CN105515974A - 一种电力线通信网络中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力线通信网络中继选择方法，包括如下步骤：1)根据每个从节点的上一级中继路由信息，获得整个网络的网络拓扑结构；2)根据电力线通信网络拓扑结构，获取指定从节点与中心节点之间存在的通信路径；3)根据信号品质信息，获取每个通信路径中从节点与上一级中继以及上一级中继与中心节点之间的信号品质，计算每个通信路径的信号品质；4)对各个通信路径的信号品质进行比较，选择信号品质最大的通信路径作为最终的通信路径，即为指定从节点选定了中继节点。本发明的方法通过选择最佳中继节点，使得信号品质最佳，保证信号的传输质量，提高了电力线通信网络传输的可靠性和传输距离。

Description

一种电力线通信网络中继选择方法

技术领域

本发明属于电力线载波通信和用电信息采集技术领域，具体涉及一种电力线通信网络中继选择方法。

背景技术

在电力线通信网络中，一般有一个中心节点和多个从节点组成，节点之间的通信主要是中心节点和各个从节点之间的通信。在从节点和中心节点通信的过程中，存在着信道随机衰落和噪声干扰等不利因素，这些因素影响着电力线通信的性能和通信链路质量，限制了电力线通信的传输距离。由于电力线通信的传输距离受限，通常会采用中继传输的方法增加传输距离和提高覆盖率。实际上，电力线通信网络是一个包含了多跳的分层的网络结构，节点和中心节点之间的通信往往包含了多个路径和链路。

中心节点负责控制和管理整个网络，可以获得和保存到各个从节点之间的链路信息，而且可以获得所有子节点的上一级中继信息，协议Q/GDW1376.2-2013规定，中心节点可以对任意从节点选择中继进行传输，但中心节点选择从节点的中继方法协议没有明确规定。

发明内容

本发明提供了一种电力线通信网络中继选择方法，旨在解决现有从节点与中心节点进行中继通信时无法选择最佳的中继节点的问题。

为解决上述技术问题，本发明的电力线通信网络中继选择方法包括如下步骤：

1)根据每个从节点的上一级中继路由信息，获得整个网络的网络拓扑结构；

2)根据电力线通信网络拓扑结构，获取指定从节点与中心节点之间存在的通信路径；

3)根据信号品质信息，获取每个通信路径中从节点与上一级中继以及上一级中继与中心节点之间的信号品质，计算每个通信路径的信号品质；

4)对各个通信路径的信号品质进行比较，选择信号品质最大的通信路径作为最终的通信路径，即为指定从节点选定了中继节点。

每个通信路径的信号品质q_n的计算方式为： $q_n=\left\{\begin{array}{cc}{q}_{ni},& i=0\\ min\{q_{n1},q_{n2},...,q_{ni}\},& i>0\end{array}\right.,$ 其中，i为通信路径包含的跳数，q_ni为通信路径n中第i跳的信号品质。

如果信号品质最大的通信路径不止一条，则在信号品质最大的通信路径集合中选择中继次数最少的通信路径作为最终的通信路径。

如果在信号品质最大的通信路径集合中存在不止一个中继次数最少的通信路径，则在该中继次数最少的通信路径集合中随机选择一个通信路径作为最终的通信路径。

该方法适用于当指定从节点与其上一级中继节点之间通信中断时，重新选择新的上一级中继节点的情况。

所述信号品质是传输距离的函数，且传输距离越大，信号品质越低。

本发明的有益效果：本发明的方法根据协议Q/GDW1376.2-2013规定的能够获得的信号品质和上一级中继汇报信息，首先利用从节点和中心节点之间的信号品质和上一级中继汇报信息，获取整个网络的拓扑信息，然后根据网络的拓扑结构和链路信号品质，获得最佳通信路径，即指定了节点的中继节点，使得信号品质最佳，保证信号的传输质量，提高了电力线通信网络传输的可靠性和传输距离。

附图说明

图1为本实施例电力线通信网络中继选择方法模块和流程图；

图2为本实施例的网络拓扑生成和信号品质计算流程图；

图3为本实施例中继节点重新选择流程图；

图4为本实施例中电力线通信网路的物理拓扑结构图；

图5为本实施例中电力线通信网路的网络拓扑结构图；

图6为本实施例中指定的从节点与中心节点的最佳通信路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本实施例的电力线通信网络中继选择方法包括如下步骤：

