CN104798313B - 用于在plc网络中中继消息的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在PLC网络中中继消息的方法，该PLC网络包括中继节点和附接于所述中继节点的至少两个端节点，该方法包括在所述中继节点处：从至少两个端节点中接收相应的第一探测消息；处理所述相应的第一探测消息以生成相应的第一反馈消息；向所述至少两个端节点广播所述相应的第一反馈消息；其中所述第一探测消息被形成为正交信号并且在第一时隙中基本上同时被接收，并且其中所述第一反馈消息被形成为正交信号并且在第二时隙中基本上同时被广播。

Description

用于在PLC网络中中继消息的方法和装置

技术领域

本发明涉及家庭联网的领域，特别地涉及在电力线通信(PLC)网络中使用的反馈协议。

背景技术

在家庭网络(home network)中，尤其是在电力线通信(PLC)网络中，诸如根据HomeGrid标准、HomePlug标准的那些网络，或者由ITU-T研发的建议的G.hn族(参见ITU-T建议G.9961)，已知的是借助转发器或中继来扩展网络分段之间的通信的范围。这样的中继典型地放大和重复所接收的信号。

这个架构已经限制了可收缩性，并且不允许跨分段或域的真正的双向交互。这个问题在多点对多点反馈协议的环境中是特别地有害的，其中交互的总数量规模为所涉及的节点数量的平方。

此外，当端点的处理能力受到技术约束(例如电池寿命)的限制或者自愿地(例如，对自愿的节能标准的服从)受限制时，经由中继的高比特率通信可能变得不可能。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种至少部分地克服这些缺陷的方法和装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在PLC网络中中继消息的方法，该PLC网络包括中继节点和附接于该中继节点的至少两个端节点，该方法包括在中继节点处：从至少两个端节点接收相应的第一探测消息；处理相应的第一探测消息，以生成相应的第一反馈消息；向至少两个端节点广播相应的第一反馈消息；其中第一探测消息被形成为正交信号并且在第一时隙中基本上同时被接收，并且其中第一反馈消息被形成为正交信号并且在第二时隙中基本上同时被广播。

本发明通过将处理任务从端节点移动朝向中继并且优化端节点与中继之间的消息传递，而具有使得基于中继的PLC通信、尤其是属于这样的通信的反馈协议更有效的优势。因此，端节点可以变得更节能，允许这些端节点维持更高的数据速率和/或更长的电池寿命。

在一个实施例中，根据本发明的方法进一步包括在中继节点处：在第三时隙中向至少两个端节点广播第二探测消息；以及从至少两个端节点接收相应的第二反馈消息；其中第二反馈消息被形成为正交信号并且在第四时隙中基本上同时被广播。

在本发明的这个变形中，消息传递的优化被应用至两个方向中的探测/反馈协议。

在根据本发明的方法的一个实施例中，探测消息是导频消息，并且反馈消息包括比特加载表。

本发明对这种类型的消息特别地有用，因为它是现代PLC传输标准的基本部分，并且这个过程传统上在链路建立期间占用了大量时间。

在根据本发明的方法的一个实施例中，第一探测消息通过应用相对的相位/频率偏移而被形成为正交信号。

在根据本发明的方法的一个实施例中，第一反馈消息通过应用相对的相位/频率偏移而被形成为正交信号。

这些实施例利用特别地有效的方法来在相同的时隙期间将以不同方向行进的消息复用到相同的介质上。

在根据本发明的方法的另一个实施例中，第一反馈消息通过应用相应的扩频码(spreading code)而被形成为正交信号。

在具体的实施例中，扩频码中的各个扩频码被指派至两个端节点的集合。

这些实施例允许本发明的优势扩展至具有多于两个的端节点附接于中继的情况。针对能够从总集合中选择出的端节点的每个配对，该方法基本上被独立地应用。可以通过码分复用来确保涉及不同配对的相应传输的独立性，使得所使用的时隙的总数量不增加。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括代码装置，该代码装置被配置为使得处理器执行上述方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种中继装置，该中继装置包括用于与PLC网络交换消息的接口以及可操作地连接至该接口的处理器，其中该处理器被配置为执行上述方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种适合于在上述的方法中使用的一种PLC端节点。

