CN110190873A - 一种支持多用户的有线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多用户的有线通信方法，为每一组子网的所有用户进行分组，分组后每个组内的所有用户获得一个包含该组使用的频点频段，优先级，最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙的上下限的信道竞争配置；中心节点根据不同分组下的用户的数量，该分组下传输的成功率决定该分组的信道竞争配置，并使用该分组下PRS竞争的成功率决定该分组的信道竞争配置。本发明克服现有电力载波设备在大量用户存在的情况下出现速率显著下降的情况，设计能够支持大量用户同时接入电力载波设备的用户接入机制。

Description

一种支持多用户的有线通信方法

技术领域

本发明属于电力线载波通信技术领域，具体涉及一种支持多用户的有线通信方法。

背景技术

电力线载波通信支持竞争接入传输方式，即在同一时刻，在同一条电力线上的所有用户首先侦听信道中是否有人传数据，如果没有，则退避一个传输等待时延后，一个用户竞争到信道发送机会，如图1的发送端，则开始发送数据，如果该时隙只有这一个用户发送，则该用户竞争信道成功，其他用户都会侦听到该用户发送数据，并进入退避阶段，如图1中的竞争用户1，退避窗口是6，比发送端的4要少，因此等发送端发送时，它侦听到了发送端的发送，开始进入退避。传输等待时延可以是一系列时间的组合，比如Homeplug系统中的Uncoordinated mode，可以是一个固定的间隔CIFS(Contention Interframe Spacing)，两个PRS(Priority Resolution)时隙以及一个从0到最大退避窗口中随机产生的一个退避时隙数量。如果在同一条电力线上的两个用户恰巧在同一个时隙开始发送数据，两个用户彼此不知道对方在该时刻发送，如图1的发送端和竞争用户2，他们都随机选择了4个退避时隙，那这两个用户的数据帧就会彼此干扰，在接收端，这两个数据包的接收都会失败，通常称为两个用户的数据包发生碰撞。解决碰撞的方式就是所有的用户重新竞争信道，直到一个用户成功竞争信道成功传输为止。这就是所谓的载波帧听/碰撞避免机制(CSMA/CA)。

除了传统的基于随机退避窗口的信道竞争机制，电力线载波通信中为了区分不同优先级用户，使用了PRS(优先位)机制，即对于不同优先级的用户，在信道竞争前首先发送PRS信息，优先级最高的用户先发。优先级低的后发，如果优先级低的用户真听到优先级高的用户已经发送PRS，则后面不再发起随机退避。这样只有发送了PRS的高优先级用户可以进行后续的竞争发送，因为在电力载波系统中有不同类型的电力信号需要传输，有电力控制信号，还有电力监测信号，为了提升电力控制信号的优先级，使用了PRS这样的能够固定保证优先级的方式，即当有一个优先级高的用户发送数据时，始终发送优先级高的PRS，其他优先级比他低的用户一定会侦听到优先级高的PRS信号，在后面的竞争信道阶段不再进行竞争，确定能够保证高优先级的用户的优先级。

基于目前的电力载波通信系统，如果用户量增大，整个系统都冲突的概率会显著增大，传输效率很低。另一方面，由于电力载波通信通常使用电力线作为传输媒介，而电网通常是一个全连接的网络架构，因此所有接入电网的用户都共享同一个介质，并共享该传输带宽，因此用户数量大的时候，每个用户分到的传输资源更为有限，特别的，对于PRS资源而言，当电力载波上同等优先级的用户非常多的时候，比如需要发送控制信号的变电器数量变的很大时，这些用户之间的PRS同样无法互相区分，仍然无法解决组内用户之间的竞争冲突。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种支持多用户的有线通信方法，克服现有电力载波设备在大量用户存在的情况下出现速率显著下降的情况，设计能够支持大量用户同时接入电力载波设备的用户接入机制，适用于电力载波设备，也适用于所有使用电力线、被复线、同轴电缆、电话线或光缆的数据传输设备。

本发明采用以下技术方案：

一种支持多用户的有线通信方法，所述方法包括：

中心节点广播一个用户组的分组信息和分组信息对应的信道竞争配置信息，信道竞争配置信息包括分组信息使用的频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口和能够接入的时隙上限或下限中的一种或多种；竞争优先级是用户用于获取用户所在分组优先级而发送的信道占用信息。

