CN103718534A - 共位置的plc和rf网络中的动态媒介切换 - Google Patents

Abstract

一种电子通信装置（202，204）包括能够在第一通信媒介（214）上进行双向通信会话的第一收发器（206，210）；能够在第二通信媒介（216）上进行双向通信会话的第二收发器（208，212）；以及耦合到第一收发器和第二收发器并且能够实现汇聚层的控制逻辑（218，220），其中控制逻辑被配置为从第一收发器接收第一信号；并且响应于第一信号，导致由第一收发器（206，210）在第一通信媒介（214）上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由第二收发器（208，212）在第二通信媒介（216）上接收和发送。

Description

共位置的PLC和RF网络中的动态媒介切换

技术领域

本发明涉及特别是对于使用电力线通信和射频收发器进行双向通信有用的电子通信设备和方法。

背景技术

可以在传感器网络和智能电网中使用窄带电力线通信（PLC）收发器和低功率射频（RF）收发器。收发器能够发送和接收数据；因此，其可以被称为双向通信装置。例如无线局域网（WLAN）传输的噪声会干扰RF传输，并且来自例如洗衣机的家电的脉冲噪声会干扰PLC传输。随着PLC、RF和其他技术发展，嵌入式装置可包含PLC、RF和其他技术的组合来提高网络连通性。例如，一些智能仪表可以结合PLC收发器和802.15.4RF收发器。由于这种装置在多种类型的网络上工作，所以其可以被称为混合装置。

发明内容

在一些实施例中，一种电子通信装置被公开为包括能够在第一通信媒介上进行双向通信会话的第一收发器；能够在第二通信媒介上进行双向通信会话的第二收发器；以及耦合到该第一收发器和该第二收发器并且能够实现汇聚层的控制逻辑，其中控制逻辑被配置成从第一收发器接收第一信号；并且响应于第一信号，导致由第一收发器在第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由第二收发器在第二通信媒介上接收和发送。

在其他实施例中，一种用于电子通信的方法被公开为包括提供能够在第一通信媒介上进行双向通信会话的第一收发器，能够在第二通信媒介上进行双向通信会话的第二收发器，以及耦合到第一收发器和第二收发器并且能够实现汇聚层的控制逻辑；通过控制逻辑从第一收发器接收第一信号；并且响应于第一信号，通过控制逻辑导致由第一收发器在第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由第二收发器在第二通信媒介上接收和发送。

附图说明

参照附图描述了示例实施例，其中：

图1示出在两个电子通信装置之间进行通信的系统；

图2根据本公开的实施例示出在两个电子通信装置之间进行通信的系统；以及

图3根据本公开的实施例示出一种用于电子通信的方法。

具体实施方式

PLC通常是指在也被用于携带交流（AC）电力的导线，例如在大约110VAC、60Hz或者大约220VAC、50Hz传递电力的电力线上的数据通信。可以在电力线上进行PLC通信，该电力线以步降电压将功率分配给住宅建筑或在建筑物内如办公楼内分配。在某些情况下，如果没有某种形式的信号处理来桥接主体变压器的两侧或者绕组，PLC不会穿过配电变压器例如降压变压器传播。PLC技术包括电力线智能计量发展（PRIME）、G3和电气与电子工程师学会（IEEE）1901.2。RF通信通常是指在3kHz至300GHz频率范围内的无线电波上的数据通信。RF技术包括Zigbee、Wi-Fi的WLAN和Bluetooth（蓝牙）。

图1示出在两个电子通信装置之间进行通信的系统100。该系统100可以包括PLC收发器102和RF收发器104，随着时间的推移，这些收发器可以与对等收发器进行通信。PLC收发器102和RF收发器104可以被结合到同一装置中，因此，该装置可以被称为混合装置。该装置可以是一个智能仪表或电表，其中PLC收发器是窄带PLC收发器并且RF收发器是802.15.4RF收发器。可替代地，该装置可以是除智能电表以外的装置。系统100可以对收发器102、104采用典型路由协议，如用于低功率和损耗网络（RPL）的IPv6路由协议。

在时刻1，PLC收发器102可以以良好链路质量在PLC链路106上发起通信会话。因此，该装置可以在PLC链路106上获得高吞吐量。

词语“链路”可以与词语“媒介”互换。术语“通信会话”和其变体可以被广义理解为指的是两个装置之间的任何不间断通信。通信会话不需要与任何具体的通信层相关联，但是反而可以指通信活动，该活动具有一段持续时间并且包括多个被抽象为通信或通信会话的部分的包。例如，通信会话可以包括智能电表响应于请求来传输每月用电报告。该每月用电报告可以包括使用数据和服务质量度量。

