CN106452507A - 一种基于ofdm电力线载波通信的自愈自组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，属于电力技术领域，本发明将低压电网中的集中器和采集器划分为中心节点和子节点，并使中心节点和子节点建立各自的子域，实现电力线宽带的组网需求，具备网络边界识别率高，频谱利用率高等特点，减少非对称性网络及相邻网络之间的干扰，降低通信过程的误码率，提高电力线载波的通信能力。

Description

一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法

技术领域

本发明属于电力技术领域。

背景技术

电力线载波在电力通信领域广泛应用，作为一种行业专有技术，随着通信技术的发展逐渐提高，在中高压领域作为遥测、遥调、遥控的主要通道对电网的调度起了主控作用，现在仍作为一种主要的辅助手段。低压配电网线路拓扑复杂，时域与频域的不确定干扰分布杂散，对以电力线最为传输线信道的干扰强，调制的载波信号受到严重破外，接收端无法正确判别，误码率达到不能正常通信的水平。国内低压电力载波通信主要用于远程抄表，为降低误码率，提高抄表成功率，已经由先前的窄带扩频发展到正交频分复用OFDM宽带通信，OFDM时域的突发干扰、频域的选择性衰落、传输线路的多径干扰有着很强的抑制作用，提高了通信的可靠性。在低压用电线路中，通常由集中器和采集器或者装有载波模块的电表构成一个相对对立网络单元，集中器作为主节点一般安装在配电变压器侧，采集器作为子节点与电表安装在表象内，其与电表通过RS485线连接，由于低压线路网络本身的局限性，集中器很难一次超通所有的采集器或者电表，需要经过子节点路由抄读其他子节点采集器，在主节点与子节点之间存有路由路径表，主节点根据路径表抄读，由于路径的非对称性和时变性，主节点和子节点需要经常更新路由表，影响了抄读的及时与有效性。

此外各独立的网络单元由于有时因安装距离太近和不同用电线路布线造成不同单元之间的载波干扰严重，严重影响组网的效果，并且这种分级转发的组网模式限制了OFDM通信效果,难以发挥宽带载波的优势发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，实现电力线宽带的组网需求，具备网络边界识别率高，频谱利用率高等特点，减少非对称性网络及相邻网络之间的干扰，降低通信过程的误码率，提高电力线载波的通信能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，包括如下步骤：

步骤1：低压电网中设有数个集中器和数个采集器，所有集中器和所有采集器之间均采用OFDM电力线载波的方式进行通信，所有集中器均设定为中心节点，所有采集器均设定为子节点；

步骤2:创建网络子域的方法，包括步骤如下：

步骤A：设定子域主节点为中心节点或子节点，设定子域分节点为子节点；子域主节点首先向低压电网发送测试帧，收到测试帧的所有子域分节点均向子域主节点发送响应帧；

当子域主节点为中心节点时，子域主节点上电后直接向低压电网发送测试帧；当子域主节点为子节点时，子域主节接收到测试帧转发指令和延时参数后，向低压电网发送测试帧；

步骤B:判断响应帧的数量是否小于1：是,则将子域主节点作为边界节点，执行步骤F；否，则执行步骤C；

步骤C：子域主节点接收响应帧，并分析响应帧中的ID信息和OFDM信道估计信息，子域主节点根据对称性判据筛选合格的子域分节点；

步骤D：子域主节点与合格的子域分节点组成一个子域；

步骤E：子域主节点向子域分节点发送测试帧转发指令和延时参数；

步骤F：子域创建结束；

步骤3：任意一个中心节点通过所述创建网络子域方法创建中心节点网络子域，与该中心节点相关的所有子节点均通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域；中心节点网络子域和子节点网络子域组成了一个网络拓扑；

步骤4：任意一个子节点在创建自身子域的过程中，由于低压电网中存在邻网串扰，该子节点可能获取其他中心节点的ID信息，此时该子节点停止创建自身的子域，并将该子节点作为第一公共边界节点；两个相邻网络拓扑间的重合的所有子节点，按其所在网络子域的大小，分别依次排列为第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点；

第一公共边界节点、第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点组成了公共边界；两个相邻网络拓扑间共享公共边界中所有共边界节点的ID信息；

