CN101834713B - 低压载波智能组网的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压载波智能组网的实现方法。本发明克服了现有组网技术中的缺点，有效地解决了现有组网技术中传输效率不高、中继效率低等缺点，同时很好地避免了“孤岛”现象的产生。本发明首先利用“过零检测”实现客户端和所有从节点的同步，继而客户端和所有节点均作为中继，实现全网齐呼，最后通过发现服务实现组网，优化了组网方式，保证了信号传输的可靠性。

Description

低压载波智能组网的实现方法

技术领域

本发明涉及一种组网方案，尤其涉及一种低压载波通信的组网方案。

背景技术

载波通信技术从上个世纪30年代开始在国外起步，60年代传到我国，我国于80年代已经可以自主生产高压载波机。而在低压载波通信方面，今年随着电子技术与通信技术发展，国内外资金的注入，科研工作取得重大突破，为低压电力载波通信技术的发展创造了条件。但是目前低压载波通信仍存在技术瓶颈：衰减、干扰与动态变化是制约低压载波通信可靠性的关键因素。

针对上述技术问题，近年来技术不断推陈出新，涌现出了大量的新技术。扩频技术、多载波调制、自适应调频技术以及正交频分复用（OFDM）等技术的采用都是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两种：

1. 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可以通过随机搜索的思路，逐步覆盖全网。这一技术中采用随机中继的技术将导致中继效率不高，而且，对于无法形成链路的“孤岛”，它也无能为力。

2.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。

发明内容

本发明提出了一种全新的智能组网技术，利用“过零检测”实现客户端和所有从节点的同步转发，使用发现服务优化了组网方式，解决了现有组网技术的中继效率不高、传输效率低的缺点，同时全网同步转发提高了信号强度，保证了信号传输的可靠性。

为解决上述问题，本发明的低压载波智能的实现方法，首先利用过零检测实现客户端和所有从节点时隙同步，并且设定所有实现同步的从节点均为中继，自动组网的步骤包括：

       客户端发出一发现物理帧，该发现物理帧带有两个参数，分别为回复概率P和允许回复时隙数AT；

       所述的从节点接收到客户端的发现物理帧后，判断这一从节点是否为未配置系统；

       如果所述的从节点为未配置系统则产生一个随机数，如果产生的随机数小于P，则在0到AT中随机选择一个时隙回复，如果产生的随机数大于P则退出本次发现服务；

       如果所述的从节点是已配置系统，则退出本次发现服务。

利用过零检测实现客户端和所有从节点的同步，并且客户端和所有从节点均为中继，那么作为中继的客户端和所有从节点在转发物理帧时，信噪比得到显著提高，并且同时转发物理帧也使得信号强度得到了显著提高。

而在采用发现服务实现自动组网的过程中，每一级节点均充当中继向下一级进行发现服务，这样的一个发现服务的过程大大提高了中继效率，在最大程度保证了不会出现“孤岛”站点。而且，采用发现服务只需几分钟便可获取数百个从节点的路由信息表，使得组网更为智能化，路由更合理。对于新安装的从节点，客户端可采用周期性的发现服务找到它，以保证新从节点能及时地加入到网络中。

作为优化，过零检测包括如下步骤：

客户端在50Hz信号的过零点发送物理帧，从节点在过零点检测。当从节点检测到有正确的物理帧到达时，表明从节点已经与客户端同步上。

作为优化，实现同步的客户端和所有从节点同时转发发现物理帧。实现同步的从节点再同时转发所收到的物理帧，就能显著提高信号强度，提高信噪比。

作为优化，未配置的从节点的MAC地址置为NEW。这样的设置方法，有助于客户端对于从节点状态的判断，能够较为清晰地了解到从节点是否需要加入到组网之中，方便客户端给各级站点分配MAC地址。

作为优化，本发明中的发现物理帧为一广播帧，回复概率P<=100，AT表示从节点需在AT个时隙内回复。P为从节点回复的概率，回复概率P以及AT均是发现服务帧中携带的确定值，是预先设定的。设定P这个值，能够起到限定回复节点的数目，当P的值置为100时，所有的从节点都应答，当P的值置为0时，没有系统应答。而设定AT这一个值，是为了从节点进行回复时，避免出现所有节点在同一时隙回复，造成系统堵死崩溃的情况。