根据本发明的计算机程序产品、中继和PLC端节点的技术效果和优势对应于(细节上作必要的修改)根据本发明的方法的相应实施例的那些技术效果和优势。

附图说明

现在仅通过示例并且参照附图来对根据本发明的实施例的装置和/或方法的一些实施例进行描述，其中：

图1图示了针对在PLC发射器中自适应比特分配的常规情景；

图2表示了反馈协议、诸如在图1的情景中所使用的反馈协议所需要的信令信道；

图3表示了在常规多节点通信中反馈协议所需要的信令信道；

图4表示了在本发明的一个实施例中的常规多节点通信中反馈协议所需要的信令信道；

图5示意性图示了根据本发明的一个实施例的具有在中继节点处执行的处理的比特分配过程；以及

图6提供了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

本文所描述的PLC通信系统被假设在离散的时隙中进行通信，如在相关的标准中详细说明的。贯穿本申请，消息的“基本上同时”传输将被理解为在相同的时隙期间指定这些消息的传输。

许多类型的通信系统都依赖于来自远程对等方的反馈信息来建立通信的参数。这个信息可以包括资源分配信息(比特加载)、信道状态信息、编码策略、调制等级等。所有这些信息必须被提供至发射器，以实现有效的双向通信。用于此目的的反馈协议必须足够地有效和强健。在这种情况中，有效要被理解为用最少可能的传输来获得，以便最小化链路设置延迟。伴随多节点(中继辅助的)通信、尤其是多点对多点的通信产生了特定的问题。

在家庭网络中，可用网络资源(例如，频谱)受到所选择的内部介质的特征和网络的结构的限制。在电力线通信的情况下，该介质可以被看作是广播信道，其中所有设备共享相同的可用网络资源。因此，资源必须跨越所有的电力线通信(PLC)设备被最佳地和有效地分配。

在(具有中继的)多跳环境中，资源分配必须考虑到在中继与信源/目的地终端之间多信道分段，这在一些信道具有低的平均功率时可以显著地降低可达到的性能。

在图1中图示了针对自适应比特分配的常规情景，而所需要的信令信道在图2中被表示。注意到，在图2和图3中未图示确认信号，以便保持这些附图的简洁。

常规的点对点反馈协议、诸如由如下的比特分配算法(这些比特分配算法判断针对每个依赖于所估计的信噪比(SNR)或者所估计的噪声和信道频率响应的子载波的调制等级)使用的那些反馈协议可以由参照图1的以下总结来例举：

1.设备B向设备A发送用于信道估计的请求。

2.设备A向设备B传输用于信道估计的导频信号。

3.设备B估计噪声和信道增益、并且然后计算针对每个子载波

/频率的SNR值。所估计的SNR被用于基于预定义阈值来计算

针对每个子载波的比特加载。比特加载信息被发送至设备A。

4.设备A确认该信息的正确接收，并且两个设备均使用所计算

的比特加载信息。

5.从设备B到设备A完成相同的处理，以便获得双向通信信道。

在多节点通信中，常规的反馈协议单独地被应用于所有信道链路中的各个链路。这将引入相当大的反馈问题，并且产生较高的延迟。这种情景所需要的信令信道被表示在图3中。

本发明的优势在于，通过在中继点处双向地执行数据中继来更有效地使用网络资源。

本发明是基于如下的洞察(除了其他之外)：即不同信号的同时传输不会必然地模糊消息的内容，因为发射器可以使用它自身的对所传输的消息的副本作为滤波器，用以从组合的传输中提取对等点的消息。

在本申请提交时未被公开的、本申请人的欧洲专利申请No.113055867描述了用于在家庭网络的分段之间提供双向通信的方法和装置。所描述的用于在家庭网络的分段之间提供双向通信的方法(其可以通过在中继处实施域间的桥接器的功能而被应用于本发明)包括：在第一时间间隔期间在域间的桥接器的第一接口处接收第一通信信号；在所述第一时间间隔期间在所述域间的桥接器的第二接口处接收第二通信信号；生成所述第一通信信号和所述第二通信信号的叠加信号；以及在第二时间间隔期间通过所述第一接口和所述第二接口传输所述叠加信号，所述第二时间间隔在所述第一时间间隔之后发生。

本发明还可以基于发明人的如下洞察：即在基于中继的PLC通信过程中的端节点可以通过在中继中集中资源密集型过程而得以缓解。这具有如下的效果：在端节点处保留更多处理功率和/或电池寿命用于用户数据的交换。

