CN106301475B - 基于电力线载波通信的系统、桥接节点及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开一种基于电力线载波通信的系统、桥接节点及方法，以确保通信的成功率。本发明公开的基于电力线载波通信的系统，包括第一子网和第二子网，所述第一子网及所述第二子网的内部节点以电力线载波信道通信，其中，所述第一子网的第一桥接节点的载波芯片连接有第一无线模块，所述第二子网的第二桥接节点的载波芯片连接有第二无线模块，所述第一无线模块与所述第二无线模块之间建立有无线信道。

Description

基于电力线载波通信的系统、桥接节点及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于电力线载波通信的系统、桥接节点及方法。

背景技术

近年来，电网公司推行信息化、智能化改革，智能电网的概念悄然出现，智能电网应用非常广泛，包括远程抄表、负载控制、变压器监控、电能质量远程测量、安全监视、分时费率、动态计费和其它各种增值业务等。而建设智能电网的物理基础是用电信息采集系统，而用电信息采集系统的核心基础在于通信，国内现有的电力用户抄表系统在从电表或采集终端到抄表集中器的本地通信方式上，大都采取的是RS-485布线、窄带低频电力线载波或无线的通信方式。这些抄表系统或者是施工量太大，不方便大范围实施(如RS-485布线)；或者是受电力线负载特性的影响较大，而造成通信信道的不稳定不可靠(如窄带低频电力线载波)。而它们的共同弱点都是带宽过窄、速率过低、实时性差、不能实现双向快速通信等，因此已建系统的实用化程度低，无法满足供电公司建设用电信息一体化采集平台的需求，更不能满足用电预付费、断复电和防窃电等更高层面上的管理需求。随着高速PLC调制解调技术和芯片技术的突破，电力线宽带载波技术取得了快速的发展。在各种网络技术中，宽带电力线载波以频带宽，数据传输速率高、数据容量大、双向传输、成本低、铺设方便、传输速率快、抗干扰能力强、稳定性好等诸多优势拔得头筹，成为了目前智能电网用电信息采集系统的主推方案。目前国内电网低压用电信息采集市场主要采用高通和华为海思的基于国际标准Homeplug标准的电力线宽带载波通信方案，其通信频率范围为2～30MHz，通信速率最高能达1Gbps，但由于电力线宽带载波通信频率高，在经过功率补偿柜、电容补偿柜、漏电保护器和地埋线时衰减比较大，从而缩短了点与点之间的通信距离，降低了抄表的成功率。

本通信系统结合了无线通信技术通信不受限于电网特性的特点，同时也结合了宽带载波通信的速率快、数据容量大、抗干扰能力好等优点，能完美解决全部台区的抄表需求，实现抄表成功率达到100％，满足电网公司的用电信息采集系统的需求。

发明内容

本发明目的在于公开一种基于电力线载波通信的系统、桥接节点及方法，以确保通信的成功率。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于电力线载波通信的系统，包括第一子网和第二子网，所述第一子网及所述第二子网的内部节点以电力线载波信道通信，其中，所述第一子网的第一桥接节点的载波芯片连接有第一无线模块，所述第二子网的第二桥接节点的载波芯片连接有第二无线模块，所述第一无线模块与所述第二无线模块之间建立有无线信道；

其中，所述第一桥接节点和所述第二桥接节点还用于启用无线信道和电力线载波通信信道同时传送数据，并由各自的载波芯片判断所接收的数据帧是否为重复帧，如果是，做删除处理；以及：

在抄表时，所述系统第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表，并统计第一轮未成功抄表的电表，然后对未成功抄表的电表，再通过相关子网之间的对应桥接节点以无线信道方式进行第二轮补抄，直到成功率为100％；

以及在其他情况下，所述第一子网与所述第二子网之间建立电力线载波信道，且所述电力线载波信道为主信道，所述无线信道为备用信道。

为实现上述目的，本发明还公开一种基于电力线载波通信的桥接节点，该桥接节点的载波芯片连接有用于与其他桥接节点建立无线通信信道的无线模块，其中，所述桥接节点还用于启用无线信道和电力线载波通信信道同时传送数据，并判断所接收的数据帧是否为重复帧，如果是，做删除处理；以及：

在抄表时，第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表，并对未成功抄表的电表以无线信道方式进行第二轮补抄；