作为优化，所述的未配置系统产生的随机数在0到100之间。未配置系统产生的随机数落在这一范围内，与回复概率P的比较才具有意义，不然只能是没有系统应答或者说所有系统都应答，影响系统的正常工作。

作为优化，所述路由机制中设有三个参数：表示一帧数据生命周期的初始生命值IC，表示一帧当前生命周期的当前生命值CC，表示两者之间差值的DC，DC=IC-CC。初始生命值IC时客户端发出物理帧时预设的，而对于帧当前生命值，从节点收到客户端或者其它从节点发出的帧后判断当前生命值，若当前生命值大于0，那么将当前生命值减1然后转发出去，两者差值则可反映接收并转发数据帧的从节点的路由深度。该路由信息参数只需占用数据帧中的一个字节，提高了数据传输效率。

作为优化，从节点回复的帧带有差值DC，数据帧到目标节点的路由深度等于回复的差值DC加1。如前文所述，从初始生命值与当前生命值的差值可以知道当前节点的路由深度，方便在下次访问此节点时精简初始生命值，从而减少数据帧在电网上无意义传输的次数。

作为优化，路由表由客户端维护。路由表由客户端进行维护，从节点则无需保存路由信息，这在最大程度上简化了从节点设备的软硬件处理。

本发明与现有的组网技术相比较，其优点在于：所有从节点充当中继，全网同步转发，保证信号传输的可靠性的同时，也大大提高了组网的中继效率，采用发现服务只需数分钟便可获取数百个从节点的路由信息表，并且路由表由客户端进行维护，从节点无需保存路由信息，简化了从节点设备的软硬件处理。除此之外，路由信息参数只需占用数据帧中的一个字节，则也在一定程度上提高了数据传输效率。

附图说明

图1为本发明中物理帧与时隙的关系示意图；

图2为本发明中的信号经全网转发后的在信道内的传输情况示意图；

图3为本发明中通过发现服务完成组网的流程图；

图4为本发明的智能自动组网过程示意图；

图5为本发明中的路由机制所涉及参数的描述图；

图6为本发明中完成组网后的所有从节点对应的路由表；

图7为本发明中客户端对从节点进行访问的流程图。

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具体的说明。

实施例：

       在实施例中，客户端在50Hz信号的过零点发送物理帧，而从节点在过零点检测，如果从节点接收到正确的物理帧，就表明从节点已经与客户端实现了时隙同步，即同步于物理帧的帧头。如图1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。

客户端和所有从节点均为中继，并由上面的同步机制保证所有收到物理帧的节点同时转发该帧以加强信号强度，提高信噪比。如图2所示，数据传输到1级站点时，信号强度由原先的125dBuv衰减了20dB，然而经过1级站点的同步转发，信号强度恢复至124dBuv；数据由1级站点传输到2级站点时，信号强度由原先的124dBuv衰减了15dB，然而经过2级站点的同步转发，信号强度恢复至约117dBuv。我们可以发现经过各级节点的转发保证了数据到达最终目的节点时信号强度不会衰减太多，保证数据传输的可靠性。

本专利提出了通过发现服务来完成自动组网。发现服务所发的帧是广播帧，在发现服务帧中设置有两个参数：回复概率P和允许回复时隙数AT。其中，P为从节点回复的概率，P<=100，而AT表示从节点需在AT个时隙内进行回复。P与AT均为确定值，是在客户端发出广播帧时预设好的。如图3所示，从节点接收到客户端的发现广播帧后，首先对于自身是否为未配置系统即MAC地址是否为NEW进行判断，如果判断得到该节点MAC地址为NEW，该节点产生一个一个0到100间的随机数，然后将该随机数与P进行比较，在该随机数小于P的情况下再在0到AT中随机选择一个时隙进行回复。这一回复概率允许回复时隙数的设置能够很好地避免或者减少多个从节点在同一个时隙回复造成客户端无法获取正确数据的情况。

如图4所示，图中为一3级中继形成拓扑网络的过程。组网之前，所有的节点均为未配置系统，MAC地址均为NEW。自动组网开始后，客户端开始发现1级站点并根据发现的顺序给各级站点分配MAC地址，图中1级站点有5个，所有分配1-5的MAC地址。紧接着客户端发现2级站点并给他们分配MAC地址，然后再发现3级站点并给他们分配MAC地址。这样，网络拓扑结构得以形成。在此过程中，所有站点充当中继，最大程度保证了不会出现“孤岛”站点。

