CN101834635B - 低压载波组网的中继优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压载波组网的中继优化方法。本发明克服了现有组网技术中的缺点，有效地解决了现有技术中由于全网齐呼可能导致的电网谐波系数超标的现象。本发明采用部分齐呼的方法，通过静态和动态分配相结合优化中继配置，利用提高有效信号强度截断正常的路由线路，找到关键中继点，从而减少组网中的中继节点。该发明技术新颖，能够在保证原组网技术的覆盖有效性的同时，降低网络中的电网谐波污染。

Description

低压载波组网的中继优化方法

技术领域

本发明涉及一种低压载波通信的方案，尤其涉及一种对于低压载波组网中的中继进行优化的方案。

背景技术

近年随着电子技术与通信技术的发展，以及国内外资金的大批注入，关于低压载波信道这一块的科研工作取得了重大突破，为低压电力载波通信技术的成熟创造了条件。但是就目前的低压载波通信而言仍存在着技术瓶颈，如，衰减、干扰与动态变化等都是制约着低压载波通信发展的关键因素。扩频技术、多载波调制、自适应调频技术以及正交频分复用技术等的采用从物理通道上提高了载波的抗干扰能力及可靠性。组网技术的优化也是载波抗衰减采取的重要措施，目前国内外比较推崇的组网技术主要有三种：

Echelon的Lonworks技术。Lonworks技术自身具有“全网监听、冲突避让”机制，在无需了解低压电网的网络拓扑结构的情况下通过随机搜索的思路，逐步覆盖全网。这一技术中采用的随机中继的技术导致中继效率不高，而且，对于无法形成链路的“孤岛”，它也无能为力。

DLC1000。DLC1000组网协议中，由客户端周期性维护优化路由表，服务端对路由只需做很少处理，因此可降低服务端成本。但客户端与服务端通信时需带上到该服务端的链路表，这样，每一个物理帧需要花3个字节来表示中继地址，传输效率不高。而且路由表相对静态，不能随电网的变化而实时更改，这就导致通信可靠性不高，同时也无法避免“孤岛”现象。

SFN。单频网SFN的组网思路时提倡一种全网同步齐呼的概念，所以在此过程中，是可以不考虑冲突避让的概念，客户端和所有的服务端都充当中继。这一技术的优点在于齐呼加大了传输信号幅度，中继效率提高，而且通过齐呼，能够突破芯片物理层通信能力的桎梏，可以最大程度地避免“孤岛”现象的发生。可以这一技术很好的解决上述两种技术中存在的问题，但是全网齐呼也为这一技术带来了一个难点，那就是容易导致局部范围的电网谐波系数超标，损害用户家用电器。

发明内容

本发明在SFN组网技术和IEC61334标准的基础上提出了一种部分齐呼的方案，通过静态和动态分配相结合优化了中继配置，解决了现有技术中由于全网齐呼可能导致的电网谐波系数超标的现象。

为解决上述问题，本发明的低压载波组网中继优化的实现方法，一种低压载波组网的中继优化方法，它包括如下步骤：

a.物理层将物理帧的时隙划分为21个子时隙Tsub，每个子时隙传输特殊字节；

b.客户端宣布进入中继优化并计时等待，各从节点带有新的有效接收信号强度，客户端发出特殊字节；

c.静态中继从节点被通知进入中继优化后，当子时隙个数等于MAC地址个数时发送特殊字节；

d.动态配置的动态从节点进入中继优化后更新其有效接收信号强度，并计时等待特殊字节的到来；

e.如果动态从节点在子时隙个数不大于所述的从节点的MAC地址个数时收到了特殊字节，该从节点的中继状态更改为动态非中继并退出中继优化过程；

f.如果动态从节点在子时隙个数不大于所述的从节点的MAC地址个数时没有收到特殊字节，那动态从节点在子时隙个数等于所述的从节点的MAC地址个数时发送特殊字节且中继状态更改为动态中继并退出中继优化过程；

g.退出中继优化过程时，所述的从节点的有效接收信号强度恢复至默认值。

IEC61334标准中定义的自动组网过程，组网之前所有的服务端均为中继，且MAC地址为NEW，即为0xFFE。这一组网过程中，客户端发现从节点并按照发现的顺序给各级节点分配MAC地址，但是由于这一过程中是所有节点都充当中继的，就容易使得作为某一节点的中继节点过多，造成该节点附近的电网可能会存在谐波污染严重的现象。

