电力设备无线传感器网络节点组网协议(试行).pdf

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国网2019电力设备无线传感器网络节点组网协议最新版
Q/ XXX XXXXX- XXXⅩ 7.1.6控制信道上行帧.… 7.1.7确认帧 7.1.8广播帧. ou22 7.1.9保留备用帧 7.2时间参数定义 12 7.3接入过科. 7.3.1业务信道信息接入过程 7.3.1.1业务信道信息请求与响应过程 .13 73.1.2异常处理. 7.3.2组播信息接入过程 73.2.1组播信息请求与响应过程. 7322异常处理. 733控制信道上行信息接入过程… 73.3.1控制信道上行信息请求与响应过程. 73.3.2异常处理… 7.3.4广播信号传输过程. 734广播过程. 2I 734.2异常处理… 73.5动态组网过程 22 73.51组网过程 7.3.5.2路由建立过程. 附录A(资料性附录)CSS物理层. 23 附录B(规范性附录)EE802.154物理层…… 27 附录C(规范性附录)BLE5.0物理层. 30 附录D(规范性附求)循环冗余校验(CRC)… Q/XXX XXXXX-XXXX 本标准按照GB/20001.5-2017《标准编写规范第5部分:规范标准》给岀的规则起草 本标准由国网江苏省电力有限公司电力科学研究院提出并解释 本标准有国家电网公司归口。 本标准起草单位:国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 木标准主要起草人: 项目背景 IIL Q/XXX XXXXX-XXXX 电力设备无线传感器网络节点组网协议(草案) 1范围 本标准规定了电力设备无线传感器网络节点的组网规则,包括网络结构、网络的接入过程和调度规 则等内容。 本标准适用于电力设备无线传感器网络的组网过程 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改)适用于本文件。 LoRaWaNTM 1.1 Specification IEEE Std 802.15. 4TM-2015 Bluetooth Core Specification v 5.0 3术语与定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1频分多址 把总带宽分隔成多个频道,每个用户占用一个频道,并且不同的用户占用不同的频道 32自动重传请求 接收端请求发送端重传出错的数据报文,从而得到正确的报文。 3.3线性调频扩频 在一个周期内,发射的射频脉冲信号的载频的频率呈线性变化,这样的调制方式称为线性调频扩频。 4缩略语 PL Physical laver 物理层 DLL Data Link la 数据链路层 MAC Media Access Control 媒体接入控制层 LLC Logical Link Control 逻辑链路控制层 CsS Chirp spread spectrum 线性调频扩频 O-QPSK Offset-Quadrature-Phase-Shift-Keying 偏移四进制相移键控 BLE Bluctooth Low Encrgy 蓝牙低功耗 RF Radio frequency 无线电频率 Q/XXX XXXXX-XXXX FEC Forward error correction encoder 前向纠错技术 CRO Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验 MHDR Media Access Control header 媒体访问控制层头 MACPayload Media Access Control Payload 媒体访问控制层负载 MIO Message Integrity Check 信息完整性校验 Transmit Sequence Number 帧传输序列号 REQ Request 请求 RS SP Response 响 BC B 播 RFU Reserved for use 保留备用 ACK Acknowledgement 确认 Spreading Factor 扩频因子 CR Coding rate 编码率 BW Bandwidth 带宽 PSD Power spectral densit 功率谱密度 5总! 5.1概述 为了对电力设备无线传感器网终中传输的数据进行有效的管理和分配,本标准根据电力设备无线传 感器网络的特点,制定了电力设各无线传感器网络节点组网协议。 本标准定义了电力设备无线传感器网络节点组网协议的物理层(PL)和数据链路层(DLL),以 及网络拓扑结构。 5.2协议结构 5.2.1概述 此部分规定了协议栈的模型,以区分不同层的定义、以及不同层允许的功能和进程 标准体系结构遵循通用分层结构。 此标准定义的分层结构为3层模型,如图1所示。 逻辑链路控制层 数据链路层 体接入控制层访 间安口 媒体接入控制层 物理层访问口 物坦层 射频菅理 图1电力设备无线传感器网络节点组网协议栈 Q/XXX XXXXX-XXXX 最底层的协议栈为物理层(PL),负责物理比特流的数据传输, 上层为数据链路层〔DLL),包括媒体接λ控制层(MAC)和逻辑链路控訇层(LLC)两个子层 媒体接入控制层(MAC)用于逻辑链路的连接。 逻辑链跻控制层(IIC)用于逻辑链路的控制 5.2.2物理层 物理层负责处理比特流的物理传输,包括发送和接收。