CN101741724A - 一种电力线载波通信中的自动中继组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信中的自动中继组网方法，它是由路由发现和路由维护两部分构成。本发明的路由发现过程分两轮进行，第一轮查找能与中心节点直接通信的普通节点；第二轮查找需通过中继节点转发才能通信的节点。在整个路由发现过程中，实现节点间的载波侦听、冲突避让和最优路径问题的处理。路由维护阶段对最优路径进行管理，保证路径的稳定、畅通。采用本发明的方法，可以有效解决自组网过程中的冲突问题和最优路径问题，使得基于电力线的载波通信更加稳定和高效。

Description

一种电力线载波通信中的自动中继组网方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种在低压电力线中实现设备终端间自组网络的方法。

背景技术

电力线载波通信(PLC)是以现有的低压电力线网作为信道，通过载波传输模拟或数字信号的技术，具有不需额外布线、成本低、使用维护方便等特点，被广泛应用于电力抄表系统中。但是目前国内使用的载波集抄系统中，当集中器不能直接与目标采集器进行通信时，一般采用人工中继或者半自动中继的办法来解决这个问题。但是人工中继这种方式不能根据抄收情况进行中继模块和中继路径的自适应调整，越来越不能够满足现场的扩大和工程量增多的需要。半自动中继虽然较人工中继有所改进，但是这种方式一般采用穷举方式，信道资源占用很大，不能满足抄表系统的高效性。

在电力抄表系统中，有时需要中继转发才能实现通信，每个节点都兼有路由器和终端两种功能。节点需要运行各种面向用户的应用协议和相应的路由协议，并根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作，故要求采用合适的路由协议。

低压电力线网络是非常恶劣的通信媒介，它具有间歇噪声大、信号衰减快、以及电力线负载变化范围广等特点，以及载波信号的传输速率低，衰减、失真和噪音强度具有时变的特点。

现有的表驱动和按需路由协议在解决路由问题时都将产生大量的开销，影响了网络的可扩展性和网络的性能。电力线载波通信本身具有速率低的特点，如果开销过多势必会增加网络的冲突，从而造成严重的后果。所以基于电力线载波通信中的自动组网方法有别于其它专用有线或者无线自组网方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何提供一种电力线载波通信中的自动中继组网方法，该方法可提高电力线载波通信的效率和稳定性，可以做到可靠地延长通信距离，增加电力线网络通信的可靠性，同时大大地降低了电力通信系统的维护工作量和维护成本。

本发明要解决的另一个技术问题是：如何有效地减少的节点间的冲突和延时，对附加开销的控制增加算法可扩展性。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：提供一种电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，所述电力线载波通信中的自动中继组网方法包括路由发现和路由维护两个过程；

所述路由发现过程可分为如下具体步骤：

A、由中心节点主动发起路由查找请求，查找能与中心节点直接通信的普通节点；

B、由中心节点主动发起路由查找请求，查找需要中继转发才能通信的普通节点；

所述路由维护过程可分为如下步骤：

a、中心节点按照优先维护最长时间没有维护的那条路由信息的顺序进行路由维护；

b、中心节点首先发起最长时间没有维护的那条路路由信息的维护命令；

c、目的节点收到路由维护命令后按照路由信息反向进行发送路由确认；

d、中间节点收到路由维护命令后按照路由信息进行转发或者不进行处理；

e、中心节点收到路由维护的确认包后进行下一条路由的维护；

f、中心节点给每一条路由信息设置一个权值，如果路由信息维护成功则该权值加1否则减1，权值越大表明通信质量越好，当权值为0时删除该条路由信息。

路由维护时按照路由表顺序依次维护，某条路由信息维护后插入路由表尾部，保证路由维护时先维护最长时间没有维护的那条路由信息。

按照本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，所述路由发现过程中的步骤A中查找能与中心节点直接通信的普通节点的具体步骤如下：

