CN109714078A - 数据上行传输的信令交互方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据上行传输的信令交互方法及系统，该信令交互方法包括：步骤S1，源节点获得路由列表，结合数据传输业务的需求参数，生成数据传输请求帧，发送给路由列表的下一跳节点；步骤S2，中间节点接收到来自上一跳节点的数据传输请求帧，提取信噪比和需求参数；步骤S3，中间节点判断链路是否满足可靠性要求，如果满足则转到步骤S4；步骤S4，中间节点将数据传输请求帧发送给下一跳节点，下一跳节点重复S2～S4，直到数据传输请求帧传至中心节点；步骤S5，中心节点建立传输路径，生成数据传输应答帧并发送到源节点；步骤S6，源节点收到数据传输应答帧后发送数据。该信令交互方法及系统能够保证HPLC网络数据上行传输的可靠性，提高数据的传输效率。

Description

数据上行传输的信令交互方法及系统

技术领域

本发明是关于电力线载波通信领域，特别是关于一种数据上行传输的信令交互方法及系统。

背景技术

高速电力线载波(简称HPLC)是目前国内用电信息采集系统建设的主要通信手段之一，在用电信息采集系统中，利用该手段主要完成居民用户到配电变压器之间的通信，完成数据采集和费控等功能应用。

目前电力线载波通信的上行数据传输大多采用逐跳逐级中继转发的方式。根据具体路由方法，高速电力线载波通信(HPLC)模块将路由表与CSMA/CA等信道接入控制方法相结合，以逐跳路由的方式进行数据的上行传输，根据网络的情况自动进行路由。然而这种方式是集中器通过对载波模块的轮询，利用排列组合的方式穷举传输出有效中继路径，在数据上行传输过程中，这种方式比较容易收到物理层载波信道质量的影响，当信道环境劣化时丢包率比较高，并造成数据包的反复重传，使得带宽被浪费，同时造成大量冲突和碰撞，严重降低数据的传输效率。在高速电力线通信(HPLC)网络应用过程中表现出抄收时间长成功率低等问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据上行传输的信令交互方法及系统，其能够保证HPLC网络数据上行传输的可靠性，提高数据的传输效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种数据上行传输的信令交互方法，该信令交互方法应用于HPLC网络数据从终端的源节点到中心节点的上行传输过程，该信令交互方法包括：步骤S1，所述源节点获得所述源节点到所述中心节点的路由列表，结合数据传输业务的需求参数，生成数据传输请求帧，发送给路由列表的下一个终端节点；步骤S2，中间节点接收到来自上一跳节点的所述数据传输请求帧，提取出在提取窗口期间的信噪比和所述数据传输业务的需求参数；步骤S3，所述中间节点结合所提取的所述信噪比以及所述数据传输业务的需求参数，判断本条链路是否满足所述数据传输业务的可靠性要求，如果满足所述可靠性要求，则转到步骤S4；步骤S4，所述中间节点将所述数据传输请求帧继续发送给下一跳的节点，该下一跳的节点重复步骤S2到步骤S4，直到所述数据传输请求帧传输至所述中心节点；步骤S5，所述中心节点建立传输路径，生成数据传输应答帧，并反向发送到所述源节点；步骤S6，所述源节点接收到来自所述中心节点的所述数据传输应答帧后开始发送数据。

在一优选的实施方式中，所述步骤S3还包括：所述中间节点结合所提取的所述信噪比以及所述数据传输业务的需求参数，判断本条链路是否满足所述数据传输业务的可靠性要求，如果不满足所述可靠性要求，则所述中间节点生成所述数据传输应答帧，拒绝建立数据传输路径，并发送给源节点。

在一优选的实施方式中，在所述源节点向所述中心节点发送数据结束后，所述信令交互方法还包括：步骤S7，所述源节点生成数据传输结束帧，沿着所述传输路径发送到所述中心节点，而所述传输路径中的各个中间节点在收到所述数据传输结束帧之时，释放所分配的带宽资源，直到所述中心节点释放所配置的资源。

