CN107274654A - 一种电力载波网络的路由协议 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力载波网络的路由协议，该协议采用可达性网络拓扑，所述可达性网络拓扑包括三层子网络，分别为第一层子网络level 1，第二层子网络level 2和第三层子网络level 3，每一层子网络中均包含多个相互之间直接通讯的电表，电表采集器DC与第一层子网络level 1中的第一通讯电表双向通讯，所述第一通讯电表与第二层子网络level 2中的第二通讯电表双向通讯，所述第二通讯电表与第三层子网络level 3中的第三通讯电表双向通讯。本发明可以应用于拓扑未知的网络。在干扰较大的环境中，大于60台电表的网络里，本协议可以有效利用75%的带宽，比起电力载波NRP协议，本发明大大降低了数据采集的延迟。

Description

一种电力载波网络的路由协议
技术领域
本发明涉及电力载波自动抄表技术领域，尤其是一种电力载波网络的路由协议。
背景技术
电力载波通信具有噪声干扰强且具有时变性、信号衰减大、信道容量小等固有特点，其在具体应用中还存在很多不足；而在低压配电网中，除了具有上述载波通信固有特点外，其还具有物理拓扑结构未知的特点。因而，为了提高电力线通信可靠性，一方面可以从物理层的信道估计与选择、信道编码、滤波设计、功率分配、调制/解调方式等方面来考虑之外，另一方面也可以从电力线通信的组网方式、网络模型等角度来考虑，提高网络通信效率，抗干扰能力和可靠性，这样才能适应在相对恶劣的环境中进行数据传输。
目前经典的路由协议是轮询和邻居节点中继轮询（NRP），这两种协议无法很好的解决PLC网络中寂静节点的问题，在大规模网络和高通信可靠性要求的应用中，效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高电力载波网络的有效带宽、降低通信延迟的电力载波网络的路由协议。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电力载波网络的路由协议，该协议采用可达性网络拓扑，所述可达性网络拓扑包括三层子网络，分别为第一层子网络level 1，第二层子网络level 2和第三层子网络level 3，每一层子网络中均包含多个相互之间直接通讯的电表，电表采集器DC与第一层子网络level 1中的第一通讯电表双向通讯，所述第一通讯电表与第二层子网络level 2中的第二通讯电表双向通讯，所述第二通讯电表与第三层子网络level 3中的第三通讯电表双向通讯。
所述协议的报文包括原地址、目标地址、请求标志和数据。
所述协议包括两种帧：请求帧和数据帧，电表采集器DC通过发送请求帧，通知电表将计量数据上送给电表采集器DC；电表收到请求帧后，发送数据帧给电表采集器DC，并且将请求帧再次广播。
所述广播出去的帧称为广播帧，广播帧中包括相对于广播源的转发次数即hoplevel，在hop level大于4的时候，停止广播；在初始时，所有电表的hop level都标记为4；当转发广播帧时，将请求标志的hop level 加1后转发，并且将电表的hop level标记为此帧的hop level；当电表的hop level等于帧的hop level时，停止转发；当电表的hop level小于帧的hop level时，转发；当电表的hop leve大于帧的hop level时，将请求标志的hoplevel 加1，并且将电表的hop level标记为此帧的hop level，然后追加电表数据，转发。
由上述技术方案可知，在本协议下，包括“数据”帧和“请求”帧两种报文，电表在向电表采集器DC返回计量数据的同时，再次将广播帧向邻近的节点广播出去；根据数据的可达性，建立了与实际网络拓扑无关的可达性网络模型，因此，本发明可以应用于拓扑未知的网络。在干扰较大的环境中，大于60台电表的网络里，本协议可以有效利用75%的带宽，比起电力载波NRP协议，本发明大大降低了数据采集的延迟。
附图说明
图1是广播帧结构示意图；
图2是可达性网络拓扑结构示意图；
图3、图4均是本协议的广播路由示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种电力载波网络的路由协议，该协议采用可达性网络拓扑，所述可达性网络拓扑包括三层子网络，分别为第一层子网络level 1，第二层子网络level 2和第三层子网络level 3，每一层子网络中均包含多个相互之间直接通讯的电表，电表采集器DC与第一层子网络level 1中的第一通讯电表双向通讯，所述第一通讯电表与第二层子网络level 2中的第二通讯电表双向通讯，所述第二通讯电表与第三层子网络level 3中的第三通讯电表双向通讯。电表采集器DC如图2中所示的Data Concentrator。
所述协议的报文包括原地址、目标地址、请求标志和数据。
如图1所示，所述协议包括两种帧：请求帧和数据帧，电表采集器DC通过发送请求帧，通知电表将计量数据上送给电表采集器DC；电表收到请求帧后，发送数据帧给电表采集器DC，并且将请求帧再次广播。
如图4所示，所述广播出去的帧称为广播帧，广播帧中包括相对于广播源的转发次数即hop level，在hop level大于4的时候，停止广播；在初始时，所有电表的hop level都标记为4；当转发广播帧时，将请求标志的hop level 加1后转发，并且将电表的hop level标记为此帧的hop level；当电表的hop level等于帧的hop level时，停止转发；当电表的hop level小于帧的hop level时，转发；当电表的hop leve大于帧的hop level时，将请求标志的hop level 加1，并且将电表的hop level标记为此帧的hop level，然后追加电表数据，转发。
以下结合图1至4对本发明作进一步的说明。
在新一轮计量数据收集初始时，所有电表的跳跃数hop number都标记为4；
hop 1可以达到level 1中的“好的”电表，hop 2可以到达level 1中“坏的”电表，以及level 2中“好的”电表，hop 3可以到达level 3中“好的”电表以及level 2 中“坏的”电表，hop 4可以到达level 3中“坏的”电表；在这里，所述“好的”是指第一通讯电表，或第二通讯电表，或第三通讯电表；所述“坏的”是指除第一通讯电表之外的电表，或除第二通讯电表之外的电表，或除第三通讯电表之外的电表；
当电表采集器DC开始计量数据收集时，电表采集器DC广播带有请求标志为0的请求帧；由于信号衰减，该请求帧仅仅被level 1中靠近电表采集器DC的“好的”的电表收到，这些电表被标记为H1；
当H1电表收到请求帧时，发现源地址为DC，H1电表将计量数据插入到地址域中，修改源地址为电表地址，将请求标志加1，然后重新广播，然后将本机的hop number设为1；
H1发送的广播帧会被电表采集器DC、level 1中的所有电表、level 2中好的电表收到；
当level 1中其他H1收到来源于H1的广播帧时，直接丢弃，即当电表的hop number等于请求标志的hop level时，丢弃该帧；
当H1的广播帧被H2电表收到时，因为H2的Hop number大于广播帧中请求标志的hoplevel，所以该帧被H2电表处理，即添加计量数据，更改源地址和目的地址，将请求标志中的hop level加1，重新广播；
当H1收到H2的广播帧时，由于广播帧中的hop level大于H1的hop number，所以不做处理，直接广播；
当H3收到H2的广播帧时，因为H3的hop number（4）大于广播帧中期请求标志的hoplevel，所以该帧被H3电表处理，即添加数据，更改源地址和目的地址，将请求标志中的hoplevel加1，重新广播；
当其他H3收到该广播帧时，由于广播帧中的hop level等于hop number，直接丢弃；
当H4收到该广播帧时，由于H4的hop number（4）大于广播帧中请求标志的hop level（3），所以该帧被处理，即添加计量数据，更改源地址和目的地址，将请求标志加1，然后重新广播，将本机的hop number设置为3。
本发明适用于复杂网络拓扑结构的低压电力线路载波通信，该协议与载波侦听多路访问（CSMA/CA）的数据链路层协议，宽带或者窄带载波的物理层协议，一起组成的协议栈适用于300至600个终端的电力线路网络。
该协议的适用场景包括1个或多个电表采集器DC和多个电力终端，比如电表。单个电表采集器DC可以和多个电力终端组成子网络，各个子网络之间可以使用同样的电力载波通讯或者其他通讯方式。
当一个抄表周期开始时，首先由电表采集器DC发出抄表初始化的广播帧，各个电力终端，收到初试化广播帧后，将本节点的hop number设置为4，初试化广播帧的转发或者丢弃的判断条件和后续的数据广播帧相同。在转发时，修改请求标志，源地址和目的地址，并不修改数据域。
然后按照图4的转发广播判断条件，开始广播抄表报文。

