CN103281105A - 基于低压电力线的载波表自组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于低压电力线的载波表自组网方法，该方法包括：载波主节点指定各第N层节点依次执行广播找相邻载波节点；各第N层节点搜集自身的每个相邻载波节点的信息并转发给载波主节点，载波主节点为各第N层节点的每个相邻载波节点分配MAC地址，并将该载波从节点记录为第N+1层节点；当所有第N层节点都已找到自身的所有相邻载波节点时，判断是否还有载波节点需要加入到前面步骤所建立的网络中？若是，则令N=N+1并返回执行本方法的第一个步骤，否则结束流程；其中，N的初始值为0；第0层节点为所述载波主节点；当N为正整数时，第N层节点为所述载波从节点。采用该方法得到的网络的抄表效率和稳定性高，有效通信距离长。

Description

基于低压电力线的载波表自组网方法

技术领域

本发明涉及工业自动化应用技术领域，尤其涉及一种基于低压电力线的载波表自组网方法。

背景技术

低压电力线载波通信技术有着其他通信方式无法比拟的优点，特别是在电力系统领域，电力线分布范围广、密度大，不需要重新布线，投资成本低；另一方面，电力线的物理强度高，不易被破坏，后期维护量小。然而，现有的利用电力线载波进行通信也有许多缺点，如通信方式只能是半双工通信，噪声影响严重、信号衰减大、多径效应和反射，这些因素导致信号在低压电力线上传输的距离过短，通信可靠性不高。

现有基于低压电力线载波的抄表方法基本上都是采用半手工的主从式结构，即由抄表装置主动给每一个节点通信，若通信成功，则继续下一节点，若不成功，则采用人工配置载波从节点固定路径的方式通信，这种方式通信效率低、信道资源浪费严重、人力维护成本高，而且人工配置的固定路径存在失效的问题。因此，需要一种抄表效率和稳定性高，有效通信距离长，低压电力线通信的维护成本低的能够进行低压电力线载波抄表的网络。

发明内容

为解决现有的低压电力线载波的抄表方法通信效率低、信道资源浪费严重、人力维护成本高，而且人工配置的固定路径存在失效的问题，本发明提供一种基于低压电力线的载波表自组网方法，采用该方法得到的网络可以进行低压电力线载波抄表，该网络的抄表效率和稳定性高，有效通信距离长，低压电力线通信的维护成本低。

本发明的实施例提供一种基于低压电力线的载波表自组网方法，该方法执行之前需要预先将抄表装置定义为载波主节点，将载波表和载波采集器定义为载波从节点，该方法包括步骤：步骤A：载波主节点指定各第N层节点依次执行广播找相邻载波节点；

步骤B：各第N层节点搜集自身的每个相邻载波节点的信息，并转发给载波主节点，载波主节点接收到各第N层节点的每个相邻载波节点的信息后，为其分配MAC地址，并将第N层节点的相邻载波从节点记录为第N+1层节点；

步骤C：当所有第N层节点都已找到自身的所有相邻载波节点时，判断是否还有载波节点需要加入到前面步骤所建立的网络中？若是，则执行步骤D，否则结束流程；

步骤D：令N=N+1并返回执行步骤A；

其中，N的初始值为0；当N=0时，所述第0层节点为所述载波主节点；当N为正整数时，所述第N层节点为所述载波从节点。

优选地，上述组网方法中，所述步骤B具体包括：

步骤1：当前被载波主节点所指定的第N层节点发起找相邻载波从节点的广播；

步骤2：收到该找相邻载波从节点的广播的所有载波从节点通过预先设定的竞争上报机制向发出该广播的第N层节点竞争上报自身信息；

步骤3：该第N层节点将当前收到的信息对应的载波从节点作为自身的相邻载波从节点，并将该相邻载波从节点的信息依次通过其上行节点实时转发给所述载波主节点；

步骤4：载波主节点接收到该第N层节点的该相邻载波从节点的信息后，为该第N层节点的该相邻载波从节点分配MAC地址，将该第N层节点的该相邻载波从节点记录为第N+1层节点，并将该MAC地址通过原路下发至该第N层节点；

步骤5：该第N层节点将该MAC地址转发给其所对应的载波从节点，该载波从节点退出本轮竞争上报，并记录自己的上行节点是该第N层节点；同时，其他未获得MAC地址且已收到该找相邻载波从节点的广播的载波从节点侦听到该第N层节点将该MAC地址转发给其所对应的载波从节点的命令帧后继续通过预先设定的竞争上报机制向发出该广播的第N层节点竞争上报自身信息；