在时刻2，电气或电磁噪声110会在系统100附近发生。如果该噪声110是来自例如洗衣机的家电的脉冲噪声，那么该噪声110会影响PLC通信，但不影响RF通信。因此，PLC链路106会显示出差的链路质量，该装置在PLC链路106上可以获得标称或额定吞吐量或者不获得吞吐量，并且通信会话可暂停。

在时刻3，噪声110可消散，从而恢复PLC链路质量。随着PLC链路质量恢复，因此，与收发器102、104相关联的路由协议可以选择不将媒介从PLC链路106切换到RF链路108，并且具有高吞吐量的通信会话可以在PLC链路106上继续。

在时刻4，该噪声110可再次出现并且再次导致在PLC链路106上差的链路质量。然而，这次路由协议会选择在RF链路108上路由该通信会话，但是在路由协议能够在RF链路108上发起通信会话之前会有延迟。

在时刻5，通信会话可在RF链路108上发起通信会话。然而，RF链路108会显示中等链路质量和相对于PLC链路106吞吐量的低吞吐量。此外，如果处于通畅的话，路由层会在通信会话期间在RF链路108上继续该通信会话，在这种情况下会话会持续直到时刻13，而非随着链路条件改善而切换回PLC链路106。当执行其各种功能时，路由层会更新各种路由表并且因此消耗网络带宽。

图2根据本公开的实施例示出在第一电子通信装置202和第二电子通信装置204之间进行通信的系统200。第一装置202可以包括第一PLC收发器206、第一RF收发器208和第一控制模块218。第二装置可以包括第二PLC收发器210、第二RF收发器212和第二控制模块220。可以将第一PLC收发器206、第一RF收发器208和第一控制模块218实现为单一集成电路或者片上系统（SOC）。同样地，可以将第二PLC收发器210、第二RF收发器212和第二控制模块22实现为单一集成电路或者SOC。可替代地，控制模块218、220可以独立于收发器206、208、210、212而被单独实现。

这些装置202、204可以被称为混合装置。在实施例中，装置202、204可以是智能电表，其中第一PLC收发器206和第二PLC收发器210是窄带PLC收发器并且第一RF收发器208和第二RF收发器212是802.15.4RF收发器。可替代地，第一装置202可以是智能电表，并且第二装置204可以是监测器或数据收集装置，其促进从多个智能电表收集使用报告并且将其转发到配电公司的集中处理点。智能电表通常是指记录与电能消耗有关的信息的电表。智能电表通常包括实时或近实时传感器并且提供停电通知和电力质量监测。智能电表可以将信息提供给与电力供应商相关联的中心系统。智能电表也可以在高密度人口区域相互通信或者否则使用协作网络技术。装置202、204同样可以包括采用其他技术的收发器。在其他实施例中，装置202、204可能不是智能电表，而且作为代替，可以是其他装置。

第一PLC收发器206和第二PLC收发器210可以在PLC链路214上相互通信。PLC链路可以指电力线或提供AC电力和数据的通信的导线自身。同样地，第一RF收发器208和第二RF收发器212可以在RF链路116上相互通信。

控制模块218、220可以与其相应的收发器206、208、210、212进行通信。可以由与其相应的装置202、204相关联的单独处理器来执行控制模块218、220的每一个。控制模块218、220各自可以监测、接收、处理和分发来自其相应的收发器206、208、210、212和链路214、216的数据并且可以通过至少一个子模块来这样做。数据可涉及接收信号强度指示（RSSI）、噪声水平、媒介占有率、具有不同调制方案的包出错率统计以及哪些包具有有效的前导码但无效的有效载荷循环冗余校验（CRC）。该数据可以使得这些控制模块218、220能够作出局部决策，如媒介选择和速率控制。当这些装置202、204在下文中被描述为监测、接收、处理、分发或者执行类似的功能时，可以理解的是其通过各自的控制模块218、220来这样做。控制模块218、220中的每一个也会导致在其相应的收发器206、208、210、212和链路214、216之间的通信行为的变化，并且可以通过至少一个其他的子模块来这样做。当装置202、204在下文中被描述为在导致通信行为的变化或者执行类似的功能时，可以理解的是其通过各自的控制模块218、220来这样做。在某些情况下，控制模块218、220可以被称为控制逻辑。

装置202、204的每一个可以采用新的协议层、汇聚层，并且可以通过其相应的控制模块218、220来这样做。汇聚层可以在其相应的路由层和媒介访问控制（MAC）层之间工作并且因此提供新的协议层。在这个方面，汇聚层可以在信息到达其相应的路由层之前过滤信息。例如，该汇聚层可以监测传输故障和延迟。

