CN105393463A - 与第二通信网络共存的第一通信网络中的信标传输 - Google Patents

与第二通信网络共存的第一通信网络中的信标传输 Download PDF

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CN105393463A CN201480039469.4A CN201480039469A CN105393463A CN 105393463 A CN105393463 A CN 105393463A CN 201480039469 A CN201480039469 A CN 201480039469A CN 105393463 A CN105393463 A CN 105393463A
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Abstract

第一通信网络的主设备适于以原则上规律的间隔传输用于同步第一通信网络中的电力线通信的信标。为了确定何时传输信标，所述主设备执行以下步骤：监听(S502)通信信道以检测在第二通信网络中传输的任何信标；当检测到信标时，确定(S505；S508)由第二通信网络的主设备传输的信标的传输时刻；以及确定(S509)第一通信网络的主设备将来传输信标的时刻，使得原则上在第二通信网络信标的主设备在将来传输信标的同一时刻所述第一通信网络的主设备也进行信标的传输。

Description

与第二通信网络共存的第一通信网络中的信标传输
技术领域
本发明涉及通过限定在供电网络上部的第一通信网络的主设备的信标传输，其中第一通信网络潜在地与第二通信网络共享通信信道。
背景技术
供电网络通常用于实施电力线通信。在本文中，通信网络被限定在供电网络的上部上。可例如引用PRIME(PowerlineIntelligentMeteringEvolution，电力线智能计量演化)规格，其中PRIME规格使得在供电网络上部上限定分层通信网络成为可能，从而例如远程采集由智能电量计得到的测量数据。
随即造成了基于用于同步这些通信网络的设备信标的规律传输的通信网络的共存的问题。通过串扰现象，一个通信网络中传输的信标可传播到另一个通信网络中，然后造成了传输冲突和/或退同步现象。诚然，因为规定信标应以原则上(即，先验地)规律的间隔传输，所以生成信标的主设备在传输信标之前不检查通信信道是否可用。这产生了共存的问题，尤其是当多个变压器位于相同的变电站并且通信网络的主设备安装在每个变压器上时。当这样的变压器位于不同的变电站但供电网络很密集时(诸如在城市区域中的情况下)也可能出现这种问题。
发明内容
期望克服现有技术中的这些种种弊端。
尤其希望提供如下解决方案，该解决方案使得当在所述通信网络之间可能出现串扰现象时能够使限定在供电网络的上部上并且基于原则上周期性传输信标的通信网络共存，其中该信标用于同步所述通信网络的设备。
提供可容易地实施在PRIME规格的环境下的解决方案也是期望的。
提供能够简单地以低成本实施的解决方案是尤其是期望的。
本发明涉及用于通过限定在供电网络的上部上的第一通信网络的主设备传输信标的方法，第一通信网络潜在地与第二通信网络共享通信信道，第一通信网络的主设备适于以原则上规律的间隔传输用于同步第一通信网络中的电力线通信的信标，其特征在于，第一通信网络的主设备执行以下步骤：监听通信信道以检测在第二通信网络中传输的任何信标；当检测到信标时，确定由第二通信网络的主设备传输的信标的传输时刻；以及确定第一通信网络的主设备的信标的将来传输的时刻，使得信标的所述将来传输原则上与第二通信网络的主设备的信标的将来传输同时出现。因此从第一通信网络的设备的观点来看，由第一通信网络的主设备传输的信标掩盖了由第二通信网络的主设备传输的信标，反之亦然。由此显著降低了冲突和/或退同步的风险并且保证了第一通信网络与第二通信网络的共存。
根据特定的实施方式，当所检测到的信标已由第二通信网络的主设备发送时，第一通信网络的主设备执行以下步骤：确定所检测到的信标被接收的时刻；以及考虑所确定的所检测到的信标被接收的时刻和关于信标传输的原则上的周期性的信息，从而确定第一通信网络的所述主设备的信标的将来传输的所述时刻。
根据特定的实施方式，当所检测到的信标已由第二通信网络的除主设备之外的设备发送时，第一通信网络的主设备执行以下步骤：确定所检测到的信标被接收的时刻；确定所检测到的信标在一组信标中的等级，其中这组信标包括原则上由第二通信网络的主设备发送的信标；以及通过所确定的等级和关于分配给每个信标传输的时隙的时长的信息来确定第二通信网络的主设备原则上传输信标的时刻或将原则上传输信标的时刻。