步骤6：若该第N层节点在上一次收到某一载波从节点竞争上报的信息的时刻之后的预定延时时长T内再次收到其他载波从节点竞争上报的信息，则返回执行步骤3；若该第N层节点在上一次收到某一载波从节点竞争上报的信息的时刻之后的预定延时时长T内未检测到其他载波从节点竞争上报的信息，则首先判断该第N层节点是否已发起过两次找相邻载波从节点的广播？若是则跳至执行步骤7,否则，该第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播，随后，若第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播后的预定延时时长T内仍未检测到其他载波从节点竞争上报的信息，则结束当前该第N层节点找相邻载波从节点的过程，并执行步骤7，若该第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播后的预定延时时长T内收到其他载波从节点竞争上报的信息，则返回执行步骤3；

步骤7：判断是否还有未被载波主节点指定广播找相邻载波从节点的第N层节点？若是，则载波主节点指定任意一个未被指定过的第N层节点广播找相邻载波从节点，并返回执行步骤1；否则，执行步骤C。

优选地，所述步骤4中，载波主节点还保存所有第N+1层节点的MAC地址、物理地址、路由信息和层级信息；其中，第N+1层节点的层级信息为第N+1层。

优选地，所述竞争上报机制为：符合上报条件的各载波从节点预先准备好自身信息，随机延时，然后侦听上报线路是否忙？若是，则重新随机延时后重新侦听上报线路是否忙；否则，该载波从节点上报自身信息；其中，所述载波从节点以接收到帧头为线路忙的依据。

优选地，所述步骤5和步骤6之间还可包括步骤：当前该第N层节点判断自身已经收到的竞争上报信息的次数是否达预定上报次数，若是，则直接结束当前该第N层节点找相邻载波从节点的过程，并跳至执行步骤7，否则继续执行步骤6。

优选地，第N层节点发起的找相邻载波从节点的广播中设置有允许参与竞争上报的载波从节点的地址掩码。

优选地，上述任一种基于低压电力线的载波表自组网方法中，所述预定延时时长T＝P×T_detect，其中，P为正整数，T_detect为随机延时时间片，通过下式确定：

T_detect＞T_front+T_delay

其中，T_front为接收前导帧和帧头的时间，T_delay为线路延时时间。

本发明的上述技术方案采用基于时间片的冲突避让机制建立载波主节点和载波从节点的网络拓扑结构，实现这些节点的信息采集。采用该方法得到的网络可以用于低压电力线载波抄表，该网络的抄表效率和稳定性高，有效通信距离长，低压电力线通信的维护成本低。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的基于低压电力线的载波表自组网方法流程图；

图2为图1中的步骤B的具体实施流程图；

图3为本发明实施例提供的基于低压电力线的载波表自组网方法的自组网示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1所示为本发明实施例提供的基于低压电力线的载波表自组网方法流程图，在该方法执行之前，预先将抄表装置定义为载波主节点，将载波表和载波采集器定义为载波从节点，该方法包括步骤：

步骤A：载波主节点指定各第N层节点依次执行广播找相邻载波节点；其中，N的初始值设置为0；当N=0时，第0层节点为载波主节点；当N为正整数时，第N层节点为载波从节点。

步骤B：各第N层节点搜集自身的每个相邻载波节点的信息，并转发给载波主节点，载波主节点接收到各第N层节点的每个相邻载波节点的信息后，为其分配MAC地址，并将第N层节点的相邻载波从节点记录为第N+1层节点。

步骤C：当所有第N层节点都已找到自身的所有相邻载波节点时，判断是否还有载波节点需要加入到前面步骤所建立的网络中？若是，则执行步骤D，否则结束流程；

步骤D：令N=N+1并返回执行步骤A。

优选地，如图2所示，图1中的步骤B具体包括：

S1：当前被载波主节点所指定的第N层节点发起找相邻载波从节点的广播。

S2：收到该找相邻载波从节点的广播的所有载波从节点通过预先设定的竞争上报机制向发出该广播的第N层节点竞争上报自身信息。优选地，预先设定的竞争上报机制为：符合上报条件的各载波从节点预先准备好自身信息，随机延时，然后侦听上报线路是否忙？若是，则重新随机延时后重新侦听上报线路是否忙；否则，该载波从节点上报自身信息；其中，载波从节点以接收到帧头为线路忙的依据。

S3：该第N层节点将当前收到的信息对应的载波从节点作为自身的相邻载波从节点，并将该相邻载波从节点的信息依次通过其上行节点实时转发给载波主节点，此时其他收到该找相邻载波从节点的广播的所有载波从节点侦听到这一上报动作后暂停竞争上报以免影响载波主节点的通信。

S4：载波主节点接收到该第N层节点的该相邻载波从节点的信息后，为该第N层节点的该相邻载波从节点分配MAC地址，将该第N层节点的该相邻载波从节点记录为第N+1层节点，并将该MAC地址通过原路下发至该第N层节点。优选地，此步骤中，载波主节点还保存所有第N+1层节点的MAC地址、物理地址、路由信息和层级信息；其中，第N+1层节点的层级信息为第N+1层。