步骤5：当某个子域分节点的通信失败时，两个相邻网络拓扑间的自愈方法如下：

步骤G：首先两个相邻网络拓扑间的两个中心节点校时，然后每一个中心节点均对所在网络拓扑中的所有子域主节点校时，使两个相邻网络拓扑间的所有子域主节点的时钟同步；

步骤H：同一个网络拓扑中的中心节点定期发送维护测试帧，本网络拓扑中其他子节点均监听维护测试帧；

步骤I：如果有一个子节点在指定时间内未收到维护测试帧，该子节点自动设置为延时监听，并按预设重复次数进行重复监听；设定该子节点为故障子节点；

步骤J：如果故障子节点在重复完预设次数后还未收到维护测试帧，则故障子节点发出主动测试帧，然后进入监听状态；

步骤K：当任意一个子节点接收到故障子节点发送的主动测试帧后，设定该子节点为正常子节点，正常子节点向故障子节点发送响应帧，正常子节点与故障子节点组成新的网络子域，正常子节点作为所述新的网络子域的子域主节点，故障子节点作为所述新的网络子域的子域分节点，正常子节点向低压电网广播发送故障子节点的路由路径更变信息。

所述OFDM信道估计信息包括定位特殊受到干扰的载波、载波的信号强度和载波的误码率。

所述对称性判据为在各网络子域中依据记录的OFDM信道估计，对收发双向通信质量进行评估，区别出最佳通信路径与正交载波的频点，在相邻的网络拓扑中分别选择不同的子载波作为本网的载波信道，并做好载波编码标记，避免邻网干扰。

本发明所述的一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，实现电力线宽带的组网需求，具备网络边界识别率高，频谱利用率高等特点，减少非对称性网络及相邻网络之间的干扰，降低通信过程的误码率，提高电力线载波的通信能力；本发明充分发挥OFDM通信的特点，结合对电力传输线信道的分析，减少电力线路的多径、非对称对通信的干扰，同时经过确定网络边界和载波分段有效避免了邻网的同频干扰，定期的广播测试帧有效的保证自组网的自愈性能，形成了一个具备自学习、自组织的网络，提高了低压电力线宽带载波的通信成功率，降低了系统构建成本，同时提升了载波抄读的效应。

附图说明

图1是本发明的流程图图；

图2是本发明的组网的拓扑图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示的一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，包括如下步骤：

步骤1：低压电网中设有数个集中器(所述集中器为现有技术，固不详细叙述)和数个采集器(所述采集器为现有技术，固不详细叙述)，所有集中器和所有采集器之间均采用OFDM电力线载波的方式进行通信，所有集中器均设定为中心节点，所有采集器均设定为子节点；

步骤2:创建网络子域的方法，包括步骤如下：

步骤A：设定子域主节点为中心节点或子节点，设定子域分节点为子节点；子域主节点首先向低压电网发送测试帧，收到测试帧的所有子域分节点均向子域主节点发送响应帧；

当子域主节点为中心节点时，子域主节点上电后直接向低压电网发送测试帧；当子域主节点为子节点时，子域主节接收到测试帧转发指令和延时参数后，向低压电网发送测试帧；

步骤B:判断响应帧的数量是否小于1：是,则将子域主节点作为边界节点，执行步骤F；否，则执行步骤C；

步骤C：子域主节点接收响应帧，并分析响应帧中的ID信息和OFDM信道估计信息，子域主节点根据对称性判据筛选合格的子域分节点；

步骤D：子域主节点与合格的子域分节点组成一个子域；

步骤E：子域主节点向子域分节点发送测试帧转发指令和延时参数；

步骤F：子域创建结束；

步骤3：任意一个中心节点通过所述创建网络子域方法创建中心节点网络子域，与该中心节点相关的所有子节点均通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域；中心节点网络子域和子节点网络子域组成了一个网络拓扑；

步骤4：任意一个子节点在创建自身子域的过程中，由于低压电网中存在邻网串扰，该子节点可能获取其他中心节点的ID信息，此时该子节点停止创建自身的子域，并将该子节点作为第一公共边界节点；两个相邻网络拓扑间的重合的所有子节点，按其所在网络子域的大小，分别依次排列为第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点；

第一公共边界节点、第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点组成了公共边界；两个相邻网络拓扑间共享公共边界中所有共边界节点的ID信息；

