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数字技术与应用
基于IEEE802.15.4B规范超顿机制下的230MHz无线
专网系统改造方案
姚制
（中国电子科技集团第五十研究所上海200063)
摘要：本文分新了230MHz无线专网电力负荷管理系统通信存在信道资源利用率低情况的原图，提出了基于IEEE802.15 4B规范超慎机制下系统通信工作方式的改遭方案，并对230MHz无线专网电力负荷管理系统的通信协议进行设计和定叉。
关键词：230MHz无线专网电力负荷管理系统超慎机制竞争访问时投非竞争访同时段
文章编号，1007-9416(2011)02-0107-02
中图分类号：TP393
文献标识码：A
1、前言
230MHz无线频段是我们国家无线电管理委员会规划给电力部门的，用于电力负荷管理系统组建230MHz无线专网.其工作额点有16对双工频点和1-个单工频点，通信速率大多为1200bps.2400bps，有个别系统为9600bps。电力负荷管理系统230MHz无线专网一般是一个主站和多个从站的大区制体系，采用POLLING的主从式通信方式，即一间一答的轮询方式，其实质就是一种信道共享的时分通信。近些年随着国网698标准的日益推进和电力部门提升白身业务水平的需要，230MHIz信道下的设备不断增多、以及其承载数据业务量的不断扩大使得目前大多数电力负荷管理系统数据采集在采集速度、采集用时及系统容量都存在间题，特待别是采集用时长，使得信道工作负荷大，影响到系统的整体性能。
2、原因分析： 2.1时域模型
以一个中等规模1：1000的通信率1200b Ps的负荷管理系统为例，单台终端日数据为 2K多字节，需要平均分成20顿，每赖128字节返回给主站。其时城模型如此下图！：
T，：主站电台RTS前延时时间：100mS； T，主台下行报文（设定报文长度为20 字节)：20+11+1000/1200=183.3ms;
T，：终端响应处理时间：设定为230ms; T，：终端上行报文（设定报文长度为128
字节)：128+11+1000/1200=1173.3mS;
该时城模型不考虑基站和终端电台RT S后延时时间、报文接收延时时间，以及主台响应时间，同时由于终端响应处理开始时刻就进行终端电台RTS前延时因此也不统计终端电台RTS前延时时间。单赖数据查询所花的时间T。：
T1 前越
万方数据
T2 一
T_=(T.+T,+T,+T.)=1686.6ms(约1. 7s)；单台日数据召测耗时约1.7s×20顿=34 Ss信道占空比=(T,+T,)/T。=80.43%；系统1000套设备仅仅目数据盒询的时间就达8 小时以上，
2.2速率提升
从速提升方案的理论计算来看，数据传输时间T。确实有所减少，但是其减少的幅度远远没有达到速提升幅度，然面信道的占空比反而下降的厉害，说明系统的信道资源利用率严重不够(如表1)。
从信道占空比的变化来看，随若通信速率的提升，影响系统的主要不盾从先前的通信速率逐步转移到信道空闲时间上，即T，电台RTS时延和T，终端响应处理时间。电台R TS时延缩短意味着采用更为先进的数字电台设备，需要更多的成本投人，为了更为经济，实效地解决这类问题，需要我们在系统的工作方式下进行改型，以减少T，终端响应处理时间对系统的影响。
3、基于IEEE802.15.4规范的超顿机制
3.1简介IEEE802.15.4规范
IEEE802.15.4规范主要针对低速无线个城网 (LowRate Wireless Personal Ar eaNetwork，LR-WPAN）制定。它规定了物理层(PHY)和介质访间控制子层(MAC) 与固定，便携式及移动设备之间的低数据率无线连接的规范，符合开放系统互连模型(OSI).在IEEE802.15.4中使用以超赖为周期组织LR-WPAN网络内设备间的通信。每个超顿都以网络协调器发送信标频(beac on)为开始，在这个信标顿中包含了超顿将持续的时间以及这段时间的分配等信息。网络中的普通设备接收到超赖开始时的信标慎后，就可以根据其中的内容安排自己的任
T3 爵间
图1
T4
务，例如进人休眠状态直到这个超顿结束，
超慎将通信时间划为活跃和不活跃两个部分，在不活跃期间，PAN网络中的设备不会互相通信，从而可以进人休眠状态以节省能量，超赖的活跃时期间划分为三个阶段：信标发送时段.竞争访间时段(contentio naccessperiodCAP)和非竞争访间时段(c ontention-freeperiod，CFP），超赖的活跃部分被划分为16个等长的时隙，每个时隙的长度，竞争访问时段包含的时隙数等参数，都由协调器设定，并通过超顿开始时发出的信标赖播到整个网络。如表2所为一个超顿结构：
在超赖的竞争访间时段.IEEE802.15 4网络设备使用带时除的CSMA-CS访问机制，并且任何竞争通信都必须在竞争访问时段结束前完成。在非竞争时段，协调器根据上-个超顿时期PAN网络中设备申请GTS 同步时脱的情况，将非竞争时段划分成若于个GTS同步时隙，每个GTS有若干个时隙组成。上图中GTS1由时隙10~11构或.GTS2 由时限12~13构成，GTS3由时隙14~15构成。每一GTS中的同步时隙都指定分配给了时院申请的网络设备，网络设备只能在其分配的时隙给通信。IEEE802.15.4标准要求任何非竞争通信都必须在自己分配的GTSn 内完成
超顿中非竞争访间时段限在竞争访间时段后面。竞争访问时段的功能包括网络设备可以CSMA-CS方式地发数据，网络设备向协调器申请GTS同步时障，新网络设备加人当前PAN网络等。非竞争访间时段有协调器指定的网络设备发送数据包，
超顿以信标顿的形式来实现点到点的同步通信，可以大大提高信道利用率。
3.2针对230MHz无线专网的改型方案
我们将负荷管理系统主站作为网络协调器，负荷管理终端作为网络设备。负荷管理系统主站由通信服务器和数传电台组成，负荷件理终端是内含数传电台的.采集各种电能信息采集源包括电能表和相关测景设备、客户配电开关的装置。负荷管理系统主站采用TDMA技术通过信标顿控制分时时序，给其履益范围内的负荷竹理终端分配时隙，负荷管理终端能在其被授权时隙内发送数据给主站。为了提高信道的占空比，负荷能理系统主站采取在信标顿中连续下发下行查询报文，下发的报文可以为不同终端，也可以为同一个终端，待终端响应处理
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