Claims (4)

1.一种电力载波网络的路由协议，其特征在于：该协议采用可达性网络拓扑，所述可达性网络拓扑包括三层子网络，分别为第一层子网络level 1，第二层子网络level 2和第三层子网络level 3，每一层子网络中均包含多个相互之间直接通讯的电表，电表采集器DC与第一层子网络level 1中的第一通讯电表双向通讯，所述第一通讯电表与第二层子网络level 2中的第二通讯电表双向通讯，所述第二通讯电表与第三层子网络level 3中的第三通讯电表双向通讯。
2.根据权利要求1所述的电力载波网络的路由协议，其特征在于：所述协议的报文包括原地址、目标地址、请求标志和数据。
3.根据权利要求1所述的电力载波网络的路由协议，其特征在于：所述协议包括两种帧：请求帧和数据帧，电表采集器DC通过发送请求帧，通知电表将计量数据上送给电表采集器DC；电表收到请求帧后，发送数据帧给电表采集器DC，并且将请求帧再次广播。
4.根据权利要求3所述的电力载波网络的路由协议，其特征在于：所述广播出去的帧称为广播帧，广播帧中包括相对于广播源的转发次数即hop level，在hop level大于4的时候，停止广播；在初始时，所有电表的hop level都标记为4；当转发广播帧时，将请求标志的hop level 加1后转发，并且将电表的hop level标记为此帧的hop level；当电表的hoplevel等于帧的hop level时，停止转发；当电表的hop level小于帧的hop level时，转发；当电表的hop leve大于帧的hop level时，将请求标志的hop level 加1，并且将电表的hoplevel标记为此帧的hop level，然后追加电表数据，转发。
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