系统200可以从第一装置202发起通信会话穿过PLC链路214到达第二装置204，但是优选地不穿过该RF链路116。在某些情况下，和RF链路216相比，PLC链路214可以支持更高的吞吐量和/或更高的通信速率。当收发器206、210相互通信时，PLC链路214可以被称为在全双工操作模式下操作。

通信会话可以包括从第一装置202到第二装置204的一连串的包传输以及从第二装置204到第一装置202的一连串确认。可替代地，通信会话可以包括从第二装置204到第一装置202的一连串包传输以及从第一装置202到第二装置204的一连串确认。电气或电磁噪声222会在系统200附近发生。如上所述，如果噪声222是来自例如洗衣机的家电的脉冲噪声，那么噪声222会影响PLC通信，但不影响RF通信。如果在来自第一装置202的阈值数量的包传输尝试之后第二装置204未以确认来回复，并且如果RF链路216是可用的，那么与第一装置202相关联的汇聚层可以选择采用RF链路216将查询发送到第二装置204从而确定其链路条件。汇聚层可以通过RF链路216将具有查询的未发送包在单次传输中传输到第二装置204。然后，第二装置204可以在RF链路216上以关于其正在观察的链路条件的信息响应。例如，第二装置204可以指示噪声222对于PLC链路214上的包传输来说太大。第二装置204可以从第二模块224观察和报告这些链路条件。如果汇聚层没有在RF链路216上从第二装置204获得所请求的信息，那么汇聚层会等待直到预定义的超时发生。在超时之后，汇聚层可以确定第二装置204是不可操作的或者RF链路216是无效的，然后向其路由层提供该信息以及失败的包本身。

否则，如果来自第二装置204的信息指示噪声222仅仅是暂时的并且RF链路216是可接受的媒介，那么汇聚层会中止在PLC链路214中的通信会话并且在RF链路216中发起通信会话。在RF链路216中的通信会话可以从PLC链路214继续该通信会话。为了将通信会话从PLC链路214转变到RF链路216，系统200可以采用握手处理。汇聚层可以对RF链路216的使用为通信会话设置时间限制。在时间限制到期后，汇聚层可以将任何包传输失败通知其路由层。如果RF链路216也退化，那么汇聚层可以立即将退化通知其路由层。

如果在PLC链路214中的通信质量提高，那么汇聚层可以选择中止在RF链路216中的通信会话并且在PLC链路214中重新发起该通信会话。系统200可以再次采用握手处理，这次将通信会话从RF链路216转变到PLC链路214。由于，例如PLC通信具有比RF通信高的吞吐量，所以系统200可能优选返回到PLC链路214通信。

虽然在上文中描述了从PLC链路214到RF链路216的切换，但是基于链路条件和其他因素，系统200会反而选择从RF链路216切换到PLC链路214。随后描述的实施例也会允许此类链路灵活性。除了当一个收发器正在经历暂时干扰时的动态媒介切换之外，当一个收发器正在经历突发流量负荷时，系统200可以采用PLC链路214和RF链路216两者。当在一个收发器处的包队列大小超过阈值时，系统200会在PLC链路214和RF链路216之间拆分流量。此外，与每个装置202、204相关联的汇聚层可以回答来自其他节点或装置的传入请求并且提供指示多个收发器属于其对应装置的信息。

最终，如上所述，第一模块222和第二模块224可以分别地观察并向第一装置202和第二装置204报告信息。该信息会有助于适当的媒介选择。在第一示例中，如果从第一装置202到第二装置204的包传输反复地失败，但是穿过使用中的媒介的噪声水平和媒介占有率是低的，那么更有可能的是第二装置204正在遇到问题，因此与第一装置202相关联的汇聚层会尝试获取与第二装置204处的情况有关的信息。在第二示例中，如果从第一装置202到第二装置204的包传输反复地失败，但是穿过使用中的媒介的噪声水平高于预定义的阈值，那么第二装置204会向第一装置202报告链路噪声。在第三示例中，如果第一装置202正在向第二装置204发送包，并且如果具有有效的前导码但是无效的有效载荷CRC的包的数量很大，那么第二装置204会报告调制方案可能太有攻击性了。第二装置204会基于具有不同调制方案的包错误率或基于低媒介占有率来发送类似的报告。在第四示例中，如果第一装置202正在将包发送给第二装置204，并且如果存在高媒介占有率和少量的检测到的前导码，那么第二装置204会暗示链路噪声或隐藏节点传输正在导致传输失败，并且第二装置204会暗示应该使用替代媒介。