A1、中心节点发送到目的节点的路由请求包；

A2、目的节点收到第一轮的路由请求包后判断路由请求包中目的地址是否为本节点地址，如果是直接返回路由确认包，否则不作任何处理；

A3、中心节点收到路由确认包后存储到目的节点的路由信息，并判断所有目的节点的路由查找是否结束，如果是，则结束查找，否则进行下一个节点的路由查找。

按照本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，所述路由发现过程中的步骤B中查找需要中继转发才能通信的普通节点的具体步骤如下：

B1、中心节点向目的节点发送路由请求包；

B2、中间节点收到路由请求包后判断路由请求包中是否含有本节点地址，如果有，则停止接收该包，否则接收该包并存储反向路由信息，更新此路由请求包，然后采用载波侦听/冲突避让策略进行转发路由请求包；

B3、目的节点收到路由请求包后，根据收到的路由请求包信息进行最优路径的选取，并根据最优路径创建到中心节点的反向路由，目的节点按照反向路由发送路由确认包；

B4、中间节点收到目的节点发送的路由确认包后进行转发；

B5、中心节点收到目的节点的路由确认包后存储到目的节点的路由信息，并判断第二轮路由查找是否结束，如果是，则结束查找，否则进行下一个节点的路由查找。

路由发现后中心节点存储了到所有普通节点的路由信息，节点的路由信息如果不止一条，则按照通信质量的好坏依次排序。

按照本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，在所述步骤B3中选取最优路径的规则为以中继级数最少的路径为最优路径。

按照本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，在步骤B3中所述的载波侦听/冲突避让策略采用基于P概率的载波侦听/冲突避让方法实现，具体步骤如下：

B31、中间节点收到路由请求包后先等待一个随机延时，然后再对信道进行侦听；

B32、若信道空闲，中间节点以概率P发送，以概率1-P推迟到下一时隙，如果下一时隙信道仍然空闲，则仍以概率P发送数据，以概率1-P推迟到下一个时隙；

B33、概率P的选取方法采用获取[0，100]间的一个随机数，如果这个随机数小于P则认为满足条件可以发送数据，否则推迟到下一时隙重新以概率P发送；

B34、当连续5次以概率P发送数据都没有发送成功，则增大概率P值重新发送数据，直到发送成功；

B35、若信道忙，则按照二进制指数退避算法进行退避一段时间T，再对信道进行侦听，重复步骤B32；

B36、设置各节点退避的最大次数为5，如果超过这个次数中间节点就停止数据的转发。

综上所述，本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法从电力线载波通信状况的实际出发将路由发现分两轮进行，结合了表驱动和按需路由方法的优点，对路由进行按需发现，减少了路由发现的开销。同时，通过采用概率P的载波侦听/冲突避让的方法发送数据，有效地减少节点间的冲突和延时，对附加开销的控制增加了算法可扩展性。采用本发明方案，可以做到可靠的延长通信距离，增加了电力线网络通信的可靠性，同时大大地降低了电力通信系统的维护工作量和维护成本。

附图说明

图1是本发明所提供的路由发现过程的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的描述。

本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法包括有路由发现和路由维护两个过程；

所述路由发现过程可分为如下具体步骤：A、由中心节点主动发起路由查找请求，查找能与中心节点直接通信的普通节点；B、由中心节点主动发起路由查找请求，查找需要中继转发才能通信的普通节点；

所述路由维护过程可分为如下步骤：a、中心节点按照先维护最长时间没有维护的那条路由信息的顺序进行路由维护；b、中心节点首先发起最长时间没有维护的那条路路由信息的维护命令；c、目的节点收到路由维护命令后按照路由信息反向进行发送路由确认；d、中间节点收到路由维护命令后按照路由信息进行转发或者不进行处理；e、中心节点收到路由维护的确认包后进行下一条路由的维护。

所述路由发现过程中的步骤A中查找能与中心节点直接通信的普通节点的具体步骤如下：A1、中心节点发送到目的节点的路由请求包；A2、目的节点收到第一轮的路由请求包后，判断路由请求包中目的地址是否为本节点地址，如果是，则直接返回路由确认包，否则不作任何处理；A3、中心节点收到路由确认包后，存储到目的节点的路由信息，并判断所有目的节点的路由查找是否结束，如果是，则结束查找，否则进行下一个节点的路由查找。