本发明的实施例基于发明人的如下进一步洞察：即在跨越给定中继的多点对多点通信中发生的交换可以根据每次交换中涉及的节点配对来进行分组，而不管每个配对的哪一个成员是发射器和哪一个成员是接收器。在具有连接到转发器的N个节点的网络中，可以标识出N(N-1)/2个这样的配对(相对于当在相同的两个节点之间的不同的方向上传递的消息有所区分时需要的N(N-1)个配对)。在中继处，这些N(N-1)/2个会话可以通过任何已知的方法(例如，频分复用或码分复用)在介质上被复用，而不考虑相应消息的方向，因为在每个会话内，端点具有它们发送到它们的对等点的消息的全部知识，并且因此能够从表示所讨论的会话的叠加信号中提取到来的消息。

现在将参照图4和图5来描述本发明的一个实施例。在不失一般性的情况下，本发明将在比特加载算法的环境中进行描述。本领域的技术人员将理解的是，相同的考虑适用于其它反馈协议。

考虑了PLC系统，其中两个设备A和B在家庭网络环境中通过中继R进行通信。在本申请提交时未被公开的、本申请人的欧洲专利申请No.113061766描述了用于评估多域网络中的通信信道的质量的方法和装置。该方法可以用于获得电力线信道内所需要的信道和噪声估计，并且出于公开本发明这一方面的目的，所引用的申请的内容通过这个引用而被明确地并入本文。

现在更详细地描述各个阶段。

【阶段1】

在第一阶段中，设备A和B在相同的预留时隙(针对这个时间预留协议可以被使用)中分别向中继发送它们的导频信号PA和PB。来自两个设备的导频信号PA和PB以这样的方被设计以避免在第一阶段期间在中继处的干扰，因为这两个设备同时访问信道。可以通过将这些导频中的一个导频(例如，PB)相较于PA进行相位/频率偏移来涉及这些导频信号，并且因此，它们的时域估计将不会重叠。利用适当的滤波，这两组信道信息在时域中可以是分离的并且被用于进一步信号处理(即，导频B被选择为与导频A正交)。本领域的技术人员将理解的是，其它使用的PLC信道估计方法也可以被使用。

基于所估计的信道和子载波的对应噪声估计可以针对每个子载波计算SNR。基于所计算的SNR构建比特加载表，使得更高的SNR区域携带更多数量的比特。出于清楚性的目的，所图示的示例表示了一种简单的方法，其中所估计的SNR A和SNR B通过水平虚线被划分为区域，并且针对每个区域，根据平均功率水平来分配一定数量的比特。更复杂的算法也可以与这个协议一起使用。

中继首先形成与两个比特加载表AR和BR对应的由两个正交集合组成的信号。这可以以与多用户无线下行链路相同的方式来完成，其中用户通过它们的对应正交码、或者通过如在阶段1所示出的频率偏移进行分离。具有注册的节点的码表是已知的，并且由网络中的所有设备进行交换。

【阶段2】

中继利用强健的调制方案来编码所组合的信号并且通过介质来广播该信号，其中所有节点都在监听。在这些节点中的每个节点处处理复合信号，以便提取和解码来自其它端的节点的比特分配表。

【阶段3】

在这个阶段，中继将它的导频信号广播到介质中。导频信号由连接到网络的所有节点接收，并且对应的具有噪声的信道被估计。对于这种情况中的信道和噪声估计，简单的逆调制就足够。这直接根据接收信号来完成，因为没有来自其它节点的干扰(所有节点都在监听R广播)。现在执行与在阶段1的最后一段中相同的过程。

【阶段4】

在这个阶段，执行与在阶段1中相同的过程，但是来自A和B的传输信号分别地以比特加载表RA和RB进行编码。差别在于，在其中一个节点处所编码的信号及时被处理，以避免在R处的信号频谱重叠。完成中继处的处理以对与比特加载表RA和RB对应的信号进行“去噪声”和分离。需要接收信号的去噪声以减少归因于来自RA和RB链路的噪声的不确定性。否则，在反馈信道中可能发生较大的误差。在此之后，如在阶段2中完成的(即，利用编码或者正交地)，新复合信号被生成并且通过介质被广播。

【阶段5】

最后，节点A和B分别接收复合信号并且提取比特加载表RB和RA。在这个阶段中的过程与阶段2中的过程相似。

在图6中，通过流程图的步骤610-630来进一步解释说明本发明，步骤610-630被理解为在中继节点处被执行。出于简洁的原因，但又不失一般性，假设了两个端节点。在表示第一时隙的第一步骤610中，中继节点从两个端节点中基本上同时地接收到相应的第一探测消息。被设计以逃避干扰的这些第一探测消息被处理620以便生成相应的第一反馈消息。在表示第二时隙的第三步骤630中，相应的第一反馈消息基本上同时被广播(使用正交信号)到至少两个端节点。