根据特定的实施方式，在已启动第一通信网络的主设备的信标的所述将来传输之后，第一通信网络的主设备执行以下步骤：推迟信标的所述将来传输；监听通信信道以检测在第二通信网络中传输的至少一个信标；根据在第二通信网络中传输的信标被检测到的时刻确定第二通信网络的主设备原则上传输信标的时刻或将原则上传输信标的时刻；确定在所确定的第二通信网络的主设备原则上传输信标的时刻或将原则上传输信标的时刻与第一通信网络的主设备的信标的将来传输的所述时刻中的一个之间的时差；对第一通信网络的主设备的信标的将来传输的所述时刻执行时域调整以补偿时差；以及在考虑时域调整的同时恢复信标传输。
根据特定的实施方式，电力线通信根据PRIME规格建立。
本发明也涉及限定在供电网络的顶部上的第一通信网络的主设备，其中第一通信网络潜在地与第二通信网络共享通信信道，第一通信网络的主设备适于以原则上规律的间隔传输用于同步第一通信网络中的电力线通信的信标。第一通信网络的主设备包括：用于监听通信信道以检测在第二通信网络中传输的任何信标的装置；当信标被检测到时实施的、用于确定由第二通信网络的主设备传输的信标的传输时刻的装置；以及用于确定第一通信网络的主设备的信标的将来传输的时刻，以使得信标的所述将来传输原则上与第二通信网络的主设备的信标的将来传输同时出现的装置。
本发明也涉及计算机程序，该计算机程序可存储在介质上和/或从通信网络下载，从而被处理器读取。该计算机程序包括当所述程序由处理器执行时实施上述方法的指令。本发明也涉及包括这种计算机程序的存储装置。
附图说明
通过阅读对示例性实施方式的以下描述，上述发明的特征以及其它特征将变得更加显而易见，其中所述描述参照附图给出，附图中：
图1示意性地示出了可供本发明实施于其中的电力系统；
图2示意性地示出了电力系统的设备(诸如，数据集中器)的硬件架构的全部或部分的示例；
图3A示意性地示出了两个分层通信网络的第一示例；
图3B示意性地示出了两个分层通信网络的第二示例；
图4示意性地示出了在分层通信网络中传输的信标的格式；
图5示意性地示出了在分层通信网络中传输信标的算法；
图6示意性地示出了在分层通信网络中传输信标的环境下的再同步算法。
具体实施方式
以下在限定在供电网络上部的分层通信网络的环境下详细描述本发明。然而本发明也应用于限定在供电网络上部上的非分层通信网络的环境下，其中相应的主设备传输信标以使其它设备能够在电源线通信的范围中同步。
图1示意性地示出了可供本发明实施于其中的电力系统。
图1的电力系统包括由多根电线(wire)组成的供电网络100，其中一根电线为中性线并且至少一根电线用于至少一个相位。在图1描绘的示例性实施方式中，供电网络100是三相系统且因此由四根电线组成：中性线104、第一相位线101、第二相位线102和第三相位线103。因此两个相位之间的相位差是120度，而在两相系统的情况下相位差将是180度，这是因为在多相电力网络中相位一般位于等角距离。
图1的电力系统还包括电量计120，其意为用于测量由电量计120负责监测的电气设施所消耗的电能的数量的设备。电量计120通过相应的链路122和121连接到供电网络100的相位线中的一根和中性线。电量计120在这种情况下是单相电量计。图1的电力系统可基于多相电量计的实现。
因此多个电量计连接到供电网络100，其中一些连接到一个相位而其它的连接到另一个相位。
图1的电力系统还包括数据集中器110，其中数据集中器110负责采集由连接到供电网络100的电量计得到的测量数据。数据集中器110通过相应的链路112和111连接到供电网络100的相位线中的一根和中性线。由图1中的示例可见，数据集中器110和电量计120经由不同的相位连接到供电网络100。数据集中器110和电量计120可经由相同的相位或者甚至于经由多个相位连接到供电网络100。
图2示意性地示出了电量计120和/或数据集中器110的至少一部分的硬件架构的示例。
让我们在数据集中器110的环境下考虑图2。则数据集中器110包括通过通信总线220连接的：处理器或CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)210；RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)211；ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)212；存储单元或存储介质读取器，如SD(SecureDigital，安全数字)读卡器213；用于将数据集中器110连接到供电网络100的一组连接接口214。
处理器210能够执行从ROM212、外部储存器(未示出)、存储介质(如SD卡)或通信网络载入到RAM211中的指令。当数据集中器110上电时，处理器210能够从RAM211读取指令并将其执行。这些指令形成这样的计算机程序，该计算机程序导致下述算法和步骤中的全部或一些通过处理器210实施。
