CN109981231B - 一种基于ieee1901.1系统的降低突发帧漏检的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法和系统，该方法避免采用帧头检测错误，需要直到帧控制信息处理完毕后，才可以确定是否存在误检和漏检。帧头检测转换成在控制数据时间段内，根据无数据载波与有数据载波的能量变化情况，初步判断帧头估计的准确性，并根据判断结果启动简化的帧头特性信息提取功能。对于不确定或者误检率高的系统，可以采用默认帧头估计不准确，在每个帧控制阶段均提取帧头特征信息，随时将帧控制数据的操作状态转换到帧头检测状态。通过本发明的方法和系统，降低了突发帧的误检和漏检概率，避免了因漏检造成的重传从而影响网络峰值速率的情况。

Description

一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信帧检测领域，尤其涉及一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法和系统。

背景技术

目前IEEE1901.1协议采用的是突发竞争方式，每组突发帧包含独立的帧头，数据控制部分，数据载荷部分。每个在网设备多数时间处于侦听状态，根据帧头的检测，判断是否需要进入数据控制部分处理。但由于信道的复杂环境，帧头的误检不可避免，随之而来的漏检现象也变得不可避免。

常规的突发帧检测是利用能量突发帧检测，联合同步信号检测方法，来判决是否存在突发帧，如果存在突发帧头则会进入控制数据检测阶段。在IEEE1901.1系统中，控制数据长度为4到6个符号，并且要完整获得帧控制数据结论，必须通过信道的全部处理后，获取的校验结果才可确认帧误检出现，此时会将数据处理状态切换成突发帧头检测模式。

但在实际使用中，存在由于噪声干扰，或者其他同类型系统突发帧信号干扰，造成突发帧的帧头出现误检现象，使得系统进入数据检测状态，而该状态的有效性是由控制数据的校验结果确认的。所以从误检造成的状态转移，直至控制帧数据解析结果，在这段时间内，系统本应该处于突发帧侦听状态，但由于帧头的误检，使系统转入数据接收状态。假设在该段时间内，出现真实的突发帧，则对于侦听系统则意味着漏检。

对于目前IEEE1901.1的实现系统，在出现该种情况时，常规的误检造成的漏检的解决方法采用的有以下两种方法：

1、降低误检概率，在帧头检测中追加复杂的检测判决机制，降低帧误检概率，从而减少因该方案造成漏检问题。但是由于帧的检测要求更加严格，在复杂环境中，直接漏检的概率随之增加。

2、从协议层面增加保护，当出现误检造成漏帧，在系统中认为其传输失败，由重传机制保证数据的后续传输，采用重传的方式，规避因误检造成的帧丢失情况。对于该协议体系，误检并不会影响网络吞吐能力，但漏检会造成重传，从而引发吞吐量下降。随着网络吞吐量接近饱和时，该现象将严重影响网络峰值速率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法和系统。

本发明采用如下技术方案实现：

本发明的第一方面提供了一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法，包括如下步骤：

帧头检测，检测成功后进入帧控制数据检测阶段；

判断帧头检测是否为可靠帧头检测：如果是，则继续进行帧控制数据处理；如果否，则进入下一步；

提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性：如果是，则将漏检计数器增1，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；

判断漏检计数器的值是否超过预设值，如果是，则判断本次帧头检测出现误检，进入前导检测状态；如果否，则进入下一步；

后续帧控制数据处理；

判断该帧控制数据处理是否完毕：如果是，则进入帧载荷数据处理；如果否，则返回所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤。

进一步的，所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤包括：

计算无信号频点能量，获取信道底噪；

计算有信号频点能量，获取信号能量；

计算信噪比，即信道底噪与信号能量的比值，当信噪比大于第一门限值时，所述帧头检测为可靠帧头，否则为不可靠帧头。

进一步的，根据无信号频点前预定数量的子载波无数据的特点，抽取统计的平均频点能量中最低的子载波作为信道底噪。

进一步的，还包括：

当单位时间内重传数量高于第二门限值时，则所述帧头检测一定为不可靠帧头。

进一步的，所述第一门限值的取值范围为2.7-3.3dB。

进一步的，所述第二门限值的取值为5次/每分钟。

进一步的，所述提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性的步骤包括：

提取信号与帧头特征信息进行比对：将输入的频域信号与缓存在存储区内的上一组输入信号进行自相关，自相关函数如下：

其中，X()为接收到的信号，Y()为本地的特征信号，Y()’为本地特征信号的共轭转置；t是函数的自变量，L设置为滑动间隔，取值范围为(1：16)；N为帧头特征信号的长度，根据协议要求确定；i为累加变量，取值范围为[1，N]；

根据相关结果计算最大峰值与平均值的比值；

判断是否存在漏检可能性：判断比值是否超过第三门限值X，如果是，则存在漏检，将漏检计数器增1，并将输入的频域信号覆盖所述存储区内的信号，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理。