以及在其他情况下，该桥接节点的载波芯片建立有与其他桥接节点通信的电力线载波信道，且所述电力线载波信道为主信道，所述无线信道为备用信道。

为实现上述目的，本发明还公开一种基于电力线载波通信的方法，包括：

建立第一子网的第一桥接节点与第二子网的第二桥接节点之间的无线信道；所述第一子网及所述第二子网的内部节点以电力线载波信道通信；

通过所述无线信道收发所述第一子网与所述第二子网之间的数据；以及还包括：

在所述第一子网与所述第二子网之间建立电力线载波信道，当启用所述无线信道和所述电力线载波通信信道同时传送数据时，由所述第一和/或第二桥接节点的载波芯片判断所接收的数据帧是否是重复帧，如果是，做删除处理；

在抄表时，第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表；统计第一轮未成功抄表的电表，然后对未成功抄表的电表，再通过相关子网之间的对应桥接节点以无线信道方式进行第二轮补抄，直到成功率为100％；

以及在其他情况下，所述第一子网与所述第二子网之间建立电力线载波信道，且所述电力线载波信道为主信道，所述无线信道为备用信道。

本发明具有以下有益效果：

本通信系统结合了无线通信技术通信不受限于电网特性的特点，同时也结合了宽带载波通信的速率快、数据容量大、抗干扰能力好等优点，能完美解决全部台区的抄表需求，实现抄表成功率达到100％，满足电网公司的用电信息采集及费控等需求。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例公开的基于电力线载波通信的系统拓扑图；

图2是本发明优选实施例公开的桥接节点的内部结构框图；

图3是本发明优选实施例公开的基于电力线载波通信的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本发明实施例首先公开一种基于电力线载波通信的系统，如图1所示，包括第一子网10和第二子网20，其中第一子网及第二子网的内部节点以电力线载波信道通信，且第一子网的第一桥接节点11的载波芯片连接有第一无线模块，第二子网的第二桥接节点21的载波芯片连接有第二无线模块，第一无线模块与第二无线模块之间建立有无线信道。

本实施例中，桥接节点的载波芯片连接有用于与其他桥接节点建立无线通信信道的无线模块。优选的，该桥接节点的载波芯片还建立有与其他桥接节点通信的电力线载波信道，例如，上述的第一子网的第一桥接节点和第二子网的第二桥接节点还以电力线连接。可选的，各桥接节点的内部结构可参照图2。

如图2所示，该桥接节点的内部结构包括宽带载波芯片、无线芯片、收发切换芯片、阻抗匹配电路、天线、宽带载波收发电路、宽带载波耦合电路。其中，天线、阻抗匹配电路、收发切换芯片及无线芯片依次连接组成上述的无线模块，该桥接节点的载波芯片可通过串口与无线模块的无线芯片连接。另一方面，该宽带载波芯片依次经宽带载波收发电路及宽带载波耦合电路与电力线连接。可选的，该载波芯片可采用HY6602型号芯片，该芯片采用OFDM调制方式并内置宽带载波的调制和解调器；处理器采用ARM9内核，运行linux嵌入式操作系统，通信频率2-18MHz，物理层最大通信速率达10Mbps，可确保满足本发明的通信要求。

藉此，本实施例公开的电力线载波通信系统中，其电力线载波信道和无线信道，两个信道相互独立，无线通信技术和电力线载波通信技术互补，以此提高通信成功率。宽带载波+无线通信互补应用对比见表1。

表1

与上述系统架构相对应的，本实施例公开的基于电力线载波通信的方法，如图3所示，包括：

步骤S31、建立第一子网的第一桥接节点与第二子网的第二桥接节点之间的无线信道。其中，第一子网及第二子网的内部节点以电力线载波信道通信，值得说明的是，在具体的抄表过程中，当手持的抄表设备或其他操控设备以电力猫或无线等方式接入任一子网时，该抄表设备或其他操控设备皆视为该子网的一部分；换言之，即本发明所述的“第一子网及第二子网的内部节点以电力线载波信道通信”表示的本质是：第一子网及第二子网都是具有可扩展性及兼容性的网络，其内部节点包括但不限于单一的“电力线载波信道通信”。

优选的，本发明还可以进一步在第一子网与第二子网之间建立电力线载波信道。可选的，该两信道可以采用主备的方式进行互补，例如：以电力线载波信道为主信道，无线信道为备用信道。又或者，启用无线信道和电力线载波通信信道同时传送数据时，并由对应的桥接节点的载波芯片判断所接收的数据帧是否是重复帧(具体可根据数据帧的帧号、原地址及目的地址、和/或时间戳等信息进行综合判断)，如果是，做删除处理。