所述路由发现过程中的步骤B中查找需要中继转发才能通信的普通节点的具体步骤如下：B1、中心节点向目的节点发送路由请求包；B2、中间节点收到路由请求包后判断路由请求包中是否含有本节点地址，如果有，则停止接收该包，否则接收该包并存储反向路由信息，更新此路由请求包，然后采用载波侦听/冲突避让策略进行转发路由请求包；B3、目的节点收到路由请求包后，根据收到的路由请求包信息进行最优路径的选取，并根据最优路径创建到中心节点的反向路由，目的节点按照反向路由发送路由确认包；B4、中间节点收到目的节点发送的路由确认包后进行转发；B5、中心节点收到目的节点的路由确认包后存储到目的节点的路由信息，并判断第二轮路由查找是否结束，如果是，则结束查找，否则进行下一个节点的路由查找。

路由发现后中心节点存储了到所有普通节点的路由信息，节点的路由信息如果不止一条，则按照通信质量的好坏依次排序。在上述步骤B3中选取最优路径的规则为以中继级数最少的路径为最优路径。

在步骤B3中所述的载波侦听/冲突避让策略采用基于P概率的载波侦听/冲突避让方法实现，具体步骤如下：B31、中间节点收到路由请求包后先等待一个随机延时，然后再对信道进行侦听；B32、若信道空闲，中间节点以概率P发送，以概率1-P推迟到下一时隙，如果下一时隙信道仍然空闲，则仍以概率P发送数据，以概率1-P推迟到下一个时隙；B33、概率P的选取方法采用获取[0，100]间的一个随机数，如果这个随机数小于P则认为满足条件可以发送数据，否则推迟到下一时隙重新以概率P发送；B34、当连续5次以概率P发送数据都没有发送成功，则增大概率P值重新发送数据，直到发送成功；B35、若信道忙，则按照二进制指数退避算法进行退避一段时间T，再对信道进行侦听，重复步骤B32；B36、设置各节点退避的最大次数为5，如果超过这个次数中间节点就停止数据的转发。

路由维护时按照路由表顺序依次维护，某条路由信息维护后插入路由表尾部，保证路由维护时，先维护最长时间没有维护的那条路由信息。上述路由维护过程中需对多条路径进行筛选和排序，使得载波通信的时候都能按照通信质量最好的路径进行通信，而长时间维护不通的路由需要进行丢弃处理。

结合附图，下面给出一个在低压电力线集中抄表系统中本专利的实施方法。

如图所示，低压载波集抄系统中集中器为中心节点，采集电表数据的采集器为普通节点。自动组网就是解决集中器与采集器的通信问题，形成集中器到采集器的最优路径。集中器根据路由表中信息按需进行路由发现和路由维护，采集器实现通过冲突避让实现路由的转发或者抄表等各项操作。

当集中器需要进行路由发现时，集中器首先进行第一轮的路由发现，然后对第一轮没有找到路由的采集器进行第二轮路由发现。集中器根据路由发现结果对路由信息进行存储、维护。并根据维护结果对路由信息进行管理。

采集器作为普通节点只是被动的接收数据，并根据接收的数据包进行相应的处理。通过对采集器程序的编写，采集器需要实现路由转发功能和作为目标采集器对数据包进行处理。采集器在路由转发时需要进行载波侦听以及冲突避让，从而减少各采集器间的冲突，保证数据的顺利转发。

综上所述，本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法从电力线载波通信状况的实际出发将路由发现分两轮进行，结合了表驱动和按需路由方法的优点，对路由进行按需发现，减少了路由发现的开销。同时，通过采用概率P的载波侦听/冲突避让的方法发送数据，有效地减少的节点间的冲突和延时，对附加开销的控制增加了算法可扩展性。采用本发明方案，可以做到可靠的延长通信距离，增加了电力线网络通信的可靠性，同时大大地降低了电力通信系统的维护工作量和维护成本。另外，本发明所提供的电力线载波通信中的自动中继组网方法不仅可应用在低压载波集抄系统中，还可以应用于智能家电控制、无线通信控制等系统中。