进一步的，所述第三门限值X为：

X＝max(2.5，10/(BER+2))；(2)

其中，BER为1分钟时间内重传次数。

进一步的，所述预设值Y的取值为：

Y＝max(3,3+LEVEL(BER)),(3)

其中，BER为1分钟时间内重传次数。

本发明的第二方面提供了根据前述的方法的一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的系统，包括：

帧头检测单元，用于检测帧头，当帧头检测成功后进入帧控制数据检测阶段；

第一判断单元，用于判断帧头检测是否为可靠帧头检测：如果是，则继续进行帧控制数据处理；如果否，则进入下一步；

第二判断单元，用于提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性：如果是，则将漏检计数器增1，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；

第三判断单元，用于判断漏检计数器的值是否超过预设值，如果是，则判断本次帧头检测出现误检，进入前导检测状态；如果否，则进入下一步；

帧控制数据处理单元，用于后续帧控制数据的处理；

第四判断单元，判断该帧控制数据处理是否完毕：如果是，则进入帧载荷数据处理；如果否，则返回所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤；

帧载荷数据处理单元，用于进行帧载荷数据的处理。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过上述技术方案，由于采用错误及时检测修正机制，将帧头的误检造成的漏检情况降至最低，有效地减少了重传次数，提高了整体系统的数据传输吞吐量。

附图说明

图1是本发明基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法流程示意图；

图2是IEEE1901.1帧格式示意图；

图3是IEEE1901.1协议规定的前导检测信号格式；

图4是判断帧头检测是否为可靠帧头检测步骤的具体流程示意图；

图5是协议规定的不可发送信号载波的规则示例；

图6是判断是否存在漏检可能性步骤的具体流程示意图；

图7是是本发明基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的第一方面提供了一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法，涉及IEEE1901.1系统及国家电网公司企业标准《Q/GDW11612.41—2016》《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》所实现的通信系统。该方法采用控制数据检测过程中追加误帧可能性估计合并突发帧检测方式，用以解决出现误检帧后连带漏检的问题。其方法如下，在检测到帧头后进入帧控制数据处理过程中，需要对带内信号进行频谱成型处理，利用IEEE1901.1系统中带宽内前80个子载波未被使用特性，挑选噪底稳定的子载波用作参考信号，用以评估带内有效帧控制子载波的平均能量，如果存在明显的功率提升，判定为有效帧头检测，否则判决为误检可能存在，此时，将输入数据进行简化的帧头检测。如果出现明显帧头特征信号，并且设置当前状态为模糊状态，在模糊状态下，继续出现上述情况，则进行计数，在帧控制处理过程里，当计数大于N(2<N<6)，则认为本次帧头检测为误检，并存在漏检的风险。此时，需要将系统的处理状态转换到帧头突发帧处理状态。由此解决由误检造成漏检问题。

下面以一个具体实施例来进一步说明本发明基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

S100，帧头检测，检测成功后进入帧控制数据检测阶段。如图2所示，按照IEEE1901.1协议规定的帧结构，在信道上信号以突发方式传递，一个突发帧包括独立的帧头(也称前导)、帧控制数据和帧载荷数据。发送方可以在任意时刻启动发送，接收方则需要一直侦听信道是否出现已知的前导信号是否出现，如果出现，根据前导信号进行定时同步，并启动后续的帧控制解析，再由帧控制所携带信息对数据段进行解码。在自组网系统中，接收方不知道发送方何时会发送信号，但是接收方知道发送方如果要发送信号，则一定会先发送一组接收方已知的信号做为通知，这个已知信号就称为帧头特征信息，其检测信号格式如图3所示。

S200，判断帧头检测是否为可靠帧头检测：如果是，则继续进行帧控制数据处理；如果否，则进入下一步S300。具体的，如图4所示，包括如下步骤：

S210，计算无信号频点能量，获取信道底噪。从开机后接收机将接收到的信号中，明确规定的不可发送信号的每个频点的信号做平均处理。例如频带0中有80个不可用频点，如图5所示协议规定的不可发送信号载波的规则，每次接收，均可以获得80个平均后的频点能量，挑选其中最低的一个频点的能量，作为信道底噪。

S220，计算有信号频点能量，获取信号能量。对帧控制数据部分的有效频域数据部分，进行能量平均，具体计算公式为：

avg_pow＝sum(valid_freq_pow)/num(valid_freq)

其中，avg_pow为计算得到的平均能量，sum(valid_freq_pow)为对有效频域数据的能量值valid_freq_pow进行求和，num(valid_freq)为有效频域数据的个数。

S230，计算信噪比，即信道底噪与信号能量的比值。

S240，判断信噪比是否大于一第一门限值：当信噪比大于第一门限值时，所述帧头检测为可靠帧头，否则有误检的可能，认定为不可靠帧头。具体的，该第一门限值取值范围为2.7-3.3dB。优选的，该第一门限值取值为3dB。