本发明中，从配置方式上将中继分为静态和动态两种配置方式，静态配置方式分为静态中继、静态非中继，动态配置方式分为动态中继、动态非中继，这就能减少作为中继的节点，避免了一个节点有过多的前一级节点作为其中继的情况。当客户端宣布进入中继优化过程时，客户端发出0x2E3C并开始计时，这一计时动作贯彻优化过程的始终。由于组网过程中客户端已为各节点分配MAC地址，该MAC地址单独且唯一，静态配置的节点是由人工配置且相对不变的，而对于动态配置的节点，当该动态配置的从节点接收到客户端发出的0x2E3C时，这一从节点将该时刻距离客户端开始计时的时长与该节点的MAC地址乘上子时隙的时间相比较，如果在该从节点MAC地址个时隙到来之前接收到0x2E3C则该节点为动态非中继节点，如果在该从节点MAC地址个时隙到来之前如果没有接收到0x2E3C则该节点为动态中继节点，如此实现对于组网中节点的中继再分配，实现中继优化。

因此，这一优化过程可归纳为在SFN组网和IEC61334标准的基础上实现静态结合动态的中继分配，从而达到优化的目的。人工静态指定必需且相对不变的中继，动态中继优化自动指定最优中继，如此节点均能得到合理配置，而不是所有从节点充当中继。

作为优化，静态配置由人工配置，动态配置在中继优化过程中自动配置，静态配置优先于动态配置。一旦某节点在中继优化开始前被配置为中继或者非中继状态，在进行动态的中继优化过程中该状态是不能被更改的，因而称之为静态配置。中继优化过程中如果组网中存在大量的未人工配置的节点，动态中继就很难覆盖到每一个节点，此时静态中继的存在就能够起到很好的补充效果，辅助完成对于组网中各节点的完全覆盖。除此之外，信号在电力线上传输较远距离后，信号强度降低，一旦低于有效接收信号强度即阈值将会被视为无效信号，这样经过各级节点的转发就保证了数据到达目的节点时信号强度不会衰减太多，在一定程度上保证了数据传输的可靠性。而对于在中继优化开始前被配置为静态非中继的节点，这些节点能够减少优化过程中不必要的中继节点，对于产生谐波污染的状况起到约束效果。

另外，静态配置是优先于动态配置的，这也就保证了静态配置的状态在中继优化的过程中是不会被动态配置所破坏的，保证了静态配置的节点的稳定性，这同时也保证了信号传输的可靠性以及中继优化的效率。

作为优化，静态非中继从节点不参与中继优化过程，保持其中继状态。静态非中继节点的设定减少了组网中的中继节点，从而避免了因过多节点同时转发带来的谐波污染。

作为优化，从节点的有效接收信号强度大于该从节点有效接收信号强度的默认值。中继优化利用提高有效接收信号强度截断正常的路由线路，找到关键中继点，节点对于路由线路可以根据有效接收信号强度进行优化选择，选择具有较强有效接收信号强度的路由线路进行连接。本发明中的中继优化过程就是利用这一特点，提高有效接收信号强度，从而截断节点的正常的路由线路找到关键的中继节点，有效接收信号强度越高，中继节点越多，在实际的运用过程中可根据现场网络状况选择合适的。

作为优化，从节点有效接收信号强度的默认值一般为60dBuv。

作为优化，从节点的MAC地址是在组网时已经分配的。本发明是基于SFN组网技术和IEC61334标准的，在中继优化开始前已经完成了自动组网，在自动组网的过程中，客户端发现各级节点并按照发现顺序给各级节点分配MAC地址。在中继优化过程中，对于各节点的配置均要利用到这一已分配完成的MAC地址，根据这一MAC地址的作用贯彻优化过程的始终。

