CN103684679B - 一种用于自适应组网的数据帧处理方法和装置 - Google Patents
一种用于自适应组网的数据帧处理方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于自适应组网的数据帧处理方法和装置，其中，方法包括：判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；当不是重复帧时，判断是否为下行帧；当为下行帧时，判断其序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断其已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将其已转发次数加1；当不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断其已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将其已转发次数加1。本发明增加了判断是否是重复数据帧的步骤，判断需要转发的上行帧和下行帧的步骤以及转发次数的限制，可以减少自适应组网中的重复消息。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种用于自适应组网的数据帧处理方法和装置。
背景技术
电力线载波通信（Power-line Carrier Communication，PLC）是目前用电信息采集系统的主要通信手段，在用电信息采集系统中，利用PLC可以完成居民用户到配电变压器之间的通信，完成数据采集和费用控制等功能应用。电力线载波通信最初采用点对点直接通信方式，即集中器与用户电表的直接通信完成数据交换。然而，由于PLC通信节点众多，结构复杂，点对点通信远远不能满足网络通信的要求，因此组网技术成为PLC诸多关键技术中最核心的技术之一。
电力线载波通信组网技术目前常用的有：静态组网方式和自组网方式。
其中，静态组网方式强调增加载波芯片的物理层通信距离，辅之于人工设置中继点，这种方式使得载波抄表系统工程化现象严重，且需要现场工程人员有丰富的经验，现场维护工作量巨大，同时组网时间长、自适应性差的问题。
自组网方式采用洪泛算法，即对任一节点，当收到一个广播消息时，会将此消息逐级向外扩散，最终遍历全网，实现全网信息覆盖。然而，该方式由于每个收到消息的节点都要向外扩散，因此产生了大量的重复消息，使得带宽被浪费，同时还造成大量冲突和碰撞，造成抄收时间长、成功率低、台区间串扰等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于自适应组网的数据帧处理方法和装置，其能够实现高效的自组网方式。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于自适应组网的数据帧处理方法，包括以下步骤：
根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；
当第二数据帧不是重复帧时，判断第二数据帧是否为下行帧；
当第二数据帧为下行帧时，判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1；
当第二数据帧不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1。
本发明提出的用于自适应组网的数据帧处理方法，是在逐级向外转发所接收到的数据帧的基础上，增加了判断是否是重复数据帧的步骤，判断需要转发的上行帧和下行帧的步骤以及转发次数的限制，通过该方法，可以大大减少自适应组网中的重复消息。
作为上述技术方案的优选，所述方法还包括：
判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，则执行根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧的步骤。
作为上述技术方案的优选，所述预设的主节点代码的获得方法为：
判断是否为主节点发送的数据帧中的目标节点，若是，记录所述数据帧中的主节点代码为所述预设的主节点代码。
作为上述技术方案的优选，所述方法还包括：
在转发第二数据帧之前，生成随机延迟时间；
当所述随机延迟时间到达之前信道一直处于空闲时，转发第二数据帧。
作为上述技术方案的优选，根据信道统计参数设置所述随机延迟时间的最大值。
另一方面，本发明还提出一种用于自适应组网的数据帧处理装置，包括：
第一判断模块，用于根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；
第二判断模块，用于当第二数据帧不是重复帧时，判断第二数据帧是否为下行帧；
下行帧处理模块，用于当第二数据帧为下行帧时，判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1；
上行帧处理模块，用于当第二数据帧不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1。
作为上述技术方案的优选，所述装置还包括：
第三判断模块，用于判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，所述第一判断模块执行根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧的操作。
作为上述技术方案的优选，所述装置还包括：
设置主节点代码模块，用于判断是否为主节点发送的数据帧中的目标节点，若是，记录所述数据帧中的主节点代码为所述预设的主节点代码。
作为上述技术方案的优选，所述装置还包括：
延迟模块，用于在所述下行帧处理模块或上行帧处理模块转发第二数据帧之前，生成随机延迟时间，当所述随机延迟时间到达之前信道一直处于空闲时，通知所述下行帧处理模块或上行帧处理模块转发第二数据帧。
作为上述技术方案的优选，所述延迟模块用于根据信道统计参数设置所述随机延迟时间的最大值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明优选实施例提出的用于自适应组网的数据帧处理方法的流程示意图；
图2是本发明具体实施例提出的用于自适应组网的数据帧处理方法的流程示意图；
图3是本发明另一具体实施例提出的用于自适应组网的数据帧处理方法的流程示意图；
图4是应用于本发明的应用层数据单元格式的优选实施例的示意图；
图5是应用于本发明的MAC层数据单元格式的示意图；
图6是本发明优选实施例提出的用于自适应组网的数据帧处理装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为本发明提出的一种用于自适应组网的数据帧处理方法的优选实施例，该方法主要用于在从节点中实现。具体，该方法包括以下步骤：