下述算法和步骤中的全部或一些可通过由诸如DSP(DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)的可编程器件或微控制器执行一组指令从而以软件的形式实施，或者通过诸如FPGA(Field-ProgrammableGateArray，场可编程门阵列)或ASIC(Application-SpecificIntegratedCircuit，专用集成电路)的器件或专用部件以硬件的形式实施。
电量计120可根据相同的硬件架构实施。
分层通信网络限定在供电网络100的上部上以使数据集中器110和电量计通过电力线传输交换数据。数据集中器110则典型地是分层通信网络的根部，其有时也称作基础节点。一般而言，数据集中器110是分层通信网络的主机，意为数据集中器110以原则上(即，先验地)规律的间隔传输信标以给出时间基准从而使分层通信网络中的其它设备能够同步。这些信标的目的是在MAC(MediumAccessControl，媒介访问控制)层面循环帧结构信息。由分层通信网络的主机发送的每个信标都在帧结构内具有预定的位置。因此信标由分层通信网络的主机以原则上固定的时间间隔传输并用作在MAC层的层面下的同步机制。
为了传输信标和执行各种处理操作，分层通信网络的主机具有内部时钟。该内部时钟可通过外部的时间基准或频率基准与另一个分层通信网络的另一个主机的内部时钟同步。该内部时钟也可关于另一个分层通信网络的另一个主机的内部时钟偏移。
因此通信网络的层级限定节点的彼此附接。当第一节点使用所述第二节点作为通信网络中的同步基准并使用所述第二节点作为与数据集中器110交换数据的中继器时，一般称为第一节点附接于第二节点。该中继功能由电量计提供，其中电量计有时称作开关节点。中继功能使得一个电量计能够与另一个电量计或数据集中器110通信，即使将其连接的物理链路(可能通过串扰)的特性不允许其直接地通信(即便这两个实体物理地连接至相同的相位)。
图3A示意性地示出了具有相同类型的两个分层通信网络的第一示例。第一分层通信网络包括数据集中器110’和至少一个电量计120’。图3A中描绘的电量计120’直接附接至数据集中器110’。第二分层通信网络包括数据集中器110和至少电量计120。图3A中，电量计120示作为直接附接至数据集中器110。
图3B示意性地示出了具有相同类型的两个分层通信网络的第二示例。第一分层通信网络包括数据集中器110’和至少两个电量计120’和120”。图3B中描绘的电量计120’直接附接至数据集中器110’。图3B中描绘的电量计120”附接至电量计120’，而电量计120’则用作在电量计120”与数据集中器110’之间的中继器。然后电量计120’起到开关节点的作用。第二分层通信网络包括数据集中器110和至少电量计120。图3B中，电量计120示作为直接附接至数据集中器110。
在图3A和图3B中，实线代表在节点的相应的分层通信网络中的节点的附接。虚线代表串扰路径，该串扰路径可意指在第一分层通信网络与第二分层通信网络之间的传输冲突。因此串扰路径存在于图3A中的数据集中器110’与数据集中器110之间，并且串扰路径存在于图3B中的开关节点120’与数据集中器110之间。由于这种串扰现象，所以第一分层通信网络和第二分层通信网络共享相同的通信信道。数据集中器110和电量计120则处于通过串扰现象接收由数据集中器110’和/或电量计120’传输的信标的位置，这导致了传输冲突。
PRIME规格被优选地用于使得在分层通信网络中建立通信成为可能。然而如在以下参照图5和图6所描述的，根据本发明的机制用于处理在两个分层通信网络之间的(传输)冲突。诚然，由于信标必须以原则上规律的间隔传输，所以在信标传输之前不进行对通信信道的可用性的检查。将注意到，在PRIME规格的环境下，除信标以外的通信根据CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，防冲突载波感测多路访问)规格进行，该规格防止了在这种通信之间的冲突，即使在共存的、不同的通信网络内。
图5示意性地示出了适于处理在两个分层通信网络之间的(传输)冲突的信标传输算法。
步骤S501中，启动第一分层通信网络的主机，例如，数据集中器110。
在之后的步骤S502中，第一分层通信网络的主机监听通信信道以检测任何信标传输。
在之后的步骤S503中，第一分层通信网络的主机检查在预定时间周期内是否接收到第二通信网络的至少一个信标。如果已检测到这种信标，则执行步骤S505；否则执行步骤S504。
在步骤S504中，第一分层通信网络的主机认为不存在与另一个分层通信网络的冲突。然后第一网络的主机以规律的间隔传输信标以使得电量计120以及第一分层通信网络中的任何其它电量计能够同步。然后算法结束。