步骤5：当某个子域分节点的通信失败时，两个相邻网络拓扑间的自愈方法如下：

步骤G：首先两个相邻网络拓扑间的两个中心节点校时，然后每一个中心节点均对所在网络拓扑中的所有子域主节点校时，使两个相邻网络拓扑间的所有子域主节点的时钟同步；

步骤H：同一个网络拓扑中的中心节点定期发送维护测试帧，本网络拓扑中其他子节点均监听维护测试帧；

步骤I：如果有一个子节点在指定时间内未收到维护测试帧，该子节点自动设置为延时监听，并按预设重复次数进行重复监听；设定该子节点为故障子节点；

步骤J：如果故障子节点在重复完预设次数后还未收到维护测试帧，则故障子节点发出主动测试帧，然后进入监听状态；

步骤K：当任意一个子节点接收到故障子节点发送的主动测试帧后，设定该子节点为正常子节点，正常子节点向故障子节点发送响应帧，正常子节点与故障子节点组成新的网络子域，正常子节点作为所述新的网络子域的子域主节点，故障子节点作为所述新的网络子域的子域分节点，正常子节点向低压电网广播发送故障子节点的路由路径更变信息。

所述OFDM信道估计信息包括定位特殊受到干扰的载波、载波的信号强度和载波的误码率，所述OFDM信道估计信息做为评价筛选节点的依据，测试帧为全带宽，占据0.2～12M，估计方法为导频信号辅助调制，帧的内容与格式各节点都已知。

所述对称性判据为在各网络子域中依据记录的OFDM信道估计，对收发双向通信质量进行评估，区别出最佳通信路径与正交载波的频点，在相邻的网络拓扑中分别选择不同的子载波作为本网的载波信道，并做好载波编码标记，避免邻网干扰。

当第一网络拓扑组网完成后，第一网络拓扑中的中心节点通过第一公共边界节点向相邻的中心节点发送组网命令，接收到组网命令的中心节点按照步骤2和步骤3创建自身的网络拓扑。

中心节点做为子域的核心节点，记录下属各子域的路由关系，主节点为各子域的中继节点负责转发通信，记录下属各子域的路由关系，此外中心节点需和服务器主站通信执行抄读、控制任务。载波信道估计包括估计受到干扰的载波的时延、衰落和载波的强度，及通信误码率，做为评价筛选节点的依据，测试帧为全带宽，占据0.2～12M，估计方法为导频信号辅助调制，帧的内容与格式各节点都已知。各子域中的主节点定期广播发送测试帧，维持自组网的通信有效性。

实施例二：

如图2所示，本实施例为一个网络拓扑的组网实施例，包括如下步骤：设定中心节点为Z1和Z2，子节点为a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9、b10、b11、c1、c2、c3、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11、e1和e2；

步骤1：如图2所示，低压电网中设有两个集中器和数个采集器，所有集中器和所有采集器之间均采用OFDM电力线载波的方式进行通信，所有集中器均设定为中心节点，所有采集器均设定为子节点；

步骤2:创建网络子域的方法，包括步骤如下：

步骤A：设定子域主节点为中心节点或子节点，设定子域分节点为子节点；子域主节点首先向低压电网发送测试帧，收到测试帧的所有子域分节点均向子域主节点发送响应帧；

当子域主节点为中心节点时，子域主节点上电后直接向低压电网发送测试帧；当子域主节点为子节点时，子域主节接收到测试帧转发指令和延时参数后，向低压电网发送测试帧；

步骤B:判断响应帧的数量是否小于1：是,则将子域主节点作为边界节点，执行步骤F；否，则执行步骤C；

步骤C：子域主节点接收响应帧，并分析响应帧中的ID信息和OFDM信道估计信息，子域主节点根据对称性判据筛选合格的子域分节点；

步骤D：子域主节点与合格的子域分节点组成一个子域；

步骤E：子域主节点向子域分节点发送测试帧转发指令和延时参数；

步骤F：子域创建结束；

步骤3：中心节点Z1通过所述创建网络子域方法创建中心节点网络子域(Z1，a1,a2,a3,a4)，其中，Z1为子域主节点，a1,a2,a3,和a4均为子域分节点；

子节点a1通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(a1,b1,b2,b3,b4)，其中，a1为子域主节点，b1,b2,b3和b4均为子域分节点；

子节点a2通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(a2,b5,b6,b7)，其中，a2为子域主节点，b5,b6和b7均为子域分节点；

子节点a3通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(a3,b8,b9,b10,b11)，其中，a3为子域主节点，b8,b9,b10和b11均为子域分节点；