步骤S32、通过无线信道收发第一子网与第二子网之间的数据。

针对上述方法，举例详述如下：

当桥接节点的载波芯片接收到来自电力线的路由组网信息时，判断该信息是否为自身的信息，若非自身的信息则往电力线发送路由组网信息，以便其他节点能通过该桥接节点中继。与图1及图2相对应的，该桥接节点会还会将发送的路由组网信息或者抄表信息透传给无线芯片，例如：由于图1所示的第一桥接节点和第二桥接节点在上电时，会进行无线配对，因此，当第一桥接节点的无线芯片接收到来自宽带载波芯片的信息时，会将该信息通过无线传输方式透传给第二桥接节点，再由第二桥接节点将接收到的信号以电力线透传给该第二子网中的其他宽带载波芯片进行判断和处理组网信息，从而确定该系统全网的路由信息，将第一子网和第二子网组建成一个完整的网络，当第一和第二两个子网之间的任意节点需要进行数据交换时，通过对应的第一及第二桥接节点进行无线中继，通过这种桥接的方式，以解决第一桥接节点和第二桥接节点之间的电力线因为地埋线或者电网特性交差的环境等形成的载波“孤岛”的问题。

本发明的上述方法、装置及系统可以广泛应用于抄表及费控等数据处理，例如，将该方法应用于抄表时，可采用如下方式：

第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表；

统计第一轮未成功抄表的电表(抄表命令下发后一定时间未返回数据或返回数据错误即为未成功抄表)，然后对未成功抄表的电表，再通过相关子网之间的对应桥接节点以无线信道方式进行第二轮补抄，直到成功率为100％。

依托上述方式，系统可快速获取通信系统的网络拓扑结构以及节点的信道特性，迅速找出载波“孤岛”，以载波为主无线为桥来组建网络，无线作为“桥接”通道，降低对使用环境的要求。整合各自优势后，使得整个网络的灵活性，可靠性得到了提升，对存在载波“孤岛”的环境，只需选择2到3个点，把纯宽带载波模块更换为宽带载波+无线模块，即可完成宽带载波+无线网络的组建，以解决由于受电网环境较差或者地埋线影响，导致低压集抄宽带载波通信系统抄读成功率低的问题。

综上，本发明实施例公开的基于电力线载波通信的系统、桥接节点及方法，结合了无线通信技术通信不受限于电网特性的特点，同时也结合了宽带载波通信的速率快、数据容量大、抗干扰能力好等优点，能完美解决全部台区的抄表需求，实现抄表成功率达到100％，满足电网公司的用电信息采集及费控等需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于电力线载波通信的系统，其特征在于，包括第一子网和第二子网，所述第一子网及所述第二子网的内部节点以电力线载波信道通信，所述第一子网的第一桥接节点的载波芯片连接有第一无线模块，所述第二子网的第二桥接节点的载波芯片连接有第二无线模块，所述第一无线模块与所述第二无线模块之间建立有无线信道；

当桥接节点的载波芯片接收到来自电力线的路由组网信息时，判断该信息是否为自身的信息，若非自身的信息则往电力线发送路由组网信息，以便其他节点能通过该桥接节点中继；并且，该桥接节点还将发送的路由组网信息或者抄表信息透传给无线芯片，具体为：

第一桥接节点和第二桥接节点在上电时，进行无线配对；当第一桥接节点的无线芯片接收到来自宽带载波芯片的信息时，会将该信息通过无线传输方式透传给第二桥接节点，再由第二桥接节点将接收到的信号以电力线透传给该第二子网中的其他宽带载波芯片进行判断和处理组网信息，从而确定该系统全网的路由信息，将第一子网和第二子网组建成一个完整的网络，当第一和第二两个子网之间的任意节点需要进行数据交换时，通过对应的第一及第二桥接节点进行无线中继；

其中，所述第一桥接节点和所述第二桥接节点还用于启用无线信道和电力线载波通信信道同时传送数据，并由各自的载波芯片根据数据帧的帧号、原地址及目的地址、和/或时间戳判断所接收的数据帧是否为重复帧，如果是，做删除处理；以及：

在抄表时，所述系统第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表，并统计第一轮未成功抄表的电表，然后对未成功抄表的电表，再通过相关子网之间的对应桥接节点以无线信道方式进行第二轮补抄，直到成功率为100％；