S5：该第N层节点将该MAC地址转发给其所对应的载波从节点，该载波从节点退出本轮竞争上报，并记录自己的上行节点是该第N层节点；同时，其他未获得MAC地址且已收到该找相邻载波从节点的广播的载波从节点侦听到该第N层节点将该MAC地址转发给其所对应的载波从节点的命令帧后继续通过预先设定的竞争上报机制向发出该广播的第N层节点竞争上报自身信息。

S6：判断该第N层节点的相邻载波从节点是否都已找到，若是，则执行S7，否则，继续检测其他载波从节点竞争上报的信息，检测到则返回执行S3。具体地，此步骤中，若该第N层节点在上一次收到某一载波从节点竞争上报的信息的时刻之后的预定延时时长T内再次收到其他载波从节点竞争上报的信息，则返回执行S3；若该第N层节点在上一次收到某一载波从节点竞争上报的信息的时刻之后的预定延时时长T内未检测到其他载波从节点竞争上报的信息，则首先判断该第N层节点是否已发起过两次找相邻载波从节点的广播？若是则跳至执行S7,否则，该第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播，随后，若第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播后的预定延时时长T内仍未检测到其他载波从节点竞争上报的信息，则结束当前该第N层节点找相邻载波从节点的过程，并执行S7，若第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播后的预定延时时长T内收到其他载波从节点竞争上报的信息，则返回执行S3。

S7：判断是否还有未被载波主节点指定广播找相邻载波从节点的第N层节点？若是，则跳至执行执行S8，否则，执行步骤C。

S8：载波主节点指定任意一个未被指定过的第N层节点广播找相邻载波从节点，并返回执行S1。

优选地，图2所示流程中，S5和S6之间还可包括步骤：当前该第N层节点判断自身已经收到的竞争上报信息的次数是否达预定上报次数，若是，则直接结束当前该第N层节点找相邻载波从节点的过程，并跳至执行S7，否则继续执行S6。

优选地，图2所示流程中，为了限制参与竞争上报的载波从节点（载波表和载波采集器）的数量，在第N层节点发起的找相邻载波从节点的广播中设置有允许参与竞争上报的载波从节点的地址掩码，这样在步骤S2中，收到该找相邻载波从节点的广播的所有载波从节点中，只有符合地址掩码的载波从节点才能参与竞争上报。

优选地，预先定义随机延时时间片为T_detect，且T_detect＞T_front+T_delay，其中，T_front为接收前导帧和帧头的时间，T_delay为线路延时时间。则取P个时间片（P为正整数）的长度为预定延时时长T，即设：T＝M×T_detect。

图3所示为为本发明实施例提供的基于低压电力线的载波表自组网方法的自组网示意图，首先，载波主节点1发送广播找相邻载波从节点命令，第一载波从节点2、第二载波从节点3收到命令后竞争上报；首先第二载波从节点3获得竞争上报优先权，进行了竞争上报，此时第一载波从节点2暂时停止上报；随后载波主节点1收到第二载波从节点3的上报信息后，给第二载波从节点3分配MAC地址，并记录第二载波从节点3的MAC地址、物理地址和层级信息（第1层节点），第二载波从节点3收到载波主节点1为其分配的MAC地址后，存储MAC地址，并记录上行节点为载波主节点，并退出竞争上报过程，此时第一载波从节点2继续竞争上报，由于此时无其他载波从节点和第一载波从节点2竞争上报，因此第一载波从节点2直接获得上报优先权后重复上述第二载波从节点3的MAC地址获取过程，直到载波主节点1收不到任何竞争上报信息，则第1层节点（第1层载波从节点）组网完成。然后，载波主节点1给第一载波从节点2（第1层节点）发送“第一载波从节点2发送广播找相邻载波节点”命令，第一载波从节点2收到“第一载波从节点2发送广播找相邻载波节点”命令后，发送找相邻载波从节点的广播，第三载波从节点4和第四载波从节点5收到该广播后竞争上报；首先第三载波从节点4获得上报优先权，将自身信息上报至第一载波从节点2，第一载波从节点2收到第三载波从节点4的上报信息后转发给载波主节点1，载波主节点1给第三载波从节点4分配MAC地址，并记录相关信息；随后第一载波从节点2将载波主节点1当前分配的MAC地址转发给第三载波从节点4，第三载波从节点4收到MAC地址后记录MAC地址并记录上级载波从节点为第一载波从节点2；以此类推，直到遍历所有第2层节点（即第一层载波从节点的所有相邻载波从节点）时，第2层级载波从节点组网完成；最后，依次完成剩余各层载波从节点的组网。