步骤S11：根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；
步骤S12：当第二数据帧不是重复帧时，判断第二数据帧是否为下行帧；
步骤S13：当第二数据帧为下行帧时，判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1；
步骤S14：当第二数据帧不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1。
本发明提出的用于自适应组网的数据帧处理方法，是在逐级向外转发所接收到的数据帧的基础上，增加了判断是否是重复数据帧的步骤，判断需要转发的上行帧和下行帧的步骤以及转发次数的限制，通过该方法，可以大大减少自适应组网中的重复消息。
下面通过具体实施例来对本发明提出的用于自适应组网的数据帧处理方法进行详细说明。
如图2所示为用于自适应组网的数据帧处理方法的具体实施例的流程图，包括以下步骤：
步骤S21：接收到数据帧（即第二数据帧）；
步骤S22：判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，执行步骤S23；若否，则结束。
在本发明实施例中，主节点代码是：为主节点（即集中器的载波模块）
设置的代码。不同的主节点代码代表不同的台区，每个台区由一个集中器控制。在本发明实施例中，集中器发出的每一帧数据帧中都包括该集中器的主节点代码，以区分不同台区的数据帧。
从节点（电表中的载波模块）收到主节点（集中器中的载波模块）发送的数据帧时，判断该数据帧是否是该从节点所属台区的主节点发出的，即判断数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，其中，预设的主节点代码为：在从节点中预先设置的该从节点所属台区的主节点的代码。当不符合预设的主节点代码时，即该数据帧不是该从节点所属台区的主节点发送的，因此从节点对该数据帧不做转发处理。该方法可有效地避免相邻台区的串扰问题。
其中，从节点中的预设的主节点代码可以是用户预先设置的，也可以是通过以下方法获得：
从节点接收到主节点发送的数据帧时，判断自己是否为所述数据帧中的目标节点，若是，记录所述数据帧中的主节点代码，该记录的主节点代码即为预设的主节点代码。
步骤S23：根据预先存储的上一次处理的数据帧（即第一数据帧）的序号和方向，判断第二数据帧是否是重复帧；若是，则结束；若否，则执行步骤S24。
在该步骤中，通过判断当前接收到的数据帧的序号和方向是否与预先存储的上一次处理的数据帧的序号和方向相同，得到当前接收到的数据帧是否是重复帧。
应当注意的是，本发明实施例中所指的重复帧是指：序号和方向均与预先存储的上一次处理的数据帧的序号和方向相同的数据帧。
步骤S24：判断第二数据帧是否为下行帧，若是，则执行步骤S25；若否，则执行步骤S26；
步骤S25：判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，执行步骤S27；若否，则结束。
当第二数据帧不为重复帧且为下行帧时，其有可能是主节点发送的新的数据帧，即第二数据帧的序号大于第一数据帧的序号；或者是主节点之前发送的老的数据帧，即第二数据帧的序号小于或等于第一数据帧的序号。在该方法中，仅转发新的下行帧，因此，该步骤的作用是判断第二数据帧是否是新的下行帧。
步骤S26：判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，则执行步骤S27；若否，则结束。
当第二数据帧不为重复帧且为上行帧时，本方法实施例中仅转发上一次处理的数据帧为下行帧时，该下行帧所对应的上行帧。因此，需要判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号。
步骤S27：判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，执行步骤S28；若否，则结束。
在本发明实施例中，在数据帧中设置洪泛控制字，该洪泛控制字中包括该数据帧已转发次数（即该数据帧的转发计数）以及预设的转发次数的最大值。当该数据帧的已转发次数小于预设的最大值时，说明该数据帧还可以被转发，因此，执行转发数据帧的操作，当该数据帧的已转发次数等于预设的最大值时，说明该数据帧的转发次数已达上限，不能再被转发。
其中，该预设的转发次数的最大值可以根据经验值进行设置，例如为整个台区中所有从节点中的最大中继次数，这样可保证离主节点最远的从节点也能收到主节点发送的数据帧。或者，该预设的转发次数的最大值可以等于已知的该数据帧中的目标节点的中继次数，使得该数据帧能够到达目的节点，而又不会被继续向下一级转发。此外，该预设的转发次数的最大值也可以稍大于该数据帧中的目标节点的中继次数的经验值，这样可以确保数据帧到达目标节点。
步骤S28：转发第二数据帧，并将第二数据帧中的已转发次数加1。
如图3所示为用于自适应组网的数据帧处理方法的另一具体实施例的流程图，本具体实施例在上述实施例的基础上增加了避免冲突的方法，具体地，包括以下步骤：
步骤S31：接收到数据帧（即第二数据帧）；
步骤S32：判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，执行步骤S33；若否，则结束。
步骤S33：根据预先存储的上一次处理的数据帧（即第一数据帧）的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；若是，则结束；若否，则执行步骤S34。
步骤S34：判断第二数据帧是否为下行帧，若是，则执行步骤S35；若否，则执行步骤S36；
步骤S35：判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，执行步骤S37；若否，则结束。
步骤S36：判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，则执行步骤S37；若否，则结束。
步骤S37：判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，执行步骤S38；若否，则结束。
步骤S38：生成随机延迟时间。
当多个从节点同时收到1个包准备转发时，会产生信道拥堵，因此可以利用随机时延使得发送时隙错开，从而避免冲突。
在该步骤中，随机延迟时间具有一范围，在该范围内生成随机延迟时间。该范围的最大值可以根据信道统计参数（Backlog）来设置，可以根据网络负荷自适应变化。