作为优化，中继优化过程所花的时间等于最大MAC地址与子时隙时间的乘积。中继优化过程中，网络中的节点利用自身MAC地址个子时隙时长与客户端计时时长相比较，一旦优化完所有节点则此次中继优化过程结束，因而整个中继优化所花的时间等于MAC地址的最大值与子时隙时间的乘积，通常一次中继优化过程只需要画上数秒钟的时间，可以在短时间内实现对网络的最佳优化。

作为优化，子时隙传输的特殊字节为2个字节0x2E3C。

本发明的低压载波组网中继优化的实现方法的优点在于：发明在基于SFN组网和IEC61334标准的基础上提出了利用提高有效接收信号强度寻找最佳中继节点中继优化方法，实现对电力载波网络的动态中继，由SFN中的全网齐呼转变到本技术中的部分齐呼，同时结合人工设置的静态中继，既最大程度地保证了不出现孤岛节点，又解决了因齐呼而导致的局部范围的电网谐波系数超标的问题，再有就是，整个中继优化过程完成整个网络的最佳优化只需要画上数秒钟，在相当短的时间即可完成优化过程，优化效率很高。

附图说明

图1是基于IEC61334标准的自动组网过程示意图；

图2是本发明中的物理帧与时隙的关系示意图；

图3时本发明中的中继优化过程的示意图；

图4时本发明中进行中继优化后的网络拓扑结构图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明中的技术方案做进一步的说明。

实施例：

首先说明的是，本发明是基于现有的SFN组网和IEC61334标准的，SFN组网和IEC61334标准的基础上实现静态结合动态的中继分配，从而达到优化的目的。

在IEC61334标准中定义的自动组网过程如图1所示，图1所示的为一3级中继能满足现场拓扑结构的例子。组网之前所有的服务端均为中继，且无MAC地址即为NEW，自动组网开始，客户端开始发现1级节点并根据发现的顺序给各级节点分配MAC地址，图中1级站点有5个，所以分配1-5的MAC地址。接着客户端发现2级节点并给它们分配MAC地址，随后分配3级节点。至此，网络拓扑结构已形成。所有节点都充当中继，避免了“孤岛”节点的出现，但3级节点MAC15、MAC16由过多的2级节点充当其中继，在它们附近的电网可能会存在谐波污染严重的现象，在这一组网基础上对该网络进行中继优化。

中继优化时，物理层将打破原有的物理帧格式，将一个时隙分为21个子时隙即Tsub，物理帧与时隙的关系如如2所示由于原先的物理帧固定为42个字节，因而每个子时隙传输2个字节即0x2E3C，并且有效接收信号强度（有效接收信号强度即用来判断是否为有效信号的阈值，单位为dBuv）将比一般传输情况下的值要大，此处增加至100dBuv，该数据将由客户端宣布进入中继优化时下发给各节点。

如图2所示，物理帧固定为42个字节，其中4个字节物理帧标识，38个字节物理数据单元，每个时隙包括1个物理帧和3个字节的停顿，本实施例中采用波特率为1200bit/s的信号，所以一个时隙为300ms，一个子时隙为13.33ms。

客户端宣布进入中继优化，客户端发出0x2E3C并开始计时等待中继优化的结束，如图3、图4所示的网络中节点的MAC地址最大值为18，因而整个中继优化的过程所花的时间等于最大MAC地址与子时隙的乘积，约为240ms。

在进行中继优化前，客户端已经对从节点进行人工配置，完成配置后，静态配置的节点被分为静态中继与静态非中继两类。其中，静态非中继从节点不参与中继优化过程，仍然维持原状态不变，静态中继从节点在被通知进入中继优化后，在该从节点MAC地址个子时隙时发送0x2E3C，然后退出中继优化过程。静态中继可以起到回复信号强度的效果，这样经过各级静态中继节点的转发就保证了数据到达目的节点时信号强度不会衰减太多，使得信号在网络中传输的更远。而对于在中继优化开始前被配置为静态非中继的节点，这些节点能够减少路由中不必要的中继，防止谐波污染的产生。

