CN107147429A - 一种基于电力线载波通信的组网方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电力线载波通信的组网方法，包括发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则记录父节点地址、信噪比和信号强度；如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。本发明针对大规模电力线通信网络中的节点，能够实现快速抄读，随时组建网络，网络调整效率高的优点。

Description

一种基于电力线载波通信的组网方法及装置

技术领域

本发明涉及电力线通信领域，特别是涉及基于电力线载波通信的组网方法及装置。

背景技术

电力线通信(Power Line Communication,PLC)是利用电力线及其输、配电网络作为信息传输介质的通信方法。传统的电力线通信系统采用窄带电力线通信技术，主要用于电力设备间的远距离通信和控制等任务。随着技术的发展电力线传输带宽最高可达到上百兆赫，可用于更好速率的数据传输和组件网络。由于电力网分布广泛、电力线通信具有无需重新布线、接入方便灵活等优点，是一种非常适用于用户接入网的通信技术。由于现代化进程的推进和能源需求的发展，电力公司为了能够发挥自身的信道优势，规模化的设计和开发基于电力线技术的抄表系统和网络。但由于电力线设计的初衷是用来传输电能而非数据，信道中存在的强噪声干扰、信号的选择性衰落、电力网络中的负载阻抗不恒定、负载插拔等因素，使得电力线通信的通信距离严重受限，通信可靠性不高。针对上述问题，目前研究主要从物理层和网络两方面入手。物理层主要依托于信号的调制解调和带宽等方面进行发展，而网络层面则通过中继转发和网关节点选择来提升电力线通信的可靠性和效率。所有的这一切都基于网络稳定的前提下进行实现，而如何快速实现网络稳定则是实现稳定通信的前提，现有技术通过申请入网和确认入网的方式，或采用枚举法进行网络尝试的方式效率较低，且稳定性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供基于电力线载波通信的组网方法，该方法包括：

发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，

如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；

如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则记录父节点地址、信噪比和信号强度；

如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；

如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。

进一步地，如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧，具体包括为加入相同的转发信息，同时记录信息来源的上一级地址以及收到信号时的信噪比和信号强度。

进一步地，所述抄表帧在转发时记录该帧的序列号。

进一步地，还包括当节点收到相同的抄表帧时，则不进行转发，但要将该帧的信噪比和信号强度与前一帧进行对比，若信噪比高但信号强度小于前一帧且大于标准阈值，则将该帧的来源地址、信噪比和信号强度进行记录。

进一步地，如果抄表帧的的目标地址不同时，则存储在第二或三个存储空间里。

一种基于电力线载波通信的组网装置，该装置包括：

发送模块，用于发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，

转发模块，用于如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；

判断模块，如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则记录父节点地址、信噪比和信号强度；

再次转发模块，用于如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；

选择模块，用于如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。

进一步地，所述转发模块还包括为加入相同的转发信息，同时记录信息来源的上一级地址以及收到信号时的信噪比和信号强度。

进一步地，所述转发模块的抄表帧在转发时记录该帧的序列号。

进一步地，还包括对比模块，用于当节点收到相同的抄表帧时，则不进行转发，但要将该帧的信噪比和信号强度与前一帧进行对比，若信噪比高但信号强度小于前一帧且大于标准阈值，则将该帧的来源地址、信噪比和信号强度进行记录。

进一步地，如果抄表帧的的目标地址不同时，则存储在第二或三个存储空间里。

按照本发明提供的基于电力线载波通信的组网方法及装置与现有技术相比具有如下优点：本发明专利提供的方法针对大规模电力线通信网络中的节点，能够实现快速抄读，随时组建网络，网络调整效率高。在通信过程中即实现了组网的方式，无需单独的组网动作，且线路可实时维护，不用预留维护时间。通过使用了选择对比并设定了时效的机制，保证网络的长期有效并适时进行重置。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方案的工作流程图,

图2是根据本发明一个实施方案的结构示意图。

具体实施方式

为清楚的说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。应当理解的是，在全部的附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

如图1所示。基于电力线载波通信的组网方法，该方法包括：

S101，发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，所述抄表帧在转发时记录该帧的序列号。所述网关节点是指电力线载波网络与外网的中转节点，起到网关的作用，通过网关可以管理电力线载波网络。

洪泛帧指的是所有节点听到后进行层级和序号判断后，都可以进行转发的广播帧。

S102，如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；包括为加入相同的转发信息，同时记录信息来源的上一级地址以及收到信号时的信噪比和信号强度。信噪比指的是可从寄存器中读取的信号与噪声的比值，是硬件设备所必有的信息，信号强度为该信号到达节点时信号的电压幅值。

阈值为硬件设计中信号能够稳定可靠接收所对应的信噪比和信号强度。转发中所记录的地址、信号强度和信噪比以及转发级数用于节点的判断。

S103，如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则执行步骤S106；

S104，如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；转发级数上限为7级。节点记录地址、信噪比和信号强度用于对比后续抄表帧发送的节点是否可能成为更优的节点。

S105，如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。

S106，记录父节点地址、信噪比和信号强度

还包括当节点收到相同的抄表帧时，则不进行转发，但要将该帧的信噪比和信号强度与前一帧进行对比，若信噪比高但信号强度小于前一帧且大于标准阈值，则将该帧的来源地址、信噪比和信号强度进行记录，作为下一次来帧的优选父节点。以免信道上有过多的数据占用信道，形成冲突。信号强度和信噪比的标准阈值为S2中作为转发的阈值，若信号小于这个阈值则认为是无价值的父节点稳定性较差。信号强度小于前一帧的信息则是可靠的信道线路下，值越小的则表示路径相对较远。若信噪比和信号强度都小于已经记录的值，则以信噪比高的为优选。即遵循信噪比越高且信号强度越低的父节点为优选，一方面保证信号的稳定性，另一方面优化级数避免级数过多导致的时间延迟。

