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Q／GDW 12020-2019 输变电设备物联网微功率无线网通信协议.pdf简介：

"Q/GDW 12020-2019 《输变电设备物联网微功率无线网通信协议》"是一份由中国电力企业联合会（CPEC）发布的标准。这份标准主要针对输变电设备物联网（IIoT）领域的微功率无线通信技术进行规定，它为物联网设备在输变电领域的通信提供了一套详细的通信协议。

微功率无线技术通常用于低功耗、长距离或受限的通信环境，如远程监控、设备间数据传输等。在输变电设备中，这种技术可以用于设备状态监测、故障预警、远程控制等方面。该标准详细规定了数据传输、网络架构、安全控制、协议栈等方面的内容，以确保通信的可靠性和安全性。

通过遵循这份标准，相关设备制造商和系统集成商可以确保他们的产品和服务符合行业规范，能够有效地融入到输变电设备的物联网系统中，提升电力系统的运行效率和管理水平。

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下列术语和定义适用于本文件。

传感终端sensoi 输变电设备物联网感知层中的终端设备，可实现对输变电设备运行状态感知，并通过无线或者 式接入汇聚节点或接入节点

Q/GDW12020—201955网络拓扑与协议栈结构5.1网络拓扑5.1.1总体架构网络拓扑结构包含汇聚节点和传感终端，网络配置为星型网络，即多个传感终端与一个汇聚节点直接相连，如图1所示。本网络支持两种通信传输，分别为单向传输和双向传输。传感终端传感终端汇聚节点传感终端传感终端传感终端图1星型网络5.1.2单向传输单向传输指汇聚节点与传感终端在一个单独的信道上直接相连，传感终端通过上行链路上传数据CJ∕T 489-2016 塑料化粪池，如图2所示。单向传输只能在传感终端发起，汇聚节点进行接收。传感终端上行链路汇聚节点上行链路传感终端图2单向传输5.1.3双向传输双向传输指传感终端和汇聚节点通过给定信道的上行链路和下行链路进行数据传输，如图3所示。多个传感终端有序接入同一个汇聚节点时，双向传输由传感终端在上行链路发起，汇聚节点在下行链路上进行应答。

Q/GDW12020—2019传感终端上行链路下行链路汇聚节点下行链路上行链路传感终端图3双向传输5.2协议栈结构5.2.1分层结构微功率无线网通信协议分为物理层（PL）和媒体接入控制层（MAC）两部分，如图4所示。其中，物理层用于物理比特流的数据传输，媒体接入控制层用于数据链路的连接和管理。网络层部分是由上层通信协议决定，不在本协议中进行规定。网络层（NWK)媒体接入控制层访问接口媒体接入控制层（MAC)物理层访间接口物理层（PL）图4微功率无线网通信协议架构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，物理层具有调制与解调、发送状态和接收状态的切换等功能。5.2.3媒体接入控制层媒体接入控制层用于处理逻辑链路的连接和控制问题，包括数据包顺序传输、交互应答、接入控制、信道管理、组顿和时间同步、传输控制参数配置等功能。6物理层协议规范6.1物理层选型4

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物理层的顿结构如表1所示。

6.2.3CSS物理层参数

Q/GDW 120202019

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6.2.4IEEE802.15.4物理层参数

表8IEEE802.15.4物理层参数

7媒体接入控制层协议规范

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7.2.2. 3通信信令指示

通信信令指示（CCInd）用于指示MAC负载是业务或通信指令：取值Ob1表示控制报文，取 示是通信指令。该指示只在控制信道应答帧（RSP帧）或控制信道应答终帧（RSPEND帧）中

7.2.2.4加密指示

加密指示字段表明发送的MAC层负载和信息完整度校验是否进行了加密，长度为3比特：取 不加密：取值1表示加密

7.2.2.5MAC层负载长度

MAC层负载长度字段定义了MAC层负载字段的字节长度，此字段长度为1字节，因此MAC层负载 字段的长度为0到255字节。

7. 2. 2. 6 传感终端 ID

传感终端ID是传感终端设备在网络中日 每个传感终端都会被分配一个唯一的传感终端 地址。传感终端ID字段的长度为6字节

业务信道信息帧（MESSAGE）为在业务信道中传输的一种顿的类型，其功能主要为将发送端的数 据按照指定的数据格式以及传输规则有序地传输给接收端，用于传感终端上报监测数据报文，报文格式 见附录D。为减少数据传输，省略了检测数据报文中的传感终端ID，只保留MAC帧头中的传感终端 ID。

7.2.4控制信道突发顿

控制信道突发顺（BURST）为在控制信道中传输的一种顺的类型，用于传感终端上报告警数 ，报文格式见附录D。为减少数据传输，省略告警数据报文中的传感终端ID，只保留MAC顺 传感终端ID。

.2.5控制信道请求顿

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规则向接收端发送信息，并请求回复。发送端根据需求将数据写入请求数据类型字段。控制信道请求帧 型和保留备用组成