关于物理层的配置详见第6章。 物理层的主要功能如下: 调制与解调 发送状态和接收状态的切换 射频参数的配置 比特和符号的映射 频率和符号的同步 传输事件的建立 5.2.3数据链路层 数据链路层在物理层提供服务的基础上冋上层提供服务,规定了链路上薮据传输的方式。数据链路 层包括媒体接入控制凨和逻缉链路控制凨两个子层。关于数捱链路层的描述详见第7章。 5.2.3.1媒体接入控制层 媒体接入控制层处理逻辑链路的连接问题。 媒体接入控制层的主要功能如卜: 比特流排序 父互应答 接入控制 信道管理 组帧和时间同步 传输控制参数配置 链路地址分配 5.2.3.2逻辑链路控制层 逻辑链嵱控制层只应用」控制层面,为媒伓接入控尙层提供逻辑链路的控制。 逻辑链路控制层的主要功能如下: 连接的建立、维护和结束 连接方式的控制 数据包的顺序传输 5.3网络结构模型 5.3.1网络结构总体 业务终端节点、汇聚节点和接入节点的自组织网络应该配置为以下两种网络模型中的一种:①树状 网终模型;②多跳网络模型 3 Q/XXX XXXXX-XXXX 业务终端节点为产牛业务的设备,不具备数据转发和数据汇聚的功能。 汇聚节点为具有数据转发功能和数据汇聚功能的设备。 接入节点为该网络的最上层设备,负责网终的管理和数据的收集。 5.3.2树状网终 树状网络如图2所示,业务终端节点、汇聚节点和接入节点通过给定信道的上行链路和下行链路进 行连接。 上行 上行 上行 下行 下 接入节点 上行 下彳 下行 上行 汇聚节点 下行 下行 上行 业务终端 下行 上行 下行 图2树状网络 5.3.3多跳网终 多跳网络是为了增加网络的覆盖范围,将网络中部分汇聚节点作为中继节点,有效的将相距较远的 接入节点和汇藂节点或者是接入节点和业务终端节点相连,完成可靠的通信传输。多跳网络结构如图3 所 接入节点 上行 汇聚节点 下行 下行 下行上行上行 上行 下行 业务终端 图3多跳网络 6物理层协议规范 6.1概述 物理层通过无线物理信道发送和接收物理层协议数据单元,并对物理层数据信息和物理层控制信息 进行管理。 本协议定义的物理层如下: Q/XXX XXXXX-XXXX CSS物理层:工作在470-510MH或者2400-2483.5MHz频段,采用线性调频扩频(CSS)调制。 IEE802.15.4物理层:工作在2400-2483.5MHz频段,采用偏移四进制相移鍵控( O-QPSK)调 制 BIE50物理层:工作在2400-24835MI频段,采用高斯频移键控(GFSK)调制 6.2帧结构 物理层帧结构如图4所小,由前导、物理层头、物理层头校验(可选)、物理层负蔹、物理层负载 校验(可选)组成 前导 物理层头 物理层头校验 物理层负载 物理层负载校验 (可选) (可选 图4物理层帧结构 CSS物理层帧结构详见附录A。 IFEE802.154物理层帧结构详见附录B BLE50物理层帧结构详见附录C。 6.3总体参数 木标准共设置2个工作频段:470-510MHz或者2400-2483.5MHz频段。 6.3.1CSs物理层参数 CSS物理层参数如表1所示。 CSS物理层的调制和传输及RF参数配置要求详见附录A 表1CSS物理层参数 频点 472.25MHz、472.75MHz、473.25MHz 2404.4MHz、2405.2MHz、2406MHz 扩频因子 8 编码率 CR4/5 CR4/5 带宽 500K SOOK 发射功率 <50mW <10mW 6.3.2|EE802.15.4物理层参数 IEEE802154物理层参数如表2所示。 IEE802.154物理层的调制和传输及RF参数要求详见附录B 表2IEEE802154物理层参数 频点 2404.4MHz、24052MHz、2406MHz 发射功率 <lOw 6.3.3BLE5.0物理层 BLE50物理层参数如表3所小。 Q/XXX XXXXX-XXXX BLE50物理层的调制和传输及RF参数要求详见附录C 表3BIF物理层参数 频点 2402 GHZ(CH37)、2426((CHU82450Gz(CH2.240G(cH9 物理层FEC编码 数据速 125kbit/s 父射功率 <10mw 在使用BLE物理层的传感节点时,传感器和汇集节点间使用BLE的广播( advertising)模式中的 AUX ADV IND类凖广播帧,数据信道也可以用作广播信道使用。 6.3.4信道分配 表4和表5分别为470-510MH频段和2400-2483.MH频段物理层信道分配表 表4470510MIz物理层信道分配 信道编号 信道类型 信道 广播信道 72-472.5M 业务信道 472.5-473MH 控制信道 473.5-474MHz 表52400-2483.5MHz物理层信道分配 信道编号 信道类型 信道 广播信道 2404-2404.8MHz 业务信道 4048-24056MHz 控制信道 2405.6-2406.4MIIz 7数据链路层协议规范 数据链路层在物理层提供服务的基础上向上层提供服务,其包括媒体接入控制层和逻辑链路控制层 两个子层。数据链路层与物理层的帧结构关系如图5所示。 数据链路层 NACE头ACE负载信息完整度校验 物里层前寻物坦层头物理层头校验(可选) 物理层负载 物理层负载校验(可选) 图5各层帧结构关系 7.1MAC层帧结构 1.1概述

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