CN106452504A - 一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，包括宽带节点、窄带节点和跨频带节点中的一种或多种；所述节点采用灵活数字前端技术，通过频率认知实现频率在线自定义，构成多频通信网络；所述多频通信网络使用多个不同的工作频率进行通信，端到端的两个所述节点间不同跳使用的频率可能不相同，同一链路上下行频率可能不相同；所述多频通信网络支持宽带节点和窄带节点间的通信。本申请的技术方案将灵活数字前端技术从点到点系统中扩展到电力线载波通信网络中，对抗电力线载波信道的因时因地变化，提高电力线载波通信网络的可靠性和稳定性。

Description

一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体涉及一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络。
背景技术：
电力线载波通信网络具有无需布线的优点，可大大减少网络筹建费用。然而，电力线载波信道衰减受线路长度、网络分支结构及阻抗匹配等因素的影响，具有衰减大，随地变化大、及频率选择性衰落等特点。此外，电力线载波通信网络中从站经历的噪声是有色噪声，不仅包括连接到电力线上家用电器产生的噪声，还包括空间无线电信号加载到电力线上的噪声，具有噪声大、随时随地变化、及频率选择性等特点。总之，电力线载波通信环境恶劣，造成了PLC系统可靠性稳定性差、网络覆盖范围有限。
传统的PLC技术分为窄带PLC技术和宽带PLC技术。宽带PLC技术有HomePlug联盟提出的HomePlug 1.0、HomePlugAV、HomePlugAV2等，IEEE1901、IEEE 1905，以及ITU G.hn等。宽带PLC适用于“最后一公里”宽带接入或智能家具网络，追求高速可靠的数据传输。然而，宽带PLC MAC协议传输距离有限，网络扩张比较困难，不能够提供100％的覆盖。窄带PLC包括Meter&More、PRIME、G3、ITU G.hnem、IEEE 1901.2、等。其中Meter&More的用户数目已超过4000万，但其能够提供的速率只有几k，只用来支持智能抄表业务。其余几种窄带PLC标准提供几十k以上的速率，可以称为窄带高速PLC标准，主要用来支持智能抄表、分布式控制、能源管理、电网监测、家庭自动化控制以及电动汽车等业务。另一种PLC技术为跨频带认知PLC技术，工作频率范围从150kHz到12MHz，速率从几十k到10Mbps，是支撑智能配用电业务的一种具有前景的PLC技术。
此外，现有技术已研发了一种新型数字前端技术，可灵活改变物理层中心频点和带宽，对于对抗因时因地变化的PLC信道具有重要的作用。但是单一设备难以实现在两个不同频率的接收，当将其应用于PLC网络中时，还需要相应的机制来保证正确的收发。
因此，需要一种基于跨频带认知的在线自定义PLC网络技术，将灵活数字前端技术从点到点系统中扩展到PLC网络中，对抗PLC信道的因时因地变化，提高PLC网络的可靠性和稳定性。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，对抗PLC信道的因时因地变化，提高PLC网络的可靠性和稳定性。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，包括宽带节点、窄带节点和跨频带节点中的一种或多种；所述网络还包括1个主站和若干个从站，所述网络使用一个或多个不同的节点的工作频率进行通信。
所述节点采用数字前端技术，可调整中心频点，且通过调整滤波器的阶数实现带宽配置。
所述节点根据频率认知结果选择通信参数，所述通信参数包括工作频率、发送功率、发送模式和接入点，实现在线自定义。
两所述节点间的上行频率和下行频率可不相同；经过多跳进行通信的两节点，不同跳的频率可不相同。
在所述频率认知完成后，所述从站仅有一个对上频率，通过该频率直接或间接和主站进行通信；所述从站有一个或者多个对下频率，其它所述从站采用某个该所述从站的对下频率通过该所述从站和主站进行通信。
在所述频率认知完成后，所述节点在没有收到任何消息时将其所述工作频率调至对上频率，等待接收数据；当所述节点收到需转发的数据时，根据需转发数据的目的地址选择对下频率，将其所述工作频率调至所述对下频率，将数据转发出去，并等待接收响应数据；
若所述节点在预定时间内接收到响应数据，则将其所述工作频率调至所述对上频率，并转发所述响应数据；
若预定时间结束但所述节点没有收到响应数据，则将其所述工作频率调至所述对上频率，发送否定确认消息；
所述预定时间由所述节点到需转发数据的目的节点间的跳数和每一跳的带宽决定，其值大于每一跳的传输时间与各中间节点处理时间之和。
所述电力线载波通信网络的业务由主站发起，采用端到端确认机制。
所述网络支持多频广播；所述多频广播为分级广播，每一级广播通过所述网络使用的所有频段进行；所述节点在转发广播消息时除了广播级别外，不能够修改广播数据包中的任何数据。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明技术方案同时支持宽带、窄带、跨频带节点中的一种或多种，三种节点功能、价格均不相同，可根据实际需求进行部署，在满足业务需求的同时降低建网成本；
2、本发明技术方案通过频率认知技术针对不同从站/链路的实际情况从跨频带范围内选择不同的频率，扩大了可用频率范围，增加了节点可通信的概率，适应电力线载波网络信道特性，改善网络覆盖范围及可靠性；
3、本发明技术方案可为两节点上下行选择不同的工作频率，适应电力线载波通信的信道条件；
4、本发明技术方案利用单频设备实现多频通信，成本低；
5、本发明技术方案支持多频多跳通信。
附图说明
图1为本发明实施例基于频率在线自定义的多频PLC网络构成图；
图2为本发明实施例基于频率在线自定义的多频PLC网络工作频率示意图；
图3为本发明从站的工作流程图；