如果抄表帧的的目标地址不同时，则存储在第二或三个存储空间里。存储空间最多留3个，即每个节点拥有最多3个优选父节点，若超过3个则第四次抄表时从其中挑选最差的进行替换。

唯一父节点为节点可转发的上一级节点，当上行帧时，则目标节点变成发起节点，而网关节点变为目标节点，则父节点为自下向上的父节点信息。3次判断建立在电力线通信的时变性分析的基础之上。

下一次抄表帧来临时，仅响应唯一父节点的帧。

仅响应唯一父节点的帧是为了减少不必要的信道占用，并提高目标节点的相应时间，同时减少目标节点的判断，提高工作效率。

在集中器不进行抄表时，网关节点自动发送网络维护帧，用户网络判断。

网络维护帧与抄表帧格式类似，但是不包含数据信息，仅包含此帧为维护帧的信息，用于网络选择和判别，帧结构较简单，占用信道资源小。在发送网络维护帧的同时，若抄表帧来临，则优先强制快速发送静默帧，节点根据父节点进行转发或洪泛转发。为了能够更高效的进行抄表和组网。

当节点超过一定时间未收到唯一父节点的帧时，则清除唯一父节点信息，重新选取并存储。

清除父节点信息是避免网络变化、噪声情况变化、表库变化、表变化等因素导致的网络变动，避免无休止的等待导致网络瘫痪。

点所记录的父节点信息则为最优路径，且由于所有数据帧中都包含了各级的节点，则网关节点也知道最优路径，网关节点在必要时刻可以发送清除帧，清除指定节点的父节点或全部节点的父节点信息。

如图2所示。一种基于电力线载波通信的组网装置，该装置包括：

发送模块201，用于发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，

转发模块202，用于如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；

判断模块203，如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则记录父节点地址、信噪比和信号强度；

再次转发模块204，用于如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；

选择模块205，用于如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。

所述转发模块204还包括为加入相同的转发信息，同时记录信息来源的上一级地址以及收到信号时的信噪比和信号强度。

所述转发模块204的抄表帧在转发时记录该帧的序列号。

还包括对比模块，用于当节点收到相同的抄表帧时，则不进行转发，但要将该帧的信噪比和信号强度与前一帧进行对比，若信噪比高但信号强度小于前一帧且大于标准阈值，则将该帧的来源地址、信噪比和信号强度进行记录。

如果抄表帧的的目标地址不同时，则存储在第二或三个存储空间里。

综上所述，以上所述内容仅为本发明的实施例，仅用于说明本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。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 (10)

1.一种基于电力线载波通信的组网方法，其特征在于，该方法包括：

发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，

如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；

如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则记录父节点地址、信噪比和信号强度；

如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；

如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。

2.如权利要求1所述的基于电力线载波通信的组网方法，其特征在于：如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧，具体包括为加入相同的转发信息，同时记录信息来源的上一级地址以及收到信号时的信噪比和信号强度。

3.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的组网方法，其特征在于：所述抄表帧在转发时记录该帧的序列号。

4.如权利要求1所述的基于电力线载波通信的组网方法，其特征在于：还包括当节点收到相同的抄表帧时，则不进行转发，但要将该帧的信噪比和信号强度与前一帧进行对比，若信噪比高但信号强度小于前一帧且大于标准阈值，则将该帧的来源地址、信噪比和信号强度进行记录。

5.如权利要求1所述的基于电力线载波通信的组网方法，其特征在于：如果抄表帧的的目标地址不同时，则存储在第二或三个存储空间里。

6.一种基于电力线载波通信的组网装置，其特征在于：该装置包括：

发送模块，用于发送以洪泛帧形式的抄表帧至目标节点，

转发模块，用于如果非目标地址且所述抄表帧并未进行过转发，同时转发级数并未到达上限，则转发抄表帧；

判断模块，如果非目标地址且所述抄表帧进行过转发，则根据信噪比和信号强度判断是否为父节点，如果是，则记录父节点地址、信噪比和信号强度；

再次转发模块，用于如果信噪比和信号强度同时高于阈值X1时，进行转发包括自己的地址、信号强度、信噪比和转发级数的抄表帧；

选择模块，用于如果目标节点为最终地址，根据层级对比，判断更优的路径和层级，当相同的信号强度和信噪比区间出现时，则选择层级较低的。

7.如权利要求6所述的基于电力线载波通信的组网装置，其特征在于：所述转发模块还包括为加入相同的转发信息，同时记录信息来源的上一级地址以及收到信号时的信噪比和信号强度。

8.如权利要求7所述的基于电力线载波通信的组网装置，其特征在于：所述转发模块的抄表帧在转发时记录该帧的序列号。

9.如权利要求6所述的基于电力线载波通信的组网装置，其特征在于：还包括对比模块，用于当节点收到相同的抄表帧时，则不进行转发，但要将该帧的信噪比和信号强度与前一帧进行对比，若信噪比高但信号强度小于前一帧且大于标准阈值，则将该帧的来源地址、信噪比和信号强度进行记录。

10.如权利要求6所述的基于电力线载波通信的组网装置，其特征在于：

如果抄表帧的的目标地址不同时，则存储在第二或三个存储空间里。