以及在其他情况下，所述第一子网与所述第二子网之间建立电力线载波信道，且所述电力线载波信道为主信道，所述无线信道为备用信道。

2.一种基于电力线载波通信的桥接节点，其特征在于，该桥接节点的载波芯片连接有用于与其他桥接节点建立无线通信信道的无线模块，其中，所述桥接节点还用于启用无线信道和电力线载波通信信道同时传送数据，并根据数据帧的帧号、原地址及目的地址、和/或时间戳判断所接收的数据帧是否为重复帧，如果是，做删除处理；以及：

在抄表时，第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表，并对未成功抄表的电表以无线信道方式进行第二轮补抄；

以及在其他情况下，该桥接节点的载波芯片建立有与其他桥接节点通信的电力线载波信道，且所述电力线载波信道为主信道，所述无线信道为备用信道；

当桥接节点的载波芯片接收到来自电力线的路由组网信息时，判断该信息是否为自身的信息，若非自身的信息则往电力线发送路由组网信息，以便其他节点能通过该桥接节点中继；并且，该桥接节点还将发送的路由组网信息或者抄表信息透传给无线芯片，具体为：

第一桥接节点和第二桥接节点在上电时，进行无线配对；当第一桥接节点的无线芯片接收到来自宽带载波芯片的信息时，会将该信息通过无线传输方式透传给第二桥接节点，再由第二桥接节点将接收到的信号以电力线透传给第二子网中的其他宽带载波芯片进行判断和处理组网信息，从而确定全网的路由信息，将第一子网和第二子网组建成一个完整的网络，当第一和第二两个子网之间的任意节点需要进行数据交换时，通过对应的第一及第二桥接节点进行无线中继；

其中，所述第一子网及所述第二子网的内部节点以电力线载波信道通信，所述第一子网的第一桥接节点的载波芯片连接有第一无线模块，所述第二子网的第二桥接节点的载波芯片连接有第二无线模块，所述第一无线模块与所述第二无线模块之间建立有无线信道。

3.根据权利要求2所述的基于电力线载波通信的桥接节点，其特征在于，所述载波芯片采用HY6602型号芯片，该芯片采用OFDM调制方式并内置宽带载波的调制和解调器。

4.根据权利要求2或3所述的基于电力线载波通信的桥接节点，其特征在于，该桥接节点的载波芯片通过串口与所述无线模块连接。

5.一种基于电力线载波通信的方法，其特征在于，包括：

建立第一子网的第一桥接节点与第二子网的第二桥接节点之间的无线信道；所述第一子网及所述第二子网的内部节点以电力线载波信道通信；

通过所述无线信道收发所述第一子网与所述第二子网之间的数据；

以及还包括：

在所述第一子网与所述第二子网之间建立电力线载波信道，当启用所述无线信道和所述电力线载波通信信道同时传送数据时，由所述第一和/或第二桥接节点的载波芯片根据数据帧的帧号、原地址及目的地址、和/或时间戳判断所接收的数据帧是否是重复帧，如果是，做删除处理；

在抄表时，第一轮通过电力线载波信道进行配电台区的电表抄表；统计第一轮未成功抄表的电表，然后对未成功抄表的电表，再通过相关子网之间的对应桥接节点以无线信道方式进行第二轮补抄，直到成功率为100％；

以及在其他情况下，所述第一子网与所述第二子网之间建立电力线载波信道，且所述电力线载波信道为主信道，所述无线信道为备用信道；

当桥接节点的载波芯片接收到来自电力线的路由组网信息时，判断该信息是否为自身的信息，若非自身的信息则往电力线发送路由组网信息，以便其他节点能通过该桥接节点中继；并且，该桥接节点还将发送的路由组网信息或者抄表信息透传给无线芯片，具体为：

第一桥接节点和第二桥接节点在上电时，进行无线配对；当第一桥接节点的无线芯片接收到来自宽带载波芯片的信息时，会将该信息通过无线传输方式透传给第二桥接节点，再由第二桥接节点将接收到的信号以电力线透传给该第二子网中的其他宽带载波芯片进行判断和处理组网信息，从而确定全网的路由信息，将第一子网和第二子网组建成一个完整的网络，当第一和第二两个子网之间的任意节点需要进行数据交换时，通过对应的第一及第二桥接节点进行无线中继。

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