一定比例的权重计算频点质量。
优选的，所述步骤(4)中，频点质量表的更新是根据频点质量的值将表中信道质量低的频点剔除，生成精简后的频点质量表。
优选的，所述步骤(4)中，精简后的频点质量表中，只含有高质量信道频点。
优选的，所述步骤(5)中，接入节点与汇聚节点进行完第一轮频点测试后生成单跳拓扑，不在拓扑里的其他汇聚节点与单跳拓扑里的汇聚节点进行第二轮频点测试，形成多跳拓扑，若还有未接入拓扑的节点，则继续迭代该过程。
优选的，所述步骤(6)中，多张频点质量表汇总到主设备处，经过一定算法得出最优的频点分配方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明能有效避免节点工作在干扰信道，能有效提高频谱的资源利用率，其考虑到了不同的节点周围的信道干扰情况和可用频谱资源都不一样的情况，剔除干扰信道能有效减少后续算法计算量和频点测试时间，能需要根据各个节点的具体情况选取最优可用信道，解决了目前为止在窄带电力物联网领域还没有可用的频谱筛选和分配方法的问题，值得推广。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法，其方法包括如下步骤：
(1)频点测试：接入节点与汇聚节点之间根据已有频点列表依次进行频点测试；
(2)信号强度计算：主节点发送持续一分钟的测试包，根据回包序号统计丢包率并计算平均信号强度；
(3)质量表生成：根据参数丢包率和信号强度来评估该频点在两节点间的通信质量并生成频点质量表；
(4)更新质量表：根据通信质量剔除干扰信道并更新频点质量表；
(5)重复反馈：在多跳拓扑中对上述流程进行迭代；
(6)频点分配：根据频点质量表择优分配可用频点。
实施例一：
一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法，其方法包括如下步骤：
(1)频点测试：接入节点与汇聚节点之间根据已有频点列表依次进行频点测试，频点测试由网管发送扫描指令开始，接入节点内存放一个频点列表，接入节点和汇聚节点收到扫描指令后，分别进行相应工作，接入节点收到扫描指令后，清空路由拓扑、黑名单，汇聚节点收到扫描指令后，清除黑白名单，并停止工作，进入扫描状态；
(2)信号强度计算：主节点发送持续一分钟的测试包，根据回包序号统计丢包率并计算平均信号强度，发送的测试包包含回包个数和回包序号两个重要字段，回包中有RSSI值和回包序号两个重要字段，接入节点根据回包情况统计丢包率并计算平均信号强度；
(3)质量表生成：根据参数丢包率和信号强度来评估该频点在两节点间的通信质量并生成频点质量表，每对进行过频点测试的主设备与从设备之间都有一张频点测试表，根据频点测试情况记录丢包率和平均信号强度，根据一定比例的权重计算频点质量，频点质量用来反映该从设备在该频点处与主设备通信的信道质量；
(4)更新质量表：根据通信质量剔除干扰信道并更新频点质量表，频点质量表的更新是根据频点质量的值将表中信道质量低的频点剔除，生成精简后的频点质量表，精简后的频点质量表中，只含有高质量信道频点；
(5)重复反馈：在多跳拓扑中对上述流程进行迭代，接入节点与汇聚节点进行完第一轮频点测试后生成单跳拓扑，不在拓扑里的其他汇聚节点与单跳拓扑里的汇聚节点进行第二轮频点测试，形成多跳拓扑，若还有未接入拓扑的节点，则继续迭代该过程；
(6)频点分配：根据频点质量表择优分配可用频点，多张频点质量表汇总到主设备处，经过一定算法得出最优的频点分配方案。
实施例二：
(1)接入节点与汇聚节点之间根据已有频点列表依次进行频点测试，由网管下达频点测试指令，接入节点内存放一个频点列表，接入节点和汇聚节点收到扫描指令后，分别进行相应工作，接入节点收到扫描指令后，清空路由拓扑、黑名单，汇聚节点收到扫描指令后，清除黑白名单，并停止工作，进入扫描状态；
表1：网管发送给接入节点路由
Figure BDA0002875644100000051
SINEID为接入节点ID，网络层指令类型为0xD0；
表2：路由发送给配对的汇聚节点
Figure BDA0002875644100000052
Figure BDA0002875644100000061
开始指令的网络层指令类型为0xD2，结束指令的网络层指令类型为0xD3，应答结果的网络层指令类型为0xaa；
(2)主节点发送持续一分钟的测试包，根据回包序号统计丢包率并计算平均信号强度，发送的测试包包含回包个数和回包序号两个重要字段，回包中有RSSI值和回包序号两个重要字段，接入节点根据回包情况统计丢包率并计算平均信号强度，接入节点如果长时间收不到注册消息，将更换频点，并将该频率从列表中删除；