在步骤S505中，第一分层通信网络的主机认为存在与另一个分层通信网络的冲突。然后第一分层通信网络的主机确定检测到的信标的传输时刻。例如，第一分层通信网络的主机根据内部时间基准或外部时间基准记录第一分层通信网络的主机何时接收到信标，并且在步骤S505中检索该数值。
在之后的步骤S506中，第一分层通信网络的主机确定原则上在第二通信网络中周期性传输的一组信标中的检测到的信标的发送等级。
以PRIME规格为例，检测到的信标包括这种等级信息。图4中呈现了根据PRIME规格的信标格式。字段BCN.CNT指示每帧保留的用于传输信标的时隙的数目。这些时隙具有典型地彼此相等的固定时长。帧的序列中的第一时隙留作通过基础节点(意为分层通信网络的主机)传输信标。字段BCN.SLT指示用于传输信标的时隙的指针。如果例如指定了充当开关节点的电量计120’，则为了在帧的序列中的第二时隙通过充当基础节点的数据集中器110’传输信标，该字段包括针对由电量计120’传输的每个信标的数值“1”。
在之后的步骤S507中，第一分层通信网络的主机确定检测到的信标是否是由第二分层通信网络的主机发送的。在基于PRIME规格的先前示例中，第一分层通信网络的主机确定检测到的信标的字段BCN.SLT的数值是否是“0”。如果信标是由第二分层通信网络的主机发送的，则执行步骤S509；否则执行步骤S508。
应注意，当通信网络不是分层的时(意为只允许主机传输信标)，则本算法直接从步骤S505转到步骤S509。
在步骤S508中，第一分层通信网络的主机根据检测到的信标的等级和用于信标传输的每个时隙的时长确定原则上由第二分层通信网络的主机发送的信标的传输时刻。例如，第一分层通信网络的主机确定在与检测到的信标相同的帧中的、由第二分层通信网络的主机发送的信标的传输时刻。在一个变型中，第一分层通信网络的主机可确定第二分层通信网络的主机将原则上随后发送的信标的传输时刻。然后执行步骤S509。
在步骤S509中，第一分层通信网络的主机确定第一分层通信网络的主机用于将来传输用于同步第一分层通信网络的节点的信标的时刻。
换言之，第一分层通信网络的主机确定第一分层通信网络各自开始帧的将来时刻。第一分层通信网络的主机确定这些时刻，以在第二分层通信网络的主机将原则上发送第二分层通信网络的主机自身的信标的同时发送第一分层通信网络的主机的信标，信标传输的原则上的周期性是预定的。因此，从第一分层通信网络的节点的观点来看，由第一分层通信网络的主机发送的信标掩盖了由第二分层通信网络的主机发送的信标；反之亦然，从第二分层通信网络的节点的观点来看，由第二分层通信网络的主机发送的信标掩盖了由第一分层通信网络的主机发送的信标。因此防止了在两个分层通信网络之间的冲突。
在之后的步骤S510中，第一分层通信网络的主机在通过步骤S509确定的相应时刻传输信标。
在之后可选的步骤S511中，第一分层通信网络的主机启动计时器T，其中计时器T的时长根据第一分层通信网络的主机时钟关于第二分层通信网络的主机时钟的偏移而预定。以下参照图6详细描述处理这种偏移的算法。
图6示意性地示出了在图5的信标传输的环境下的再同步算法。
在步骤S601中，第一分层通信网络的主机检测到计时器T已逾期。
在之后的步骤S602中，第一分层通信网络的主机暂置在步骤S510启动的信标传输。这意味着，一个或多个帧可在第一分层通信网络中经过而无需第一分层通信网络的主机传输信标。
PRIME规格限定了在从分层通信网络分离之前电量计可忽略的连续错误或丢失信标的数目Nmiss-beacon。换言之，只要信标传输的推迟持续不超过等于连续帧的Nmiss-beacon的数目，则电量计120不从第一分层通信网络分离。
在之后的步骤S603中，第一分层通信网络的主机监听通信信道以检测在第二分层通信网络中进行的至少一个信标传输。
在之后的步骤S604中，第一分层通信网络的主机确定由第二分层通信网络的主机发送的信标的传输时刻。如已参照图5说明的，第一分层通信网络的主机可检测由第二通信网络的主机发送的信标或由充当开关节点的电量计发送的信标。在一种变型中，第一分层通信网络的主机可确定第二分层通信网络的主机将原则上随后发送的信标的传输时刻。
在之后的步骤S605中，第一分层通信网络的主机根据在步骤S604确定的时刻与在步骤509确定的相应时刻之间的差值对在步骤S509确定的时刻执行时域调整。因此，如果第一分层通信网络的主机检测到在其将传输信标的时刻与第二分层通信网络的主机传输第二分层通信网络的主机的信标的时刻之间存在时差，则第一分层通信网络的主机对该时差施加补偿以用于将来在第一分层通信网络中传输信标。
在之后的步骤S606中，第一分层通信网络的主机通过补偿在步骤S605确定的时差来恢复信标传输。
