CN108521288A - 电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，涉及电力线载波通信技术领域，包括以下步骤：组网步骤：从节点以预设发射功率上电组网；调整量确定步骤：从节点接收组网完成的中继节点的反馈信息，当反馈信息中的变量达到预设阈值时，根据变量确定调整量；动态调整步骤：从节点根据调整量动态调整发射功率。本发明解决了固定发射功率导致节点间的载波监听碰撞率过大的问题，主要用于电力线载波通信中控制冲突域的范围。

Description

电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法

技术领域

本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别涉及一种电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法。

背景技术

电力载波通信即PLC，以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信，电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。随着国家智能电网和物联网建设的全面展开，电力线载波通信技术凭借电力线天然资源优势得到大范围的推广和应用，已成为智能电网本地接入最主要的通信方式。

目前一般利用基于电力载波通信的宽带抄表系统对家庭用电信息进行采集，在宽带载波抄表系统中，通常定义了三种角色：中央协调器CCO、代理协调器PCO和站点STA。CCO是网络中的主节点，负责完成组网控制、网络维护管理等功能；STA为从节点，负责完成相应电表信息采集和状态上报，同时充当PCO角色，进行站点间数据的中继转发；宽带载波通信网络通常是以CCO为中心、以PCO为代理中继、连接所有的STA的多层级树形网络。

随着电力线载波通信技术的应用越来越广泛，人们对通过电力线媒介进行信息传输的吞吐量和可靠性要求也越来越严格。但是随着电力载波通信的大规模应用，需要通信的节点数量也越来越多，随着节点数量的增加，广播的应用非常普遍，例如国网标准支持的上千从节点同时对家庭用电信息进行抄表，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则被CSMA/CD协议(即带冲突检测的载波监听多路访问技术)判定为冲突，从而就构成了冲突域。

现有电力线载波通信过程中，都采用固定的发射功率，而节点间固定的发射功率很多时候并不一定是通信质量最好的发射功率，这样会增加节点间冲突域的范围，从而会导致载波监听碰撞严重，进而导致数据传输效率低下，在此情况下，通过动态调节发射功率来控制冲突域的范围变得非常重要。

发明内容

本发明意在提供一种电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，能够动态调整节点间的发射功率以控制冲突域的范围。

为解决上述技术问题，本发明提供的基础方案如下：

电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，包括以下步骤：

组网步骤：从节点以预设发射功率上电组网；

调整量确定步骤：从节点接收组网完成的中继节点的反馈信息，当反馈信息中的变量达到预设阈值时，根据变量确定调整量；

动态调整步骤：从节点根据调整量动态调整发射功率。

名词解释：预设发射功率表示默认的正常发射功率。

基础方案的有益效果为：与现有的采用固定发射功率的方式相比，本发明中的从节点先以预设发射功率上电组网，从节点接收组网完成的中继节点的反馈信息，当反馈信息中的变量达到预设阈值时，根据变量确定调整量，再根据调整量动态调整发射功率，实现了电力线载波通信过程中功率的动态调整，对现有的通信效率不产生影响的前提下，控制了节点的发送功率，从而控制了冲突域的范围，减小载波监听的碰撞率。

进一步，所述调整量确定步骤包括以下步骤：

所述调整量确定步骤包括以下步骤：

S1：从节点获取变量并判断当前变量类型，如果变量的类型为信噪比并且信噪比达到预设阈值时，则对当前变量执行S2；如果变量的类型为正确性反馈，则对当前变量执行S3；

S2的步骤包括：

S2-1：从节点根据发射功率与通信阈值之差获得功率余量；

S2-2：从节点根据中继节点接收的信噪比和功率余量确定功率调整量；

S3的步骤包括：

S3-1：从节点根据正确性反馈统计信息发送的误包率；

S3-2：从节点根据当前信息误包率与误包率的最大阈值和最小阈值确定功率调整量。

名词解释：通信阈值表示保持正常通信的发射功率。

根据国网协议，当从节点组网完成后，中继节点反馈给从节点一个反馈信息，反馈信息中携带有中继节点接收从节点信息的信噪比，因此，当从节点检测到通信返回的数据中有信噪比时，即电力线载波通信遵循国网协议时，通过信噪比，控制发射功率；