在该路由机制中设计三个参数：初始生命值IC、当前生命值CC和差值DC。其中，IC表示一帧数据的生命周期，CC表示该帧当前的生命周期，而DC=IC-CC。IC<=7，CC<=7，当DC>3时军用3表示，因此三个参数只占用每帧数据中的1个字节。如图5所示，设客户端访问的目标为4级站点，首次访问发出的帧初始生命值为7，当前生命值为7，差值为0。从节点收到客户端或者其他从节点发出的帧后判断当前生命值，如果当前生命值大于0，那么将当前生命值减1然后转发出去，因此2级节点收到当前生命值为6的帧，3级节点收到当前生命值为5的帧，4级节点收到当前生命值为4的帧。差值DC对于从节点没有任何意义，因此只有从节点回复的帧才会带有该值。图5中4级节点回复的帧DC=7-4=3，客户端从该参数可知数据帧传送到目标节点所需的路由深度，以便在下次访问此节点时可精简初始生命值IC，从而减少数据帧在电网上无意义传输的次数。

而对于图4中所描述的组网过程完成后，客户端中存有各从节点对应路由深度的路由表如图6所示，此时，客户端如需要访问某一节点，会根据其路由深度RD来设置其发出的访问帧的初始生命值IC，并根据该节点的返回结果更新RD。这一访问过程的流程图如图7所示。

对于客户端访问节点的过程可归纳为，首先根据路由表找到要访问的节点n对应的路由深度RD(n)，客户端放出一访问帧，该访问帧的初始生命值IC=RD(n)-1，CC=RD (n)-1，DC=0，发出该访问帧后在超时时间内等待回复，超时时间=RD(n)个时隙+Qos，Qos为从节点收到数据帧后处理到回复的时间，一般为1个时隙，并且初始的超时计数等于0。如果超时时间内没有回复，则超时计数加1，检查更新后的超时计数是否等于3，若此超时计数不等于3，则客户端重新发出访问帧访问目标节点，如果超时计数等于3，那么路由深度RD(n)加1并更新路由表，更新后的路由深度RD(n)若大于最大路由深度RDmax则访问结束，更新后的路由深度RD(n)不大于RDmax，则根据路由表依照更新后的路由深度RD(n)再次进行访问，如此直至在超时时间内目标节点有回复，然后得到RD(n)=回复DC+1，最后更新路由表并推出该次访问。

对于新安装的从节点，客户端可采用周期性的发现服务找到它以保证新从节点能及时地加入到网络中。

Claims (6)

1.一种低压载波智能组网的实现方法，其特征在于：

a.利用过零检测实现客户端和所有从节点时隙同步；

b.设定所有实现同步的从节点均为中继；

c.自动组网的步骤包括：

客户端发出一发现物理帧，该发现物理帧带有两个参数，分别为回复概率P和允许回复时隙数AT；

所述的从节点接收到客户端的发现物理帧后，判断这一从节点是否为未配置系统；

如果所述的从节点为未配置系统则产生一个随机数，如果产生的随机数小于P，则在0到AT中随机选择一个时隙回复，如果产生的随机数大于P则退出本次发现服务；

如果所述的从节点是已配置系统，则退出本次发现服务。

2.根据权利要求1所述的低压载波智能组网的实现方法，其特征在于，步骤a中所述的过零检测包括如下步骤：

客户端在50Hz信号的过零点发送物理帧，从节点在过零点检测。

3.根据权利要求1或2所述的低压载波智能组网的实现方法，其特征在于，实现同步的客户端和所有从节点同时转发发现物理帧。

4.根据权利要求1所述的低压载波智能组网的实现方法，其特征在于，步骤c中所述的从节点为未配置系统，其MAC地址置为NEW。

5.根据权利要求1所述的低压载波智能组网的实现方法，其特征在于，步骤c中所述的发现物理帧为一广播帧，回复概率P＜＝100，AT表示从节点需在AT个时隙内回复。

6.根据权利要求1所述的低压载波智能组网的实现方法，其特征在于，步骤c中所述的未配置系统产生的随机数在0到100之间。

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