而在中继优化开始前未进行配置的节点即动态配置节点，在中继优化开始后，更新有效接收信号强度并计时等待0x2E3C的到来，这一有效接收信号强度要大于有效接收信号强度的默认值。提高了有效接收信号强度，亦即降低了信号对于动态配置节点的有效性，当某一动态配置节点接收到的信号强度小于该有效接收信号强度时，该节点原先的路由线路被截断。

开始计时等待的动态配置的节点，若在该从节点在子时隙个数不大于所述的从节点的MAC地址个数时接收到0x2E3C，这一从节点的中继状态更改为动态非中继并退出中继优化过程；反之，在该从节点在子时隙个数不大于所述的从节点的MAC地址个数时没有接收到0x2E3C，那么该从节点在其MAC地址个子时隙时发送0x2E3C且中继状态更改为动态中继，然后该动态中继节点退出中继优化过程。

在退出中继优化过程时，所有从节点将有效接收信号强度恢复至默认值即60dbuv。

本实施例中我们还是以IEC61334标准进行自动组网的3级中继为例，如图3所示，为这一3级中继网络的动态从节点组网过程，设此网络中无静态中继。

如图3所示，客户端进入中继优化过程，客户端与从节点同步开始计时，这一初始时刻计为第0个子时隙时刻并发出0x2E3C；MAC地址为1的从节点在第1个子时隙时刻接收到了0x2E3C，是在该从节点的MAC地址个子时隙到来之前接收到的，因而该从节点的中继状态改为动态非中继，并退出中继优化过程；MAC地址为2的从节点在第1个子时隙时刻接收到了0x2E3C，是在该从节点的MAC地址个子时隙到来之前接收到的，因而该从节点的中继状态改为动态非中继，并退出中继优化过程；MAC地址为3的从节点在第3个子时隙之前没有接收到0x2E3C，是在该从节点的MAC地址个子时隙到来之前没有接收到0x2E3C，因而该从节点的中继状态改为动态中继，同时该节点发出0x2E3C并退出中继优化过程。如此，实现这一3级中继网络的中继优化过程。在18个子时隙即240ms后，中继优化过程结束，退出中继优化过程时所有节点的有效接收信号强度恢复至60dBuv。

上述网络进行中继优化后的网络拓扑结构如图4所示，优化后的动态中继节点为MAC3、MAC5、MAC8、MAC10、MAC12、MAC16、MAC18，其余则为动态非中继节点。

Claims (8)

1.一种低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，它包括如下步骤：

a.物理层将物理帧的时隙划分为21个子时隙Tsub，每个子时隙传输特殊字节；

b.客户端宣布进入中继优化并计时等待，各从节点带有新的有效接收信号强度，客户端发出特殊字节；

c.静态中继从节点被通知进入中继优化后，当子时隙个数等于MAC地址个数时发送特殊字节；

d.动态配置的动态从节点进入中继优化后更新其有效接收信号强度，并计时等待特殊字节的到来；

e.如果动态从节点在子时隙个数不大于所述的从节点的MAC地址个数时接收到了特殊字节，该从节点的中继状态更改为动态非中继并退出中继优化过程；

f.如果动态从节点在子时隙个数不大于所述的从节点的MAC地址个数时没有接收到特殊字节，那么动态从节点在子时隙个数等于所述的从节点的MAC地址个数时发送特殊字节且中继状态更改为动态中继并退出中继优化过程；

g.退出中继优化过程时，所述的从节点的有效接收信号强度恢复至默认值。

2.根据权利要求1所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，静态配置由人工配置，动态配置在中继优化过程中自动配置，静态配置优先于动态配置。

3.根据权利要求1所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，静态非中继从节点不参与中继优化过程，保持其中继状态。

4.根据权利要求1所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，从节点的有效接收信号强度大于该从节点有效接收信号强度的默认值。

5.根据权利要求1或4所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，所述从节点有效接收信号强度的默认值为60dBuv。

6.根据权利要求1所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，所述从节点的MAC地址是在组网时已经分配的。

7.根据权利要求1或6所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，中继优化过程所花的时间等于最大MAC地址与子时隙时间的乘积。

8.根据权利要求1所述的低压载波组网的中继优化方法，其特征在于，所述的子时隙传输的特殊字节为2个字节0x2E3C。

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