经过上述步骤S210-S240，可以初步判断出是否存在误检可能，得到的帧头检测是否可能出现不可靠帧头。

进一步的，还包括步骤S250，当单位时间内重传数量高于第二门限值时，则所述帧头检测一定为不可靠帧头。即，满足该条件时，即使信噪比超过第一门限值也会被判定为不可靠帧头。该第二门限值的取值可设置为5次/每分钟。

S300，提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性，该提取信号为模拟前端从电力线上获取的接收信号：如果是，则将漏检计数器增1，进入下一步S400；如果否，则进入后续帧控制数据处理的步骤S500，在这之前，将漏检计数器的值设置为零。具体的，如图6所示，包括如下步骤：

S310，提取信号与帧头特征信息进行比对：将输入的频域信号与缓存在存储区内的上一组输入信号进行自相关，自相关函数如下：

其中，X()为接收到的信号，Y()为本地的特征信号，Y()’为本地特征信号的共轭转置；t是函数的自变量，L根据系统能力需要设置为滑动间隔，取值范围为(1：16)；N为帧头特征信号的长度，根据协议要求确定；i为累加变量，取值范围为[1，N]。

S320，根据相关结果计算最大峰值与平均值的比值：最大峰值max_peak＝max(Y(t))；平均值avg＝(sum(Y(t))-max_peak)/(num(Y(t))-1)。

S330，判断是否存在漏检可能性：判断比值是否超过第三门限值X，如果是，则存在漏检，将漏检计数器增1，并将输入的频域信号覆盖所述存储区内的信号，进入下一步S400；如果否，则将漏检计数器的值设置为零，进入后续帧控制数据处理的步骤S500。

具体的，该第三门限值X取值为：

X＝max(2.5，10/(BER+2))；(2)

其中，BER为1分钟时间内的重传次数。考虑当系统的重传次数增加时，发生漏检的概率会提高，因此降低第三门限值提高从控制数据处理中提前退出的几率，而最低的第三门限值取值2.5时则保证较为可靠的发现新前导。当比值超过第三门限值时，则认为可能出现漏检风险，将漏检可能性设置为TRUE，如果漏检可能标志为TRUE，则将漏检计数器+1，并将输入的频域信号覆盖存储区中的信号。

S400，判断漏检计数器的值是否超过预设值，如果是，则判断本次帧头检测出现误检，进入前导检测状态；如果否，则进入下一步。该预设值Y的取值为：

Y＝max(3,3+LEVEL(BER)),(3)

其中，BER为1分钟时间内的重传次数。

S500，后续帧控制数据处理，包括帧控制段信道部分信道数据分离、信道估计、均衡、解调、解码等处理。该后续帧控制数据处理都是现有技术，在此不再赘述。

S600，判断该帧控制数据处理是否完毕：如果是，则进入帧载荷数据处理；如果否，则返回所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤S200。

通过上述步骤S100-S600实现的方法，提高了识别帧头检测误检的准确率，从而解决了由误检造成的漏检问题。

本发明的第二方面提供了一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的系统，如图7所示，包括：

帧头检测单元1，用于检测帧头，当帧头检测成功后进入帧控制数据检测阶段；

第一判断单元2，用于判断帧头检测是否为可靠帧头检测：如果是，则继续进行帧控制数据处理；如果否，则进入下一步；

第二判断单元3，用于提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性：如果是，则将漏检计数器增1，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；

第三判断单元4，用于判断漏检计数器的值是否超过预设值，如果是，则判断本次帧头检测出现误检，进入前导检测状态；如果否，则进入下一步；

帧控制数据处理单元5，用于后续帧控制数据的处理；

第四判断单元6，判断该帧控制数据处理是否完毕：如果是，则进入帧载荷数据处理；如果否，则返回所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤；

帧载荷数据处理单元7，用于进行帧载荷数据的处理。

综上所述，本发明提供了一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法和系统，该方法避免采用帧头检测错误，需要直到帧控制信息处理完毕后，才可以确定是否存在误检和漏检。帧头检测转换成在控制数据时间段内，根据无数据载波与有数据载波的能量变化情况，初步判断帧头估计的准确性，并根据判断结果启动简化的帧头特性信息提取功能。对于不确定或者误检率高的系统，可以采用默认帧头估计不准确，在每个帧控制阶段均提取帧头特征信息，随时将帧控制数据的操作状态转换到帧头检测状态。通过本发明的方法和系统，降低了突发帧的误检和漏检概率，避免了因漏检造成的重传从而影响网络峰值速率的情况。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的方法，其特征在于，包括如下步骤：