1)根据每个从节点的上一级中继路由信息，获得整个网络的网络拓扑结构；

2)根据电力线通信网络拓扑结构，获取指定从节点与中心节点之间存在的通信路径；

3)根据信号品质信息，获取每个通信路径中从节点与上一级中继以及上一级中继与中心节点之间的信号品质，计算每个通信路径的信号品质q_n；

4)对各个通信路径的信号品质进行比较，选择信号品质最大的通信路径作为最终的通信路径，即为指定从节点选定了中继节点。

具体来说，对于步骤1)，根据协议Q/GDW1376.2-2013协议报文的规定，中心节点可以对各个从节点进行查询，查询的信息包括上一级中继路由信息、信号品质等信息，其中，信号品质的值为1-15，其中1表示最低品质。

根据从节点和中心节点之间的信号品质和上一级中继路由信息，可获取整个网络的拓扑结构。具体为：可以根据中心节点的汇报信息，找出与中心节点直接通信的节点；然后，根据与中心节点直接通信的节点的路由信息，找出所有以与中心节点直接通信的节点为上一级中继从而和中心节点进行通信的节点，以此类推，最获取成整个网络拓扑结构。

对于步骤2)，根据上述的网络拓扑结构，可获取指定从节点与中心节点之间存在的通信路径；

对于步骤3)，根据信号品质信息，获取每个通信路径中从节点与上一级中继以及上一级中继与中心节点之间的信号品质，计算每个通信路径的信号品质q_n，具体计算公式为： $q_n=\left\{\begin{array}{cc}{q}_{ni},& i=0\\ min\{q_{n1},q_{n2},...,q_{ni}\},& 0<i\&le;15\end{array}\right.,$ 其中，i为通信路径包含的跳数，q_ni为通信路径n中第i跳的信号品质。

下面可结合附图2，对于上述步骤1)～3)进行如下阐述：

a.初始化：i＝0，且已选节点集合为空。

b.第i级路径查找，其中，查找方法如下：如果i＝0，说明是直连通路，直接查找出能与中心节点直接通信的节点，如果i>0，说明是非直连通路，查找出所有以第i-1级节点为上一级中继从而和中心节点进行通信的节点。

c.根据是否找到路径，进行下一步骤的处理。如果未找到路径，则跳转到步骤d；如果找到合适的路径，则根据节点和上一级中继之间的链路信号品质以及上一级中继和中心节点之间的链路品质，计算该节点和中心节点之间的链路品质，其中，该节点和中心节点之间的路径信号品质计算方法为：

$q_n=\left\{\begin{array}{cc}{q}_{ni},& i=0\\ min\{q_{n1},q_{n2},...,q_{ni}\},& 0<i\&le;15\end{array}\right.$

其中，i为通信路径包含的跳数，q_ni为通信路径n中第i跳的信号品质，可以通过信息查询模块获得。

d.判断是否遍历所有节点：如果是，网络拓扑结构生成和信号品质结束；如果否，则：i＝i+1，并且判断是否满足条件：i＝15，如果满足，则结束。否则，跳转到步骤二，重复进行。

对于步骤4)如果节点和中心节点之间需要通过中继进行通信，则需要中心节点指定一个节点作为该节点与中心节点之间通信的中继，其中，中心节点指定从节点的中继的规则为：

q_x＝max{q₁,...,q_n}

其中，q_x为从节点和中心节点之间的通信路径中信号品质最大的通信路径的信号品质，n为从节点和中心节点之间存在的通信路径个数。

那么，就选择信号品质最大的通信路径作为最终的通信路径，即为从节点到中心节点之间的通信选定的中继节点。

更进一步，如果信号品质最大的通信路径不止一条，则在信号品质最大的通信路径集合中选择中继次数最少的通信路径作为最终的通信路径。

更进一步，如果在信号品质最大的通信路径集合中存在不止一个中继次数最少的通信路径，则在该中继次数最少的通信路径集合中随机选择一个通信路径作为最终的通信路径。

由于电力线通信环境是一个时变的环境，部分传输通信链路会中断。为此，当通信链路中断时，集中器需要根据更新的链路状态重新指定中继，中心指定中继的方法如图3所示。当某个节点与中心节点无法进行正常通信时，首选查询它的上级中继，确定上级中继是否能够与中心节点正常通信，如果不能正常通信，则继续查询其上级中继节点的上级中继，以此类推，直到找到能够正常通信的节点为止。如果一个节点无法与中心节点正常通信，而其上级中继节点可以与中心节点正常通信，说明该节点和它的中继节点之间的通信链路中断了，此时，需要重新指定上一级中继。