表13控制信道请求的MAC层负载

7.2.6控制信道应答顿

7.2.6.1控制信道应答顿功能

控制信道应答顺可承载通信指令或者控制报文。控制信道应答顺（RSP）是在控制信道中传输的 种帧的类型，其功能主要为接收端在接收到控制信道请求帧后，根据控制信道请求帧的信息类型字段向 发送端进行控制信息的回复。通信指令和控制报文不能在同一个的RSP顺或控制信道应答终顺 (RSP END）内传输。

7.2.6.2通信指令

表14通信信令数据结构

表15通信指令数据格式

表16通信指令类型和内容定义

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7.2. 6. 3控制报文

MAC顺头中的通信信令指示（CCInd）取值Ob1。 MAC层负载内容承载控制报文，报文格式见附 录D。为减少数据传输，省略报文中的传感终端ID，只保留MAC顿头中的传感终端ID。

2.7控制信道应答终顿

控制信道应答终顺（RSPEND）为控制信道应答顺的扩展。当发送端回复控制信道应答顺时，表 明发送端发送的信息还没有结束，此后还会有信息发送。当发送端回复控制信道应答终帧时，表明此次 发送的信息已经结束，此后没有新顿发送。控制信道应答终帧的MAC层负载字段与控制信道应答帧相 同，参见7.2.5小节，

7.2.8控制信道确认顿（ACK)

控制信道确认顺为在控制信道 为接收端在收到葡要确议 帧后，向发送端发送控制信道确认帧进行硕 MAC层负载字段定义了控制信道 长度为1字节，具体的编码及对应含义见表18。

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表17控制信道确认顿的使用

表18控制信道确认顿的MAC层负载字段结构

7.2.9保留备用顿（RFU)

保留备用顿是用来保留以备使用者需要增加新的定义顿所准备的一种帧的类型。使用者可以根据需 要添加的功能，在不与现有的帧发生冲突的情况下，定义设计此帧的结构和编码形式。新的帧格式和编 码必须在收发双方设备中同时更新，确保收发双方通信的可靠性。保留备用帧的使用增加了本协议的可 扩展性

7.3.1时间参数定义

本标准采用FDMA的技术将频段分为业务信道和控制信道两种信道。在每个业务信道上，采用模 A机制解决信息接入的问题。在每个信道进行详细的时间划分，配置相应的时间参数。可配置的 数类型及名称如表19所示。这些参数均可通过控制信道的接入过程进行配置，

GB∕T 37507-2019 项目管理指南表19时间可配参数类型及名称

Q/GDW 12020—20197.4接入过程7.4.1接入初始化汇聚节点中存储两个传感终端列表，分别为白名单和黑名单，初始化时两个名单均为空。接入初始化过程如下：a）白名单记录汇聚节点完成注册的传感终端地址。当汇聚节点收到传感终端发送的消息，若传感终端的地址在白名单中，则进行正常的通信。b）黑名单中记录汇聚节点不进行信息转发的传感终端地址。当汇聚节点收到传感终端发送的消息，若传感终端的地址在黑名单中，则丢弃此帧。c）若汇聚节点收到既不在白名单也不在黑名单中的传感终端发送的业务信息，则汇聚节点认为该传感终端为新加入的传感终端。汇聚节点接收该传感终端的业务信息后，由上层决定该传感终端在当前汇聚节点中的黑白名单属性。7.4.2业务信道接入过程业务信道的接入过程如图7所示，具体过程如下：a）在业务信道的固定时隙，传感终端进行无回复的单向传输，完成业务信息的传输；b）在业务信道上，传感终端在特定时隙从休眠状态中激活，监测业务信道，若为忙，则进入休眠状态，根据业务周期长度等待下一次激活；若为空闲，则随机退避一个时长后向汇聚节点发送业务信道信息帧，随后进入休眠状态，并根据业务周期长度等待下一次激活。c）汇聚节点一直处于等待接收状态，若成功接收到传感终端发送的业务信道信息顿，则保存该业务信息；若接收不成功，则丢弃该业务信道信息顺。业务信道汇聚节点传感器节点MESSAGE业务周期长度MESSAGE业务周期长度MESSAGE图7业务信道传输过程7.4.3控制信道请求与应答接入过程7.4.3.1控制信道请求与应答正常过程控制信道请求与应答的正常过程如图8所示，具体过程如下：14

Q/GDW12020—2019控制信道汇聚节点传感器节点BURSTACK等待回复周期BURST等待回复周期ACK图14异常情况219

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CSS物理层的顿结构参见表A.1

表A.1CSS物理层顿结构

A. 2. 1扩频因子SF

式中： Re 码片速率； SF 扩频因子； Rs 符号速率。

JC∕T 2423-2017 玻璃熔窑余热发电设计规范式中： R 码片速率； SF 扩频因子； Rs 符号速率。