在一优选的实施方式中，所述需求参数包括数据传输速率以及链路可靠性。

在一优选的实施方式中，所述中间节点判断本条链路是否满足所述数据传输业务的可靠性要求包括：

设所述本条链路为链路ij，所述中间节点计算出链路ij的链路可靠性P_ij，算法如下：

P_ij＝ρ_ij+(1-ρ_ij)+(1-ρ_ij)²·ρ_ij，

其中，SNR_th为信噪比阈值，SNR_i,j为所述链路ij的信噪比，T为所述提取窗口期间；

所述中间节点将计算出的所述链路可靠性P_ij以及所述链路ij的数据传输速率V_ij，与提取的所述需求参数中的所述数据传输速率V_B以及所述链路可靠性P_robust进行比较，若满足P_ij≥P_robust且V_ij＝V_B，则所述中间节点判断所述链路ij满足所述数据传输业务的可靠性要求。

在一优选的实施方式中，所述数据传输请求帧、所述数据传输应答帧、所述数据传输结束帧的帧结构均包括帧头、控制位、目的地址、源地址、路由地址、校验序列以及帧结束位。

在一优选的实施方式中，所述控制位用于设置帧的类型，所述类型包括所述数据传输请求帧、所述数据传输应答帧以及所述数据传输结束帧。

本发明还提供了一种数据上行传输的信令交互系统，该信令交互系统应用于HPLC网络数据从终端的源节点到中心节点的上行传输过程，其特征在于，该信令交互系统包括多个上行信令处理模块，所述HPLC网络的各个节点中均配置所述上行信令处理模块，所述上行信令处理模块用于执行权利要求1所述的信令交互方法。

与现有技术相比，根据本发明的数据传输的数据上行传输的信令交互方法及系统，在HPLC网络的数据上行传输过程中引入了“面向连接”的思想，提出上行传输信令技术，通过源节点到中心节点之间的信令交互，对路由所经过的节点和链路进行配置，确保上行链路的可靠性，建立“端到端”的可靠传输路径。还定义了三种信令帧结构，即“数据传输请求帧”、“数据传输应答帧”和“数据传输结束帧”，并设计了轻量级的帧结构以及信令帧交互流程，以较小的复杂度实现数据的端到端高可靠传输，能够为智能用电和用电信息采集通信提供可靠、稳定解决方案，全面支撑用电信息采集系统通信规模化建设。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的数据上行传输的信令交互方法的流程示意图；

图2是根据本发明一实施方式的信令帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了解决现有技术的问题，本发明提出一种数据传输的数据上行传输的信令交互方法及系统，引入了“面向连接”的思想，从数据传输开始到结束过程中采用信令机制，在开始发送数据帧之前，通过源节点与中心节点之间的信令交互，建立“端到端”的可靠传输路径，路由途经的各个中间节点都设置好通信的带宽、时隙以及信号功率等参数；所有数据帧都完成上行传输之后，通过信令交互解除该传输路径。通过该方法可以保证HPLC网络数据上行传输的可靠性，尤其大数据量的上报。

本发明的原理如下：数据传输的数据上行传输的信令交互系统中的每个节点都内嵌一个上行信令处理模块。通过源节点到中心节点之间的信令交互，对路由所经过的节点和链路进行配置，确保上行链路的可靠性，建立“端到端”的可靠传输路径。

信令机制定义了三种信令帧：数据传输请求帧、数据传输应答帧以及数据传输结束帧。信令交互原理如下：终端源节点在发起数据传输之前，根据路由计算结果生成数据传输请求帧，沿上行路由经过的中间节点向中心节点发送数据传输请求帧。中间节点根据数据传输请求帧，判断节点和链路是否满足通信可靠性等要求，并对节点进行配置。数据传输应答帧用于中心节点或中间节点向终端源节点反馈是否可以建立传输路径。源节点在建立传输路径后启动并完成数据传输，最后向中心节点发送数据传输结束帧通知各中间节点解除传输路径。