图3根据本公开的实施例示出用于电子通信的方法300。一些动作会以不同于图3所示的顺序被执行，并且两个或更多个动作会被并行而非顺序地执行。在框302中，系统会提供能够在第一通信媒介上进行双向通信会话的第一收发器。该系统可以是系统200，能够进行双向通信会话的该第一收发器可以是第一PLC收发器206，并且第一通信媒介可以是PLC链路214。

在框304中，系统会提供能够在第二通信媒介上进行双向通信会话的第二收发器。第二收发器可以是第一RF收发器208，并且第二通信媒介可以是RF链路216。

在框306中，系统会提供耦合到第一收发器和第二收发器并且能够实现汇聚层的控制逻辑。控制逻辑可以是第一控制模块218。

在框308中，控制逻辑会从第一收发器接收第一信号。

在框310中，响应于第一信号，控制逻辑会导致由第一收发器在第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由第二收发器在第二通信媒介上接收和发送。

在框312中，控制逻辑会从第一收发器或第二收发器接收第二信号。

在框314中，响应于第二信号，控制逻辑会导致由第二收发器在第二通信媒介上接收和发送的数据反而由第一收发器在第一通信媒介上接收和发送。

本领域的技术人员将认识到可以对所描述的实施例进行修改，并且其他许多实施例在所要求保护的发明的范围内是可能的。

Claims (16)

1.一种电子通信装置，包括：

能够在第一通信媒介上进行双向通信会话的第一收发器；

能够在第二通信媒介上进行双向通信会话的第二收发器；以及

耦合到所述第一收发器和所述第二收发器并且能够实现汇聚层的控制逻辑，其中所述控制逻辑被配置为：

从所述第一收发器接收第一信号；以及

响应于所述第一信号，导致由所述第一收发器在所述第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制逻辑进一步被配置为从所述第一收发器或所述第二收发器接收第二信号；以及响应于所述第二信号，导致由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送的数据反而由所述第一收发器在所述第一通信媒介上接收和发送。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制逻辑被配置为通过所述汇聚层导致由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送的数据反而由所述第一收发器在所述第一通信媒介上接收和发送。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制逻辑被配置为通过所述汇聚层导致由所述第一收发器在所述第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述汇聚层被配置为对路由层隐蔽以下的至少一个：a)与所述第一信号有关的信息，以及b）与在所述第二通信媒介上正在被接收和发送的数据有关的信息。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一通信媒介和所述第二通信媒介中的每个是射频链路和电力线通信链路中不同的一个。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一通信媒介和所述第二通信媒介中的每个是射频链路和电力线通信链路中相同的一个。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制逻辑被配置为监测所述第一通信媒介的至少一个质量和所述第二通信媒介的至少一个质量。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第一通信媒介的所述至少一个质量和所述第二通信媒介的所述至少一个质量各自与下列至少其中之一相关：a)接收的信号强度指示，b）噪声水平，c）媒介占有率，d）具有不同调制方案的包出错率统计，以及e）哪些包具有有效的前导码但是有无效的有效载荷循环冗余校验即CRC。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述控制逻辑被配置为广播所述第一通信媒介的所述至少一个质量和所述第二通信媒介的所述至少一个质量。

11.一种用于电子通信的方法，包括：

提供能够在第一通信媒介上进行双向通信会话的第一收发器、能够在第二通信媒介上进行双向通信会话的第二收发器和耦合到所述第一收发器和所述第二收发器并且能够实现汇聚层的控制逻辑；

通过所述控制逻辑从所述第一收发器接收第一信号；以及

响应于所述第一信号，通过所述控制逻辑导致由所述第一收发器在所述第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

通过所述控制逻辑从所述第一收发器或所述第二收发器接收第二信号；以及

响应于所述第二信号，通过所述控制逻辑，导致由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送的数据反而由所述第一收发器在所述第一通信媒介上接收和发送。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述控制逻辑被配置成为通过所述汇聚层导致由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送的数据反而由所述第一收发器在所述第一通信媒介上接收和发送。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制逻辑被配置为通过所述汇聚层导致由所述第一收发器在所述第一通信媒介上作为通信会话的一部分接收和发送的数据反而由所述第二收发器在所述第二通信媒介上接收和发送。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一通信媒介和所述第二通信媒介中的每一个是射频链路或电力线通信链路。

16.根据权利要求11所述的方法，其中在单个装置中接入所述第一通信媒介和所述第二通信媒介。

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