表3：接入节点向下发送的测试包格式
Figure BDA0002875644100000062
表4：汇聚节点回包格式
Figure BDA0002875644100000063
Figure BDA0002875644100000071
(3)根据参数丢包率α和信号强度β来评估该频点在两节点间的通信质量并生成频点质量表，每对进行过频点测试的主设备与从设备之间都有一张频点测试表，根据频点测试情况记录丢包率和平均信号强度，根据一定比例的权重计算频点质量，频点质量Q＝mα+nβ；其中，m+n＝1，m，n为丢包率α和信号强度β的影响参数。
表5：接入节点A与汇聚节点i的频点质量表Ai
可用频点 丢包率α RSSIβ 信道质量Q
470MHz
471MHz
472MHz
··· ··· ··· ···
510MHz
(4)根据通信质量剔除干扰信道并更新频点质量表，频点质量表的更新是根据频点质量的值将表中信道质量低的频点剔除，生成精简后的频点质量表，精简后的频点质量表中，只含有高质量信道频点；
当丢包率α＜95％时，判断该信道为干扰信道，在表中剔除该可用频点；当信号强度β＜-80dBm时，判断该信道为干扰信道，在表中剔除该可用频点。更新频点质量表。
(5)在多跳拓扑中对上述流程进行迭代，接入节点与汇聚节点进行完第一轮频点测试后生成单跳拓扑，不在拓扑里的其他汇聚节点与单跳拓扑里的汇聚节点进行第二轮频点测试，形成多跳拓扑，若还有未接入拓扑的节点，则继续迭代该过程；
以汇聚节点i为主设备，其他汇聚节点为从设备进行频点测试，重复上述过程(2)(3)(4)，每个汇聚节点将自己进行的频点测试结果表汇总成单张频点质量表i，转发给接入节点，由接入节点给汇聚节点分配最优信道频点。
(6)根据频点质量表择优分配可用频点，多张频点质量表汇总到主设备处，经过一定算法得出最优的频点分配方案；
根据多张表Ai汇总成一张接入节点的频点质量表，根据表A给接入节点分配最优信道频点，形成接入-汇聚单跳拓扑。
本发明能有效避免节点工作在干扰信道，能有效提高频谱的资源利用率，其考虑到了不同的节点周围的信道干扰情况和可用频谱资源都不一样的情况，剔除干扰信道能有效减少后续算法计算量和频点测试时间，能需要根据各个节点的具体情况选取最优可用信道，解决了目前为止在窄带电力物联网领域还没有可用的频谱筛选和分配方法的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于窄带电力物联网的干扰信道剔除和频点分配方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：
(1)频点测试：接入节点与汇聚节点之间根据已有频点列表依次进行频点测试；
(2)信号强度计算：主节点发送持续一分钟的测试包，根据回包序号统计丢包率并计算平均信号强度；
(3)质量表生成：根据参数丢包率和信号强度来评估该频点在两节点间的通信质量并生成频点质量表；
(4)更新质量表：根据通信质量剔除干扰信道并更新频点质量表；
(5)重复反馈：在多跳拓扑中对上述流程进行迭代；
(6)频点分配：根据频点质量表择优分配可用频点；
所述步骤(1)中，频点测试由网管发送扫描指令开始，接入节点内存放一个频点列表，接入节点和汇聚节点收到扫描指令后，分别进行相应工作；
所述步骤(1)中，接入节点收到扫描指令后，清空路由拓扑、黑名单，汇聚节点收到扫描指令后，清除黑白名单，并停止工作，进入扫描状态；
所述步骤(2)中，发送的测试包包含回包个数和回包序号两个重要字段，回包中有RSSI值和回包序号两个重要字段，接入节点根据回包情况统计丢包率并计算平均信号强度；
所述步骤(3)中，每对进行过频点测试的主设备与从设备之间都有一张频点测试表，根据频点测试情况记录丢包率和平均信号强度，根据一定比例的权重计算频点质量；
所述步骤(4)中，频点质量表的更新是根据频点质量的值将表中信道质量低的频点剔除，生成精简后的频点质量表；
所述步骤(4)中，精简后的频点质量表中，只含有高质量信道频点；
所述步骤(5)中，接入节点与汇聚节点进行完第一轮频点测试后生成单跳拓扑，不在拓扑里的其他汇聚节点与单跳拓扑里的汇聚节点进行第二轮频点测试，形成多跳拓扑，若还有未接入拓扑的节点，则继续迭代该过程；
步骤(6)中，多张频点质量表汇总到主设备处，经过一定算法得出最优的频点分配方案。
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