图1是根据本发明一实施方式的数据上行传输的信令交互方法的流程示意图。该信令交互方法应用于HPLC网络数据从终端的源节点到中心节点的上行传输过程，在本实施方式的数据上行传输的信令交互系统中，设定HPLC网络由1个中心节点(如集中器)和N个终端源节点(如采集器)，每个节点中设置一个上行信令处理模块，用于进行信令交互处理。

在一实施方式中，HPLC网络数据上行传输的信令交互方法包括步骤S1～步骤S6。

在步骤S1中，源节点下发数据传输请求帧：源节点获得源节点到中心节点的路由列表，结合数据传输业务的需求参数，生成数据传输请求帧，发送给路由列表的下一个终端节点；具体地，需求参数包括数据传输速率以及链路可靠性。本实施方式中的数据传输业务的数据传输速率为V_B、链路可靠性为P_robust。

在步骤S2中，中间节点从数据传输请求帧中提取参数：中间节点接收到来自上一跳节点的数据传输请求帧，提取出在提取窗口期间的信噪比和数据传输业务的需求参数，即数据传输速率为V_B、链路可靠性为P_robust。

在步骤S3中，中间节点判断本条链路的可靠性：中间节点结合所提取的信噪比以及数据传输业务的需求参数，判断本条链路是否满足数据传输业务的可靠性要求，如果满足可靠性要求，则转到步骤S4。

中间节点判断本条链路是否满足数据传输业务的可靠性要求包括：

设本条链路为链路ij，中间节点计算出链路ij的链路可靠性P_ij，算法如下：

P_ij＝ρ_ij+(1-ρ_ij)+(1-ρ_ij)²·ρ_ij，

其中，SNR_th为信噪比阈值，SNR_i,j为链路ij的信噪比，T为提取窗口期间。

中间节点将计算出的链路可靠性P_ij以及链路ij的数据传输速率V_ij，与提取的需求参数中的数据传输速率V_B以及链路可靠性P_robust进行比较，若满足P_ij≥P_robust且V_ij＝V_B，则中间节点判断链路ij满足数据传输业务的可靠性要求。

在步骤S4中，中间节点将数据传输请求帧继续发送给下一跳的节点，该下一跳的节点重复步骤S2到步骤S4，直到数据传输请求帧传输至中心节点。

在步骤S5中，中心节点建立可靠的传输路径，生成数据传输应答帧，并反向发送到源节点。

在步骤S6中，源节点接收到来自中心节点的数据传输应答帧后开始发送数据。

在一实施方式中，信令交互方法还包括：在步骤S3中，中间节点结合所提取的信噪比以及数据传输业务的需求参数，判断本条链路是否满足数据传输业务的可靠性要求，如果不满足可靠性要求，则中间节点生成数据传输应答帧，拒绝建立数据传输路径，并发送给源节点。

在一实施方式中，在源节点向中心节点发送数据结束后，信令交互方法还包括步骤S7，如图1所示。

在步骤S7中，源节点生成数据传输结束帧，各个节点释放带宽资源。具体而言，源节点生成数据传输结束帧，沿着传输路径发送到中心节点，而传输路径中的各个中间节点在收到数据传输结束帧之时，释放所分配的带宽资源，直到中心节点释放所配置的资源。

在一实施方式中，数据传输请求帧、数据传输应答帧和数据传输结束帧的信令帧结构如图2所示。帧结构包括8bit帧头、16bit控制位、8bit目的地址、8bit源地址、15*8bit路由地址、8bit校验序列以及8bit帧结束位。其中，控制位用于设置信令帧帧类型，分别指示为“数据传输请求帧”、“数据传输应答帧”和“数据传输结束帧”。路由地址位携带从源节点到中心节点的“端到端”路由所经过所有节点的地址，其最多支持15跳路由节点。