步骤S39：当所述随机延迟时间到达之前信道一直处于空闲时，转发第二数据帧，并将第二数据帧中的已转发次数加1。
若随机延迟时间到达之前，从节点又检测到包头，即说明信道中有数据在传送，因此，则需要重新等待接收包结束符（EOP），再根据自身当前的Backlog重新分配新的随机延迟，直到数据包最后竞争到信道开始发送。
当多个从节点收到主节点或者某从节点的发送数据包时靠EOP同步，从EOP同步时刻起各自产生自己的随机延迟时间去竞争信道，分配到前面时间片的从节点将抢先竞争到信道。
从上述实施例可以看出，在该实施例中，需要获得数据帧的序号、方向、数据帧的已转发次数和转发次数的最大值，因此，本发明实施例中，应用层数据单元格式（APDU）可以如图4所示，包括：控制码、洪泛控制字1、洪泛控制字2、主节点代码以及数据区，其中，控制码中包含数据帧的方向，洪泛控制字1中包含数据帧的序号，洪泛控制字2中包括数据帧的已转发次数和转发次数的最大值。
主节点代码代表不同的台区，每一数据帧都有一个主节点代码，以区分不同台区的帧。从节点应答帧的主节点代码与下行帧相同，对不同主节点代码的帧不做转发处理。这可有效避免相邻台区的串扰问题。
MAC层数据单元格式（MPDU）如图5所示，其可以完全封装APDU，实现载波传输与抄表协议无关性，从而可实现多协议兼容，协议任意扩展等特性。
相应地，本发明提出一种用于自适应组网的数据帧处理装置，如图6所示，包括：
第一判断模块601，用于根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；
第二判断模块602，用于当第二数据帧不是重复帧时，判断第二数据帧是否为下行帧；
下行帧处理模块603，用于当第二数据帧为下行帧时，判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1；
上行帧处理模块604，用于当第二数据帧不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1。
本发明实施例提出的数据帧处理装置可以是电表中的载波模块。
优选地，所述装置还可以包括：
第三判断模块，用于判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，所述第一判断模块执行根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧的操作。
优选地，所述装置还包括：
设置主节点代码模块，用于判断是否为主节点发送的数据帧中的目标节点，若是，记录所述数据帧中的主节点代码为所述预设的主节点代码。
优选地，所述装置还包括：
延迟模块，用于在所述下行帧处理模块或上行帧处理模块转发第二数据帧之前，生成随机延迟时间，当所述随机延迟时间到达之前信道一直处于空闲时，通知所述下行帧处理模块或上行帧处理模块转发第二数据帧。
优选地，所述延迟模块用于根据信道统计参数设置所述随机延迟时间的最大值。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于自适应组网的数据帧处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；
当第二数据帧不是重复帧时，判断第二数据帧是否为下行帧；
当第二数据帧为下行帧时，判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1；
当第二数据帧不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，则执行根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的主节点代码的获得方法为：
判断本地节点是否为主节点发送的数据帧中的目标节点，若是，记录所述数据帧中的主节点代码为所述预设的主节点代码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在转发第二数据帧之前，生成随机延迟时间；
当所述随机延迟时间到达之前信道一直处于空闲时，转发第二数据帧。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据信道统计参数设置所述随机延迟时间的最大值。
6.一种用于自适应组网的数据帧处理装置，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧；
第二判断模块，用于当第二数据帧不是重复帧时，判断第二数据帧是否为下行帧；
下行帧处理模块，用于当第二数据帧为下行帧时，判断第二数据帧的序号是否大于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1；
上行帧处理模块，用于当第二数据帧不为下行帧时，判断第一数据帧的方向是否为下行帧且第二数据帧的序号是否等于第一数据帧的序号，若是，判断第二数据帧中的已转发次数是否小于预设的最大值，若是，转发第二数据帧，同时将第二数据帧中的已转发次数加1。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三判断模块，用于判断第二数据帧中的主节点代码是否符合预设的主节点代码，若是，所述第一判断模块执行根据预先存储的上一次处理的第一数据帧的序号和方向，判断当前接收到的第二数据帧是否是重复帧的操作。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
设置主节点代码模块，用于判断本地节点是否为主节点发送的数据帧中的目标节点，若是，记录所述数据帧中的主节点代码为所述预设的主节点代码。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
延迟模块，用于在所述下行帧处理模块或上行帧处理模块转发第二数据帧之前，生成随机延迟时间，当所述随机延迟时间到达之前信道一直处于空闲时，通知所述下行帧处理模块或上行帧处理模块转发第二数据帧。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述延迟模块用于根据信道统计参数设置所述随机延迟时间的最大值。
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| 《小型PLC的工业以太网通讯研究》;谢妍等;《科技信息》;20090630;第204页-205页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103684679A (zh) | 2014-03-26 |
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