在之后的步骤S607中，第一分层通信网络的主机重新初始化计时器T以允许图6的算法的新的后续执行。

Claims (8)

1.用于通过第一通信网络的主设备(110)传输信标的方法，所述第一通信网络位于供电网络(100)上层，并潜在地与第二通信网络共享通信信道，所述第一通信网络的主设备适于以在原则上规律的间隔传输用于同步所述第一通信网络中的电力线通信的信标，其特征在于，所述第一通信网络的主设备执行以下步骤：
监听(S502)所述通信信道以检测在所述第二通信网络中传输的任何信标；
当检测到信标时，确定(S505；S508)所述第二通信网络的主设备(110’)传输的信标的传输时刻；以及
确定(S509)所述第一通信网络的主设备将来传输信标的时刻，使得原则上在所述第二通信网络的主设备将来传输信标的同一时间，所述第一通信网络的主设备也进行信标的传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所检测到的信标已由所述第二通信网络的主设备发送时，所述第一通信网络的主设备执行以下步骤：
确定(S505)用于接收所检测到的信标的时刻；以及
考虑所确定的用于接收所检测到的信标的时刻和信标传输的原则周期性的信息，从而确定(S509)所述第一通信网络的所述主设备在将来传输信标的时刻。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所检测到的信标已由所述第二通信网络的除所述主设备之外的设备(120’)发送时，所述第一通信网络的主设备执行以下步骤：
确定(S505)用于接收所检测到的信标的时刻；
确定(S506)所检测到的信标在一组信标中的等级，其中所述一组信标包括原则上由所述第二通信网络的主设备发送的信标；以及
通过所确定的等级和关于分配给每个信标传输的时隙的时长的信息来确定(S508)所述第二通信网络的主设备原则上传输信标的时刻或将原则上传输信标的时刻。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在已启动(S510)所述第一通信网络的主设备的信标的所述将来传输之后，所述第一通信网络的主设备执行以下步骤：
暂置(S602)所述信标的将来传输；
监听(S603)所述通信信道以检测在所述第二通信网络中传输的至少一个信标；
根据在所述第二通信网络中传输的信标被检测到的时刻确定(S604)所述第二通信网络的主设备原则上传输信标的时刻或将要原则上传输信标的时刻；
确定在所确定的所述第二通信网络的主设备原则上传输信标的时刻或将要原则上传输信标的时刻与所述第一通信网络的主设备的信标的将来传输的时刻中的一个时刻之间的时差；
对所述第一通信网络的主设备将来传输信标的时刻执行(S605)时域调整以补偿所述时差；以及
在考虑所述时域调整的同时恢复(S606)所述信标的传输。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述电力线通信根据PRIME规格建立。
6.计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括当所述计算机程序由通信网络的主设备的处理器执行时通过所述通信网络的主设备实施根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法的指令。
7.存储装置，其特征在于，所述存储装置存储这样的计算机程序，所述计算机程序包括当所述计算机程序由通信网络的主设备的处理器执行时通过所述通信网络的主设备实施根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法的指令。
8.位于供电网络(100)上部的第一通信网络中的主设备(110)，所述第一通信网络潜在地与第二通信网络共享通信信道，所述第一通信网络的主设备适于以原则上规律的间隔传输用于同步所述第一通信网络中的电力线通信的信标，其特征在于，所述第一通信网络的主设备包括：
用于监听(S502)所述通信信道以检测在所述第二通信网络中传输的任何信标的装置；
当信标被检测到时实施的、用于确定(S505；S508)由所述第二通信网络的主设备(110’)传输的信标的传输时刻的装置；以及
用于确定(S509)所述第一通信网络的主设备将来传输信标的时刻，使得原则上在所述第二通信网络的主设备将来传输信标的同一时间，所述第一通信网络的主设备也进行信标的传输的装置。
CN201480039469.4A 2013-07-10 2014-07-08 用于通过位于供电网络上层的第一通信网络的主设备传输信标的方法及其装置 Active CN105393463B (zh)

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