子节点b3通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(b3、e1)，其中，b3为子域主节点，e1均为子域分节点；

子节点b9通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(b9、e2)，其中，b9为子域主节点，e2均为子域分节点；

中心节点网络子域(Z1，a1,a2,a3,a4)、子节点网络子域

(a1,b1,b2,b3,b4)、子节点网络子域(a2,b5,b6,b7)、子节点网络子域(a3,b8,b9,b10,b11)、子节点网络子域(b3、e1)和子节点网络子域(b9、e2)组成了第一网络拓扑；

中心节点Z2通过所述创建网络子域方法创建中心节点网络子域(Z2，c1,c2,c3,c4，a4)，其中，Z1为子域主节点，a4，c1,c2,c3,和c4均为子域分节点；

子节点c1通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(c1,d1,d2,d3,d4)，其中，c1为子域主节点，d1,d2,d3和d4均为子域分节点；

子节点c2通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(c2,d5,d6,d7,b6)，其中，c2为子域主节点，b6，d5,d6和d7均为子域分节点；

子节点c3通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(c3,d8,d9,d10,d11)，其中，c3为子域主节点，d8,d9,d10和d11均为子域分节点；

子节点d3通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(d3、e1)，其中，d3为子域主节点，e1均为子域分节点；

子节点d9通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域(d9、e2)，其中，d9为子域主节点，e2均为子域分节点；

中心节点网络子域(Z2，c1,c2,c3,c4，a4)、子节点网络子域(c1,d1,d2,d3,d4)、子节点网络子域(c2,d5,d6,d7，b6)、子节点网络子域(c3,d8,d9,d10,d11)、子节点网络子域(d3、e1)和子节点网络子域(d9、e2)组成了第二网络拓扑；

步骤4：任意一个子节点在创建自身子域的过程中，由于低压电网中存在邻网串扰，该子节点可能获取其他中心节点的ID信息，此时该子节点停止创建自身的子域，并将该子节点作为第一公共边界节点；两个相邻网络拓扑间的重合的所有子节点，按其所在网络子域的大小，分别依次排列为第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点；

如图2所示，在第一网络拓扑中，子节点a4获取到了Z2的ID信息，所以将子节点a4作为第一公共边界节点；第一网络拓扑和第二网络拓扑之间重合的子节点包括b6、e1和e2，b6、e1和e2根据自身所在的子域的大小，第二公共边界节点为b6，第三公共边界节点为e1和e2；

Z1和Z2均存储a4、b6、e1和e2的ID信息。

当Z1或Z2中的一个出现通信故障时，通过公共边界实现网间延拓的方法包括一下步骤：

步骤1：当Z1出现故障或者信道受到严重干扰时，由Z2经过网间路径与Z1通信,所述网间路径为a2、b6和c2所组成的路径。

步骤2：当Z1获知Z2为永久故障，暂不可修复时，第二公共边界节点为b6，Z1获取Z2的节点路由信息，并确定W2中节点的路由优先级，Z1根据Z2的节点路由信息和路由优先级确定新的路由路径。

步骤3：Z1按照新的路由路径实现网间(台区)通信。

如图2所示，当某个子域分节点e3的通信失败时，两个相邻网络拓扑间的自愈方法如下：

步骤G：首先两个相邻网络拓扑间的两个中心节点Z1和Z2校时，然后每一个中心节点均对所在网络拓扑中的所有子域主节点校时，使两个相邻网络拓扑间的所有子域主节点的时钟同步；

步骤H：同一个网络拓扑中的中心节点定期发送维护测试帧，本网络拓扑中其他子节点均监听维护测试帧；

步骤I：如果有一个子节点在指定时间内未收到维护测试帧，该子节点自动设置为延时监听，并按预设重复次数进行重复监听；设定该子节点为故障子节点e3；

步骤J：如果故障子节点e3在重复完预设次数后还未收到维护测试帧，则故障子节点e3发出主动测试帧，然后进入监听状态；

步骤K：当任意一个子节点接收到故障子节点发送的主动测试帧后，设定该子节点为正常子节点d6，正常子节点d6向故障子节点e3发送响应帧，正常子节点d6与故障子节点e3组成新的网络子域，正常子节点d6作为所述新的网络子域的子域主节点，故障子节点e3作为所述新的网络子域的子域分节点，正常子节点d6向低压电网广播发送故障子节点的路由路径更变信息