重新制定上级中继的方法为：依次查询上一级中继的通信链路情况和相关节点信息，根据获取的信号品质信息，按照上述中继选择方法指定中继。

下面通过一个具体的实例对上述方法进行详细介绍。

电力线系统的物理拓扑结构如图4所示。为了直观起见，假设信号品质是传输距离的函数，且传输距离越大，信号品质越低。为了保证信号品质，假设节点之间的通信信号的传输距离不超过9，且信号品质＝15-传输距离。利用上述方法，根据该物理拓扑结构生成的网络拓扑结构如图5所示。从图5可以看出:

A.节点1，2和3和中心节点01之间进行正常通信，形成了第一层节点集合02；

B.节点4和5可以和第一层节点集合02中的节点进行通信，形成了第二层节点集合03；

C.节点6可以和第二层节点集合中的节点5通信，形成了第三层节点集合。

考虑到节点的传输距离或者信号品质，可以得到节点6和中心节点01之间的通信路径为：

1)6<->5<->2<->中心节点01

2)6<->5<->3<->中心节点01

其中，第一条路径的信号品质为：q_6,1＝min{q_2-＞c,q_5-＞2,q_6-＞5}。

其中，q_2-＞c,q_5-＞2和q_6-＞5分别表示链路2<->中心节点01，5<->2和6<->5之间的信号品质。

第二条路径的信号品质为：q_6,2＝min{q_3-＞c,q_5-＞3,q_6-＞5}。

其中，q_3-＞c,q_5-＞3和q_6-＞5分别表示链路3<->中心节点01，5<->3和6<->5之间的信号品质。根据中继选择方法，选择中继的准则为：q₆＝max{q_6,1,q_6,2}。

利用图4和图5可知，第一条路径的总体链路质量较好，选择一条通信链路。这样，节点5与中心节点01之间的通信路径如图6中的黑色粗线所示，依次通过的链路为：

6<->5<->2<->中心节点01

对应的，中心节点01选择节点06的上一级中继节点为节点05，指定节点05的上一级中继节点为节点02。同样的方法，中心节点也指定其他节点的上一级中继节点。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电力线通信网络中继选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据每个从节点的上一级中继路由信息，获得整个网络的网络拓扑结构；

2)根据电力线通信网络拓扑结构，获取指定从节点与中心节点之间存在的通信路径；

3)根据信号品质信息，获取每个通信路径中从节点与上一级中继以及上一级中继与中心节点之间的信号品质，计算每个通信路径的信号品质；

4)对各个通信路径的信号品质进行比较，选择信号品质最大的通信路径作为最终的通信路径，即为指定从节点选定了中继节点。

2.根据权利要求1所述电力线通信网络中继选择方法，其特征在于，每个通信路径的信号品质q_n的计算方式为： $q_n=\left\{\begin{array}{c}{q}_{\mathrm{ni}},i=0\\ \min \{q_{n1},q_{n2},...,q_{\mathrm{ni}}\},i>0\end{array}\right.,$ 其中，i为通信路径包含的跳数，q_ni为通信路径n中第i跳的信号品质。

3.根据权利要求1所述电力线通信网络中继选择方法，其特征在于，如果信号品质最大的通信路径不止一条，则在信号品质最大的通信路径集合中选择中继次数最少的通信路径作为最终的通信路径。

4.根据权利要求3所述电力线通信网络中继选择方法，其特征在于，如果在信号品质最大的通信路径集合中存在不止一个中继次数最少的通信路径，则在该中继次数最少的通信路径集合中随机选择一个通信路径作为最终的通信路径。

5.根据权利要求1所述电力线通信网络中继选择方法，其特征在于，该方法适用于当指定从节点与其上一级中继节点之间通信中断时，重新选择新的上一级中继节点的情况。

6.根据权利要求1所述电力线通信网络中继选择方法，其特征在于，所述信号品质是传输距离的函数，且传输距离越大，信号品质越低。