综上，本实施方式在HPLC网络的数据上行传输过程中引入了“面向连接”的思想，提出上行传输信令技术，通过源节点到中心节点之间的信令交互，对路由所经过的节点和链路进行配置，确保上行链路的可靠性，建立“端到端”的可靠传输路径。还定义了三种信令帧结构，即“数据传输请求帧”、“数据传输应答帧”和“数据传输结束帧”，并设计了轻量级的帧结构以及信令帧交互流程，以较小的复杂度实现数据的端到端高可靠传输，能够为智能用电和用电信息采集通信提供可靠、稳定解决方案，全面支撑用电信息采集系统通信规模化建设。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种数据上行传输的信令交互方法，该信令交互方法应用于HPLC网络数据从终端的源节点到中心节点的上行传输过程，其特征在于，该信令交互方法包括：

步骤S1，所述源节点获得所述源节点到所述中心节点的路由列表，结合数据传输业务的需求参数，生成数据传输请求帧，发送给路由列表的下一跳节点；

步骤S2，中间节点接收到来自上一跳节点的所述数据传输请求帧，提取出在提取窗口期间的信噪比和所述数据传输业务的需求参数；

步骤S3，所述中间节点结合所提取的所述信噪比以及所述数据传输业务的需求参数，判断本条链路是否满足所述数据传输业务的可靠性要求，如果满足所述可靠性要求，则转到步骤S4；

步骤S4，所述中间节点将所述数据传输请求帧继续发送给下一跳的节点，该下一跳的节点重复步骤S2到步骤S4，直到所述数据传输请求帧传输至所述中心节点；

步骤S5，所述中心节点建立传输路径，生成数据传输应答帧，并反向发送到所述源节点；以及

步骤S6，所述源节点接收到来自所述中心节点的所述数据传输应答帧后开始发送数据。

2.如权利要求1所述的数据上行传输的信令交互方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

所述中间节点结合所提取的所述信噪比以及所述数据传输业务的需求参数，判断本条链路是否满足所述数据传输业务的可靠性要求，如果不满足所述可靠性要求，则所述中间节点生成所述数据传输应答帧，拒绝建立数据传输路径，并发送给源节点。

3.如权利要求1所述的数据上行传输的信令交互方法，其特征在于，在所述源节点向所述中心节点发送数据结束后，所述信令交互方法还包括：

步骤S7，所述源节点生成数据传输结束帧，沿着所述传输路径发送到所述中心节点，而所述传输路径中的各个中间节点在收到所述数据传输结束帧之时，释放所分配的带宽资源，直到所述中心节点释放所配置的资源。

4.如权利要求1所述的数据上行传输的信令交互方法，其特征在于，所述需求参数包括数据传输速率以及链路可靠性。

5.如权利要求4所述的数据上行传输的信令交互方法，其特征在于，所述中间节点判断本条链路是否满足所述数据传输业务的可靠性要求包括：

设所述本条链路为链路ij，所述中间节点计算出链路ij的链路可靠性P_ij，算法如下：

P_ij＝ρ_ij+(1-ρ_ij)+(1-ρ_ij)²·ρ_ij，

其中，SNR_th为信噪比阈值，SNR_i,j为所述链路ij的信噪比，T为所述提取窗口期间；

所述中间节点将计算出的所述链路可靠性P_ij以及所述链路ij的数据传输速率V_ij，与提取的所述需求参数中的所述数据传输速率V_B以及所述链路可靠性P_robust进行比较，若满足P_ij≥P_robust且V_ij＝V_B，则所述中间节点判断所述链路ij满足所述数据传输业务的可靠性要求。

6.如权利要求3所述的数据上行传输的信令交互方法，其特征在于，所述数据传输请求帧、所述数据传输应答帧、所述数据传输结束帧的帧结构均包括帧头、控制位、目的地址、源地址、路由地址、校验序列以及帧结束位。

7.如权利要求6所述的数据上行传输的信令交互方法，其特征在于，所述控制位用于设置帧的类型，所述类型包括所述数据传输请求帧、所述数据传输应答帧以及所述数据传输结束帧。

8.一种数据上行传输的信令交互系统，该信令交互系统应用于HPLC网络数据从终端的源节点到中心节点的上行传输过程，其特征在于，该信令交互系统包括多个上行信令处理模块，所述HPLC网络的各个节点中均配置所述上行信令处理模块，所述上行信令处理模块用于执行权利要求1所述的信令交互方法。