本发明的上述技术方案采用基于时间片的冲突避让机制建立载波主节点和载波从节点的网络拓扑结构，实现这些节点的信息采集。采用该方法得到的网络可以用于低压电力线载波抄表，该网络的抄表效率和稳定性高，有效通信距离长，低压电力线通信的维护成本低。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，预先将抄表装置定义为载波主节点，将载波表和载波采集器定义为载波从节点，该方法包括步骤：

步骤A：载波主节点指定各第N层节点依次执行广播找相邻载波节点；

步骤B：各第N层节点搜集自身的每个相邻载波节点的信息，并转发给载波主节点，载波主节点接收到各第N层节点的每个相邻载波节点的信息后，为其分配MAC地址，并将第N层节点的相邻载波从节点记录为第N+1层节点；

步骤C：当所有第N层节点都已找到自身的所有相邻载波节点时，判断是否还有载波节点需要加入到前面步骤所建立的网络中？若是，则执行步骤D，否则结束流程；

步骤D：令N=N+1并返回执行步骤A；

其中，N的初始值为0；当N=0时，所述第0层节点为所述载波主节点；当N为正整数时，所述第N层节点为所述载波从节点。

2.如权利要求1所述的一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

步骤1：当前被载波主节点所指定的第N层节点发起找相邻载波从节点的广播；

步骤2：收到该找相邻载波从节点的广播的所有载波从节点通过预先设定的竞争上报机制向发出该广播的第N层节点竞争上报自身信息；

步骤3：该第N层节点将当前收到的信息对应的载波从节点作为自身的相邻载波从节点，并将该相邻载波从节点的信息依次通过其上行节点实时转发给所述载波主节点；

步骤4：载波主节点接收到该第N层节点的该相邻载波从节点的信息后，为该第N层节点的该相邻载波从节点分配MAC地址，将该第N层节点的该相邻载波从节点记录为第N+1层节点，并将该MAC地址通过原路下发至该第N层节点；

步骤5：该第N层节点将该MAC地址转发给其所对应的载波从节点，该载波从节点退出本轮竞争上报，并记录自己的上行节点是该第N层节点；同时，其他未获得MAC地址且已收到该找相邻载波从节点的广播的载波从节点侦听到该第N层节点将该MAC地址转发给其所对应的载波从节点的命令帧后继续通过预先设定的竞争上报机制向发出该广播的第N层节点竞争上报自身信息；

步骤6：若该第N层节点在上一次收到某一载波从节点竞争上报的信息的时刻之后的预定延时时长T内再次收到其他载波从节点竞争上报的信息，则返回执行步骤3；若该第N层节点在上一次收到某一载波从节点竞争上报的信息的时刻之后的预定延时时长T内未检测到其他载波从节点竞争上报的信息，则首先判断该第N层节点是否已发起过两次找相邻载波从节点的广播？若是则跳至执行步骤7,否则，该第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播，随后，若第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播后的预定延时时长T内仍未检测到其他载波从节点竞争上报的信息，则结束当前该第N层节点找相邻载波从节点的过程，并执行步骤7，若该第N层节点第二次发起找相邻载波从节点的广播后的预定延时时长T内收到其他载波从节点竞争上报的信息，则返回执行步骤3；

步骤7：判断是否还有未被载波主节点指定广播找相邻载波从节点的第N层节点？若是，则载波主节点指定任意一个未被指定过的第N层节点广播找相邻载波从节点，并返回执行步骤1；否则，执行步骤C。

3.如权利要求2所述的一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，所述步骤4中，载波主节点还保存所有第N+1层节点的MAC地址、物理地址、路由信息和层级信息；其中，第N+1层节点的层级信息为第N+1层。

4.如权利要求3所述的一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，所述竞争上报机制为：符合上报条件的各载波从节点预先准备好自身信息，随机延时，然后侦听上报线路是否忙？若是，则重新随机延时后重新侦听上报线路是否忙；否则，该载波从节点上报自身信息；

其中，所述载波从节点以接收到帧头为线路忙的依据。

5.如权利要求4所述的一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，所述步骤5和步骤6之间还可包括步骤：当前该第N层节点判断自身已经收到的竞争上报信息的次数是否达预定上报次数，若是，则直接结束当前该第N层节点找相邻载波从节点的过程，并跳至执行步骤7，否则继续执行步骤6。

6.如权利要求4所述的一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，第N层节点发起的找相邻载波从节点的广播中设置有允许参与竞争上报的载波从节点的地址掩码。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种基于低压电力线的载波表自组网方法，其特征在于，所述预定延时时长T＝P×T_detect，其中，P为正整数，T_detect为随机延时时间片，通过下式确定：

T_detect＞T_front+T_delay

其中，T_front为接收前导帧和帧头的时间，T_delay为线路延时时间。

Images