本发明所述的一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，实现电力线宽带的组网需求，具备网络边界识别率高，频谱利用率高等特点，减少非对称性网络及相邻网络之间的干扰，降低通信过程的误码率，提高电力线载波的通信能力；本发明充分发挥OFDM通信的特点，结合对电力传输线信道的分析，减少电力线路的多径、非对称对通信的干扰，同时经过确定网络边界和载波分段有效避免了邻网的同频干扰，定期的广播测试帧有效的保证自组网的自愈性能，形成了一个具备自学习、自组织的网络，提高了低压电力线宽带载波的通信成功率，降低了系统构建成本。

Claims (3)

1.一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：低压电网中设有数个集中器和数个采集器，所有集中器和所有采集器之间均采用OFDM电力线载波的方式进行通信，所有集中器均设定为中心节点，所有采集器均设定为子节点；

步骤2:创建网络子域的方法，包括步骤如下：

步骤A：设定子域主节点为中心节点或子节点，设定子域分节点为子节点；子域主节点首先向低压电网发送测试帧，收到测试帧的所有子域分节点均向子域主节点发送响应帧；

当子域主节点为中心节点时，子域主节点上电后直接向低压电网发送测试帧；当子域主节点为子节点时，子域主节接收到测试帧转发指令和延时参数后，向低压电网发送测试帧；

步骤B:判断响应帧的数量是否小于1：是,则将子域主节点作为边界节点，执行步骤F；否，则执行步骤C；

步骤C：子域主节点接收响应帧，并分析响应帧中的ID信息和OFDM信道估计信息，子域主节点根据对称性判据筛选合格的子域分节点；

步骤D：子域主节点与合格的子域分节点组成一个子域；

步骤E：子域主节点向子域分节点发送测试帧转发指令和延时参数；

步骤F：子域创建结束；

步骤3：任意一个中心节点通过所述创建网络子域方法创建中心节点网络子域，与该中心节点相关的所有子节点均通过所述创建网络子域方法创建子节点网络子域；中心节点网络子域和子节点网络子域组成了一个网络拓扑；

步骤4：任意一个子节点在创建自身子域的过程中，由于低压电网中存在邻网串扰，该子节点可能获取其他中心节点的ID信息，此时该子节点停止创建自身的子域，并将该子节点作为第一公共边界节点；两个相邻网络拓扑间的重合的所有子节点，按其所在网络子域的大小，分别依次排列为第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点；

第一公共边界节点、第二公共边界节点、第三公共边界节、…第N公共边界节点组成了公共边界；两个相邻网络拓扑间共享公共边界中所有共边界节点的ID信息；

步骤5：当某个子域分节点的通信失败时，两个相邻网络拓扑间的自愈方法如下：

步骤G：首先两个相邻网络拓扑间的两个中心节点校时，然后每一个中心节点均对所在网络拓扑中的所有子域主节点校时，使两个相邻网络拓扑间的所有子域主节点的时钟同步；

步骤H：同一个网络拓扑中的中心节点定期发送维护测试帧，本网络拓扑中其他子节点均监听维护测试帧；

步骤I：如果有一个子节点在指定时间内未收到维护测试帧，该子节点自动设置为延时监听，并按预设重复次数进行重复监听；设定该子节点为故障子节点；

步骤J：如果故障子节点在重复完预设次数后还未收到维护测试帧，则故障子节点发出主动测试帧，然后进入监听状态；

步骤K：当任意一个子节点接收到故障子节点发送的主动测试帧后，设定该子节点为正常子节点，正常子节点向故障子节点发送响应帧，正常子节点与故障子节点组成新的网络子域，正常子节点作为所述新的网络子域的子域主节点，故障子节点作为所述新的网络子域的子域分节点，正常子节点向低压电网广播发送故障子节点的路由路径更变信息。

2.如权利要求1所述的一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，其特征在于：所述OFDM信道估计信息包括定位特殊受到干扰的载波、载波的信号强度和载波的误码率。

3.如权利要求1所述的一种基于OFDM电力线载波通信的自愈自组网方法，其特征在于：所述对称性判据为在各网络子域中依据记录的OFDM信道估计，对收发双向通信质量进行评估，区别出最佳通信路径与正交载波的频点，在相邻的网络拓扑中分别选择不同的子载波作为本网的载波信道，并做好载波编码标记，避免邻网干扰。