虽然结合附图对本发明进行了详细的说明，但本发明并不限于上述实施案例，在本专利的权利要求所限定的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍受本专利的保护。

Claims (5)

1.一种电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，所述电力线载波通信中的自动中继组网方法包括路由发现和路由维护两个过程；

所述路由发现过程可分为如下具体步骤：

A、由中心节点主动发起路由查找请求，查找能与中心节点直接通信的普通节点；

B、由中心节点主动发起路由查找请求，查找需要中继转发才能通信的普通节点；

所述路由维护过程可分为如下步骤：

a、中心节点按照优先维护最长时间没有维护的那条路由信息的顺序进行路由维护；

b、中心节点首先发起最长时间没有维护的那条路路由信息的维护命令；

c、目的节点收到路由维护命令后按照路由信息反向进行发送路由确认；

d、中间节点收到路由维护命令后按照路由信息进行转发或者不进行处理；

e、中心节点收到路由维护的确认包后进行下一条路由的维护；

f、中心节点给每一条路由信息设置一个权值，如果路由信息维护成功则该权值加1否则减1，权值越大表明通信质量越好，当权值为0时删除该条路由信息。

2.根据权利要求1所述的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，所述路由发现过程中的步骤A中查找能与中心节点直接通信的普通节点的具体步骤如下：

A1、中心节点发送到目的节点的路由请求包；

A2、目的节点收到第一轮的路由请求包后判断路由请求包中目的地址是否为本节点地址，如果是，则直接返回路由确认包，否则不作任何处理；

A3、中心节点收到路由确认包后存储到目的节点的路由信息，并判断所有目的节点的路由查找是否结束，如果是，则结束查找，否则进行下一个节点的路由查找。

3.根据权利要求1所述的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，所述路由发现过程中的步骤B中查找需要中继转发才能通信的普通节点的具体步骤如下：

B1、中心节点向目的节点发送路由请求包；

B2、中间节点收到路由请求包后判断路由请求包中是否含有本节点地址，如果有，则停止接收该包，否则接收该包并存储反向路由信息，更新此路由请求包，然后采用载波侦听/冲突避让策略进行转发路由请求包；

B3、目的节点收到路由请求包后，根据收到的路由请求包信息进行最优路径的选取，并根据最优路径创建到中心节点的反向路由，目的节点按照反向路由发送路由确认包；

B4、中间节点收到目的节点发送的路由确认包后进行转发；

B5、中心节点收到目的节点的路由确认包后存储到目的节点的路由信息，并判断第二轮路由查找是否结束，如果是，则结束查找，否则进行下一个节点的路由查找。

4.根据权利要求3所述的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，在所述步骤B3中选取最优路径的规则为以中继级数最少的路径为最优路径。

5.根据权利要求3所述的电力线载波通信中的自动中继组网方法，其特征在于，在步骤B3中所述的载波侦听/冲突避让策略采用基于P概率的载波侦听/冲突避让方法实现，具体步骤如下：

B31、中间节点收到路由请求包后先等待一个随机延时，然后再对信道进行侦听；

B32、若信道空闲，中间节点以概率P发送，以概率1-P推迟到下一时隙，如果下一时隙信道仍然空闲，则仍以概率P发送数据，以概率1-P推迟到下一个时隙；

B33、概率P的选取方法采用获取[0，100]间的一个随机数，如果这个随机数小于P则认为满足条件可以发送数据，否则推迟到下一时隙重新以概率P发送；

B34、当连续5次以概率P发送数据都没有发送成功，则增大概率P值重新发送数据，直到发送成功；

B35、若信道忙，则按照二进制指数退避算法进行退避一段时间T，再对信道进行侦听，重复步骤B32；

B36、设置各节点退避的最大次数为5，如果超过这个次数中间节点就停止数据的转发。

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