根据非国网协议，当从节点组网完成后，从节点根据中继节点的正确性反馈统计信息发送的误包率，从节点根据误包率来推算发射功率需要提高或者降低。

进一步，所述S2-2步骤包括：

S2-2-1：从节点统计中继节点接收的信噪比并计算出平均信噪比值；

S2-2-2：功率余量与平均信噪比的差值为当前功率调整量。

从节点向中继节点发送多次信息，并计算出中继节点接收的信噪比的平均值，当前功率调整量为功率余量与平均信噪比的差值，避免其他因素的干扰导致信噪比出错，从而提高功率调整量的准确性。

进一步，所述S3-2步骤包括：

S3-2-1：判断该误包率是否落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间；若是，结束操作；若否，则执行S3-2-2；

S3-2-2：将该误包率与最大阈值和最小阈值进行比较，若当前误包率大于最大阈值，则根据预先设定的调整规则确定增加的功率调整量；若当前误包率小于最小阈值，则根据预先设定的调整规则确定减小的功率调整量。

误包率的最大阈值和最小阈值为正常通信时误包率的区间范围值,误包率落在最大阈值和最小阈值之间，则表示发射功率不需要调整；当误包率落在最大阈值和最小阈值之外的范围，则表示发射功率需要提高或降低。当数据发送的包的误包率大于所规定的最大阈值时，则要通过提高发射功率，来改善传输质量，以保证数据的正确传输；当包的误包率低于最小阈值时，表明当前数据传输状态良好，可以尝试降低发射功率来省电，最终使得误包率在最大阈值和最小阈值之间，达到既满足传输要求，又节省功耗的目的。

进一步，所述S3-2-2的步骤包括：

S3-2-2-1：当前误包率大于最大阈值，调整发射功率上升预设单位值的功率调整量；当前误包率小于最小阈值，调整发射功率下降预设单位值的功率调整量；所述上升预设单位值大于所述下降预设单位值；调整发射功率后的从节点重新获取当前误包率，并判断当前误包率是否落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间；若是，则结束；若否，则执行S3-2-2-2；

S3-2-2-2：循环执行S3-2-2-1，直至该误包率落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间。

当误包率落在最大阈值和最小阈值之外的范围，可以分步调整发射功率，每一步的调整量可为提前设置的上升预设单位值和下降预设单位值，例如，当前误包率大于最大阈值，上升预设单位值为当前发射功率与发射功率最大值之差的十分之一；当前误包率小于最小阈值，下降预设单位值为当前发射功率与发射功率最大值之差的二十分之一；上升预设单位值大于下降预设单位值，也就是发射功率上调快，下调慢，在保证能正常通信的前提下，再微调发射功率。

进一步，所述动态调整步骤包括：

S4：判断当前功率调整量，如果功率调整量来自S2-2-2，则执行S4-1；如果功率调整量来自S3-2-2，则执行S4-2；

S4-1：发射功率减去功率调整量即为调整后的发射功率；

S4-2：若当前误包率大于最大阈值，发射功率加上功率调整量即为调整后的发射功率；若当前误包率小于最小阈值，发射功率减去功率调整量即为调整后的发射功率。

进一步，当从节点与组网完成的中继节点掉线时，从节点提高预设发射功率进行重新组网。

当从节点与组网完成的中继节点掉线时，可以尝试漫游，具体地，从节点提高预设发射功率进行重新组网，提高预设发射功率是为了避免从节点频繁切换中继节点对网络的稳定性造成影响。

进一步，还包括以下步骤：先执行步骤S2确定功率调整量并得到调整后的发射功率，并判断以调整后的发射功率获取的误包率是否高于误包率的最大阈值，当误包率高于误包率的最大阈值时，再执行步骤S3-2-2重新调整发射功率。

执行步骤S2确定功率调整量并得到调整后的发射功率，此时虽然降低了发射功率，节省了功耗，但是不排除降低发射功率后对数据传输质量造成影响，所以需要判断以调整后的发射功率获取的误包率是否高于误包率的最大阈值，当误包率高于误包率的最大阈值时，则说明降低后的发射功率不能保证正常通信，需要在这个基础之上暂时提高发射功率，也就需要执行步骤S3-2-2提高发射功率，将国网协议和非国网协议中的两个调节步骤结合起来，以达到精准控制发射功率的目的，使发射功率达到更合理的功率范围；当误包率落在误包率的最小阈值和最大阈值之间时，则说明采用步骤S2降低后的发射功率是合适的，不需要再执行步骤S3-2-2。

附图说明

图1为本发明电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法实施例的从节点和中继节点的拓扑结构图；

图2为图1所示本发明电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

如图1和图2所示，本发明电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，包括以下步骤：

组网步骤：从节点以预设发射功率上电组网；具体地，同时对待组网的从节点和中继节点的设备进行上电，从节点以预设发射功率并以广播的形式发送组网命令，接收组网命令的中继节点完成与从节点的组网；