在可选的进一步步骤640-660中，关于反向信道来重复该过程。在第三时隙中，向端节点广播640第二探测消息。端节点生成它们的反馈(未被示出)，并且在第四时隙中，来自端节点的相应的第二反馈消息基本上同时地在中继处被接收650。第二反馈消息被再次形成为正交信号。这允许中继解复用660这些消息并且获取它们中包含的信息。

所图示的流程图可以应用于以上所描述的比特加载算法以及其它反馈协议。

虽然在上文中的方法和装置已经被描述为单独的实施例，但是这仅是出于清楚性的目的，并且应该注意的是，仅结合方法实施例描述的特征可以被应用于根据本发明的装置中以获得相同技术效果和优势，反之亦然。

在附图中示出的各种单元、包括被标记为“处理器”的各个功能块的功能可以通过专用硬件以及能够结合适当软件而执行软件的硬件的使用来提供。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器来提供、由单个共享处理器来提供、或者由多个单独处理器来提供，这些单独处理器中的一些处理器可以是共享的。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用并不应当被理解为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)和非易失性存储。还可以包括常规和/或定制的其它硬件。类似地，在附图中示出的任何开关仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作来执行、通过专用逻辑来执行、通过程序控制和专用逻辑的交互来执行，或者甚至手动地执行，如依据上下文更具体理解的，特定的技术可以由实施者选择。

本领域的技术人员将容易地意识到，以上所描述的各种方法的步骤可以由经编程的计算机来执行。在本文中，一些实施例也旨在涵盖程序存储设备(例如，数字数据存储介质)，这些程序存储设备是机器或计算机可读的，并且编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中所述指令执行以上描述的所述方法的一些或所有步骤。程序存储设备可以是例如数字存储器、磁存储介质(诸如磁盘和磁带)、硬盘、或光学可读数字数据存储介质。实施例还旨在于涵盖被编程为执行以上所描述的方法的所述步骤的计算机。

Claims (10)

1.一种用于在PLC网络中中继消息的方法，所述PLC网络包括中继节点和附接于所述中继节点的至少两个端节点，所述方法包括在所述中继节点处：

从所述至少两个端节点接收相应的第一探测消息；

处理所述相应的第一探测消息，以生成相应的第一反馈消息；

向所述至少两个端节点广播所述相应的第一反馈消息；

其中所述第一探测消息被形成为正交信号并且在第一时隙中基本上同时被接收，并且其中所述第一反馈消息被形成为正交信号并且在第二时隙中基本上同时被广播，其中基本上同时意味着所述第一探测消息/所述第一反馈消息在相同的时隙期间被传输。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述中继节点处：

在第三时隙中向所述至少两个端节点广播第二探测消息；以及

从所述至少两个端节点接收相应的第二反馈消息；

其中所述第二反馈消息被形成为正交信号并且在第四时隙中基本上同时被广播。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述探测消息是导频消息，其中所述反馈消息包括比特加载表。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第一探测消息通过应用相对的相位/频率偏移而被形成为正交信号。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第一反馈消息通过应用相对的相位/频率偏移而被形成正交信号。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第一反馈消息通过应用相应的扩频码而被形成为正交信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述扩频码中的各个扩频码被指派至两个端节点的集合。

8.一种用于中继消息的装置，所述装置包括用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的部件。

9.一种中继装置，包括用于与PLC网络交换消息的接口以及可操作地连接至所述接口的处理器，其中所述处理器被配置为执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法。

10.一种PLC端节点，被适配为在根据权利要求1至7中的任一项所述的方法中使用，其中所述PLC端节点被配置用于：

从所述至少两个端节点接收相应的第一探测消息；其中所述第一探测消息被形成为正交信号并且在第一时隙中基本上同时被接收；

处理所述相应的第一探测消息，以生成相应的第一反馈消息；

向所述至少两个端节点广播所述相应的第一反馈消息；其中所述第一反馈消息被形成为正交信号并且在第二时隙中基本上同时被广播；

其中基本上同时意味着所述第一探测消息/所述第一反馈消息在相同的时隙期间被传输。