帧头检测，检测成功后进入帧控制数据检测阶段；

判断帧头检测是否为可靠帧头检测：如果是，则继续进行帧控制数据处理；如果否，则进入下一步；所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤包括：

计算无信号频点能量，获取信道底噪；根据无信号频点前预定数量的子载波无数据的特点，抽取统计的平均频点能量中最低的子载波作为信道底噪；

计算有信号频点能量，获取信号能量；对帧控制数据部分的有效频域数据部分，进行能量平均，具体计算公式为：

avg_pow＝sum(valid_freq_pow)/num(valid_freq)

其中，avg_pow为计算得到的平均能量，sum(valid_freq_pow)为对有效频域数据的能量值valid_freq_pow进行求和，num(valid_freq)为有效频域数据的个数；

计算信噪比，即信道底噪与信号能量的比值，当信噪比大于第一门限值时，所述帧头检测为可靠帧头，否则为不可靠帧头；

提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性：如果是，则将漏检计数器增1，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；所述提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性的步骤包括：

提取信号与帧头特征信息进行比对：将输入的频域信号与缓存在存储区内的上一组输入信号进行自相关，自相关函数如下：

其中，X()为接收到的信号，Y()为本地的特征信号，Y()’为本地特征信号的共轭转置；t是函数的自变量，L设置为滑动间隔，取值范围为(1：16)；N为帧头特征信号的长度，根据协议要求确定；i为累加变量，取值范围为[1，N]；

根据相关结果计算最大峰值与平均值的比值；

判断是否存在漏检可能性：判断比值是否超过第三门限值X，如果是，则存在漏检，将漏检计数器增1，并将输入的频域信号覆盖所述存储区内的信号，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；

判断漏检计数器的值是否超过预设值，如果是，则判断本次帧头检测出现误检，进入前导检测状态；如果否，则进入下一步；

后续帧控制数据处理；

判断该帧控制数据处理是否完毕：如果是，则进入帧载荷数据处理；如果否，则返回所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当单位时间内重传数量高于第二门限值时，则所述帧头检测一定为不可靠帧头。

3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述第一门限值的取值范围为2.7-3.3dB。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二门限值的取值为5次/每分钟。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三门限值X为：

X＝max(2.5，10/(BER+2))； (2)

其中，BER为1分钟时间内重传次数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设值Y的取值为：

Y＝max(3,3+LEVEL(BER)), (3)

其中，BER为1分钟时间内重传次数。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法的一种基于IEEE1901.1系统的降低突发帧漏检的系统，其特征在于，包括：

帧头检测单元，用于检测帧头，当帧头检测成功后进入帧控制数据检测阶段；

第一判断单元，用于判断帧头检测是否为可靠帧头检测：如果是，则继续进行帧控制数据处理；如果否，则进入下一步；所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测包括：

计算无信号频点能量，获取信道底噪；根据无信号频点前预定数量的子载波无数据的特点，抽取统计的平均频点能量中最低的子载波作为信道底噪；

计算有信号频点能量，获取信号能量；对帧控制数据部分的有效频域数据部分，进行能量平均，具体计算公式为：

avg_pow＝sum(valid_freq_pow)/num(valid_freq)

其中，avg_pow为计算得到的平均能量，sum(valid_freq_pow)为对有效频域数据的能量值valid_freq_pow进行求和，num(valid_freq)为有效频域数据的个数；

计算信噪比，即信道底噪与信号能量的比值，当信噪比大于第一门限值时，所述帧头检测为可靠帧头，否则为不可靠帧头；

第二判断单元，用于提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性：如果是，则将漏检计数器增1，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；所述提取信号与帧头特征信息进行比对，判断是否存在漏检可能性包括：

提取信号与帧头特征信息进行比对：将输入的频域信号与缓存在存储区内的上一组输入信号进行自相关，自相关函数如下：

其中，X()为接收到的信号，Y()为本地的特征信号，Y()’为本地特征信号的共轭转置；t是函数的自变量，L设置为滑动间隔，取值范围为(1：16)；N为帧头特征信号的长度，根据协议要求确定；i为累加变量，取值范围为[1，N]；

根据相关结果计算最大峰值与平均值的比值；

判断是否存在漏检可能性：判断比值是否超过第三门限值X，如果是，则存在漏检，将漏检计数器增1，并将输入的频域信号覆盖所述存储区内的信号，进入下一步；如果否，则进入后续帧控制数据处理；

第三判断单元，用于判断漏检计数器的值是否超过预设值，如果是，则判断本次帧头检测出现误检，进入前导检测状态；如果否，则进入下一步；

帧控制数据处理单元，用于后续帧控制数据的处理；

第四判断单元，判断该帧控制数据处理是否完毕：如果是，则进入帧载荷数据处理；如果否，则返回所述判断帧头检测是否为可靠帧头检测的步骤；

帧载荷数据处理单元，用于进行帧载荷数据的处理。

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