图4为本发明实施例多频广播流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如附图1所示，本发明所涉及的PLC网络中存在三类节点：宽带节点、窄带节点、跨频带节点，且三类节点均支持频率认知。三类节点的物理层数字前端均可灵活地调整中心频点，且通过调整滤波器的阶数实现灵活的带宽配置。具体来说，宽带节点可根据频率认知结果在高频范围内任意切换工作频率，窄带节点可根据频率认知结果在低频范围内任意切换工作频率，跨频带节点可根据频率认知结果在跨频带范围内任意切换工作频率。宽带节点和宽带节点间可实现直接通信、窄带节点和窄带节点间可实现直接通信，跨频带节点和任一节点间可实现直接通信，宽带节点和窄带节点间可通过跨频带节点实现间接通信。所述网络拓扑结构为树形结构。不失一般性，假设网络为主从网络，包含一个主站和若干个从站。窄带节点工作在低频范围，即工作频率小于500kHz。宽带节点工作在高频范围，即工作频率大于500kHz。跨频带节点的工作频率范围包含低频、中频、高频，例如150kHz～12MHz。
本发明PLC网络中的节点通过频率认知技术基于链路的具体情况为两节点间选择上下行工作频率。具体的频率认知算法不属于本发明的范畴。附图2为本发明所述PLC网络的频率使用情况。节点的工作频率用中心频点和带宽唯一表示。不同节点间的工作频率可能不同，两个节点间的上下行工作频率也可能不同。两个频率不同是指两个频率的中心频点不同、带宽不同或者中心频点和带宽均不相同。
在进行频率认知之后，本发明基于频率认知结果在线自定义电力线载波通信参数，可定义的参数包括工作频率、发送功率、发送模式、发送路径。
本发明涉及的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络工作过程包含以下四个步骤：
首先进行频率认知。窄带节点仅具备工作在低频范围内的能力，故其只能在低频范围内进行频率认知，宽带节点仅具备工作在高频范围内的能力，故其只能在高频范围内进行频率认知，跨频带节点具备工作在低频、中频、高频范围内的能力，可在跨频带范围内进行频率认知。具体的频率认知算法不属于本发明的范畴。
其次，在进行频率认知之后，节点根据频率认知结果选择最佳的工作频率。任意两节点间的工作频率用(f1,f2)表示，f1和f2可能相同，也可能不同。不同节点间的工作频率可能相同，也可能不同。具体的频率选择算法不属于本发明的范畴。
再次，频率选择的结果是两个节点之间通信时每一跳可能使用不同工作频率。由于节点为单频设备，须保证网络可以通过单频设备实现多频通信。不失一般性，假设PLC网络业务是由主站发起的，且采用端到端确认机制。那么节点在没有收到任何消息时将工作频率调至对上频率，等待接收来自主站的数据；当收到需转发的数据时，根据需转发数据的目的地址选择对下频率，将工作频率调至该对下频率，将数据转发出去，并等待接收响应消息。若节点在预定时间内接收到响应消息，则将工作频率调至对上频率，转发该响应消息；若预定时间结束但没有收到响应消息，则将工作频率调至对上频率，转发否定确认消息。通信过程中从站节点的工作流程图如附图3所示。
最后，本发明所述的PLC网络支持多频广播。多频广播为分级广播，每一级广播通过网络使用的所有频段进行，工作在任一频率的节点均能够接收到网络的广播消息。中间节点在转发广播消息时除了广播级别外，不能够修改广播数据包中的任何数据。广播流程图如附图4所示。
本发明基于频率在线自定义技术，根据网络实际信道条件为节点选择通信参数，对于适应PLC通信环境，改善PLC网络覆盖范围、解决PLC网络的可靠性和稳定性具有重要的作用，适应PLC载波网络未来发展方向。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：包括宽带节点、窄带节点和跨频带节点中的一种或多种；所述网络还包括1个主站和若干个从站，所述网络使用一个或多个不同的工作频率进行通信。
2.如权利要求1所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：所述节点采用数字前端技术，可调整中心频点，且通过调整滤波器的阶数实现带宽配置。
3.如权利要求1或2所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：所述节点根据频率认知结果选择通信参数；所述通信参数包括工作频率、发送功率、发送模式和接入点，实现在线自定义。
4.如权利要求3所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：两所述节点间的上行频率和下行频率可不相同；经过多跳进行通信的两节点，不同跳的频率可不相同。
5.如权利要求3所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：在所述频率认知完成后，所述从站仅有一个对上频率，通过该对上频率直接或间接和主站进行通信；所述从站有一个或者多个对下频率，其它所述从站采用某个所述从站的对下频率通过所述从站和主站进行通信。
6.如权利要求5所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：在所述频率认知完成后，所述节点在没有收到任何消息时将其所述工作频率调至对上频率，等待接收数据；当所述节点收到需转发的数据时，根据需转发数据的目的地址选择对下频率，将其所述工作频率调至所述对下频率，将数据转发出去，并等待接收响应数据；
若所述节点在预定时间内接收到响应数据，则将其所述工作频率调至所述对上频率，并转发所述响应数据；
若预定时间结束但所述节点没有收到响应数据，则将其所述工作频率调至所述对上频率，发送否定确认消息；
所述预定时间由所述节点到需转发数据的目的节点间的跳数和每一跳的带宽决定，其值大于每一跳的传输时间与各中间节点处理时间之和。
7.如权利要求1所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：所述电力线载波通信网络的业务由主站发起，采用端到端确认机制。
8.如权利要求1所述的一种基于频率在线自定义的多频电力线载波通信网络，其特征在于：所述网络支持多频广播；所述多频广播为分级广播，每一级广播通过所述网络使用的所有频段进行；所述节点在转发广播消息时除了广播级别外，不能够修改广播数据包中的任何数据。
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