调整量确定步骤：从节点接收组网完成的中继节点的反馈信息，当反馈信息中的变量达到预设阈值时，根据变量确定调整量；

动态调整步骤：从节点根据调整量动态调整发射功率。

一、其中的调整量确定步骤包括以下步骤：

S1：从节点获取变量并判断当前变量类型和变量是否到达预设阈值，如果变量的类型为信噪比并且信噪比达到预设阈值时，则对当前变量执行S2；如果变量的类型为正确性反馈，则对当前变量执行S3，其中正确性反馈指的是中继节点接收从节点发送的信息包的正确与错误的反馈；根据国家电网的传输协议，单播包的SACK里面有一个信噪比的域，可以存放信噪比的值供从节点使用；而对于非国网协议而言，单播包的SACK里面的域用于存放中继节点接收信息的正确性反馈；

S2的步骤包括：

S2-1：从节点根据发射功率与通信阈值之差获得功率余量；

S2-2：从节点根据中继节点接收的信噪比和功率余量确定功率调整量；

S2-2步骤包括：

S2-2-1：从节点统计中继节点接收的信噪比并计算出平均信噪比值；

S2-2-2：功率余量与平均信噪比的差值为当前功率调整量。

S3的步骤包括：

S3-1：从节点根据正确性反馈统计信息发送的误包率；

S3-2：从节点根据当前信息误包率与误包率的最大阈值和最小阈值确定功率调整量，预设阈值包括误包率的最大阈值和最小阈值。

S3-2步骤包括：

S3-2-1：判断该误包率是否落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间；若是，结束操作；若否，则执行S3-2-2；

S3-2-2：将该误包率与最大阈值和最小阈值进行比较，若当前误包率大于最大阈值，则根据预先设定的调整规则确定增加的功率调整量；若当前误包率小于最小阈值，则根据预先设定的调整规则确定减小的功率调整量；例如，当前发送功率为Pt，SACK返回当前包的误包率为Per，最大阈值为PerHigh，最小阈值为PerLow。则如果Per>PerHigh，那么提高Pt，如果Per<PerLow，则尝试降低Pt，如果PerLow<＝Per<＝PerHigh，则认为这个Pt是合适的，可以继续使用这个发射功率。

S3-2-2的步骤包括：

S3-2-2-1：当前误包率大于最大阈值，调整发射功率上升预设单位值的功率调整量；当前误包率小于最小阈值，调整发射功率下降预设单位值的功率调整量；上升预设单位值大于所述下降预设单位值；调整发射功率后的从节点重新获取当前误包率，并判断当前误包率是否落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间；若是，则结束；若否，则执行S3-2-2-2；

S3-2-2-2：循环执行S3-2-2-1，直至该误包率落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间。

具体地，可以分步调整发射功率，每一步的调整量可为提前设置的上升预设单位值和下降预设单位值，例如，当前误包率大于最大阈值，上升预设单位值为当前发射功率与发射功率最大值之差的十分之一；当前误包率小于最小阈值，下降预设单位值为当前发射功率与发射功率最大值之差的二十分之一；上升预设单位值大于下降预设单位值，也就是发射功率上调快，下调慢，在保证能正常通信的前提下，再微调发射功率。

二、其中的动态调整步骤包括：

S4：判断当前功率调整量，如果功率调整量来自S2-2-2，则执行S4-1；如果功率调整量来自S3-2-2，则执行S4-2；

S4-1：发射功率减去功率调整量即为调整后的发射功率；具体地，可按照以下公式计算调整后的发射功率：Pt–(Pm–Sd)，其中Pt为从节点的发射功率，Pm为从节点的功率余量，Sd为获得的平均信噪比；

S4-2：若当前误包率大于最大阈值，发射功率加上功率调整量即为调整后的发射功率；若当前误包率小于最小阈值，发射功率减去功率调整量即为调整后的发射功率。

综上所述，本发明对于某个组网完成的从节点，在获取到足够的数据(信噪比或者正确性反馈)后，即达到提前设置的预设阈值时，控制发射功率缓慢下降，进入自适应调整过程，其中广播包的发射功率与该从节点的中继节点的单播发射功率相同，实现了电力线载波通信过程中功率的动态调整，对现有的通信效率不产生影响的前提下，控制了节点的发送功率，从而控制了冲突域的范围，减小载波监听的碰撞率。

三、步骤S2和步骤S3结合的情况

执行步骤S2确定功率调整量并得到调整后的发射功率，此时虽然降低了发射功率，节省了功耗，但是不排除降低发射功率后对数据传输质量造成影响，所以需要判断以调整后的发射功率获取的误包率是否高于误包率的最大阈值，当误包率高于误包率的最大阈值时，则说明降低后的发射功率不能保证正常通信，需要在这个基础之上暂时提高发射功率，也就需要执行步骤S3-2-2提高发射功率；当误包率落在误包率的最小阈值和最大阈值之间时，则说明采用步骤S2降低后的发射功率是合适的，不需要再执行步骤S3-2-2；将国网协议和非国网协议中的两个调节步骤结合起来，以步骤S2为主，步骤S3为辅进行调节，以达到精准控制发射功率的目的，使发射功率达到更合理的功率范围。

四、从节点组网后掉线的情况

当从节点与组网完成的中继节点掉线时，可以尝试漫游，具体地，从节点提高预设发射功率进行重新组网，完成组网后再执行步骤S2或者步骤S3或者步骤S2和步骤S3的结合三种方式中的一种来对发射功率进行动态的调整，提高预设发射功率是为了避免从节点频繁切换中继节点对网络的稳定性造成影响。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：

组网步骤：从节点以预设发射功率上电组网；

调整量确定步骤：从节点接收组网完成的中继节点的反馈信息，当反馈信息中的变量达到预设阈值时，根据变量确定调整量；

动态调整步骤：从节点根据调整量动态调整发射功率。

2.根据权利要求1所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：所述调整量确定步骤包括以下步骤：

S1：从节点获取变量并判断当前变量类型，如果变量的类型为信噪比并且信噪比达到预设阈值时，则对当前变量执行S2；如果变量的类型为正确性反馈，则对当前变量执行S3；

S2的步骤包括：

S2-1：从节点根据发射功率与通信阈值之差获得功率余量；

S2-2：从节点根据中继节点接收的信噪比和功率余量确定功率调整量；

S3的步骤包括：

S3-1：从节点根据正确性反馈统计信息发送的误包率；

S3-2：从节点根据当前信息误包率与误包率的最大阈值和最小阈值确定功率调整量。

3.根据权利要求2所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：所述S2-2步骤包括：

S2-2-1：从节点统计中继节点接收的信噪比并计算出平均信噪比值；

S2-2-2：功率余量与平均信噪比的差值为当前功率调整量。

4.根据权利要求2所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：所述S3-2步骤包括：

S3-2-1：判断该误包率是否落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间；若是，结束操作；若否，则执行S3-2-2；

S3-2-2：将该误包率与最大阈值和最小阈值进行比较，若当前误包率大于最大阈值，则根据预先设定的调整规则确定增加的功率调整量；若当前误包率小于最小阈值，则根据预先设定的调整规则确定减小的功率调整量。

5.根据权利要求4所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：所述S3-2-2的步骤包括：

S3-2-2-1：当前误包率大于最大阈值，调整发射功率上升预设单位值的功率调整量；当前误包率小于最小阈值，调整发射功率下降预设单位值的功率调整量；所述上升预设单位值大于所述下降预设单位值；调整发射功率后的从节点重新获取当前误包率，并判断当前误包率是否落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间；若是，则结束；若否，则执行S3-2-2-2；

S3-2-2-2：循环执行S3-2-2-1，直至该误包率落在误包率的最大阈值和最小阈值范围之间。

6.根据权利要求3或4所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：所述动态调整步骤还包括：

S4：判断当前功率调整量，如果功率调整量来自S2-2-2，则执行S4-1；如果功率调整量来自S3-2-2，则执行S4-2；

S4-1：发射功率减去功率调整量即为调整后的发射功率；

S4-2：若当前误包率大于最大阈值，发射功率加上功率调整量即为调整后的发射功率；若当前误包率小于最小阈值，发射功率减去功率调整量即为调整后的发射功率。

7.根据权利要求1所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：

当从节点与组网完成的中继节点掉线时，从节点提高预设发射功率进行重新组网。

8.根据权利要求4所述的电力线载波通信中控制冲突域的自适应方法，其特征在于：还包括以下步骤：

先执行步骤S2确定功率调整量并得到调整后的发射功率，并判断以调整后的发射功率获取的误包率是否高于误包率的最大阈值，当误包率高于误包率的最大阈值时，再执行步骤S3-2-2重新调整发射功率。