具体的，中心节点根据不同分组下用户的数量，或分组下传输的成功率确定分组使用的竞争优先级资源，中心节点更新广播信道竞争配置信息至分组内的每个用户。

具体的，更新广播信道竞争配置信息的周期为有线通信系统初始固定的，或根据分组中的用户数量，或分组的发送数据量，或分组的信道状态动态计算确定。

具体的，信道竞争配置信息包括分组的标识或分组内所有用户成员的标识。

具体的，分组内每个用户接收广播信息，获取用户所在分组的信息以及分组对应信道竞争配置信息；每个用户使用其所在分组的信道竞争配置信息进行传输。

进一步的，分组内的用户自主选择中心节点广播的分组信道竞争配置信息中任意一个分组的信道竞争配置信息作为自身的配置信息，即用户自主选择加入所述分组。

进一步的，当信道竞争配置信息中包含使用的频段时，用户使用频段内不重叠的多个频段资源分别发送数据至用户，使用频分复用的方式降低分组内用户间的传输冲突。

具体的，使用电力线、被复线、同轴电缆、电话线或光缆进行数据传输。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提出了一种支持多用户的有线通信方法，通过中心节点确定分组的信道竞争配置信息，特别是信道优先级信息，然后更新广播给分组内的用户，避免了不同组之间的用户之间的传输冲突，提升了系统整体的传输效率。

进一步的，使用对一个用户组内的信道传输成功率的测量对信道竞争配置资源的调整，保证了资源调整的准确性。

进一步的，针对当前每个用户组所在用户的数量或者数据量设置调整信道竞争配置资源的周期，避免了资源的调整周期过于频繁或者过于稀疏。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为电力线载波通信中基于随机退避窗口的竞争传输机制；

图2为本发明流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种支持多用户的有线通信方法，支持大量用户接入的电力载波通信系统。本发明能够用在使用除电力线之外的传播媒介，比如被复线、同轴电缆、电话线、光缆等有线通信系统中。

请参阅图2，本发明一种支持多用户的有线通信方法，为每一组子网的所有用户进行分组，分组后每个组内的所有用户获得一个该组特殊的信道竞争配置(使用的频点、频段、优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙的上限或下限等)；组与组之间的用户能够有效避开竞争，实现降低信道竞争冲突的情况，提升用户竞争信道成功的概率。具体步骤如下：

S101、中心节点在一个子网中广播用户分组信息，包括每个组的标识以及该组内所有用户成员的标识；

中心节点广播每个分组对应的信道竞争配置，包括频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙上限和下限。

其中，频点指的是该分组使用的传输频点；频段指的是在该频点上下分别能够使用的最高和最低频率区间；竞争优先级指的是类似电力载波通信中的PRS资源，用户在该资源上发送获取优先级的信道占用信息；最大竞争窗口指的是在CSMA/CA载波侦听中，一个用户随机选择的最大的时隙数；最大退避窗口指的是在电力载波通信中，当一个用户发现该用户被其他用户占用信道后，需要随机退避的一个窗口的最大时隙；接入时隙的上限和下限指的是在CSMA/CA载波侦听中，强行指定某个用户选择的随机时隙数的下限和上限。

在Homeplug系统中，中心节点是一个子网的中心控制节点CCO，优先级是Category，最大竞争窗口是CWmax，最大退避窗口是DWmax；能够接入时隙的上限或下限是在0～CWmax中进一步能够分给每个分组的用户接入的最大和最小时隙。频点是指Homplug系统能够工作的不同频点，比如0MHz，70MHz等。频段是在频域上的一个频点也可以分出若干个子频段，在不同的子频段上能够进行传输。配置信息为用户与中心节点接入时，中心节点使用单播信令为该用户分配的信道竞争配置。

当步骤S101广播的子网中用户接收到广播信息后，获取自身所在分组的信道竞争配置信息并进行配置；

S102、用户根据系统默认配置的每个组使用的信道竞争配置，包括使用的频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙的上限或下限；

如果中心节点使用广播信令广播每个组的信道竞争配置，则该用户可以自主的选择其中任意一个组的信道竞争配置作为自身的配置，即用户自组选择加入该组。

S103、在完成了配置后，组内的每个用户使用自身已经选择组的信道竞争配置进行竞争传输；

当该组配置中包含使用的频段时，用户使用该频段对应的时频资源进行传输，在接收端，同时接收来自不重叠的多个频段的数据，使用频分复用的方式降低了互相冲突的用户的数量，降低了每个用户发送的冲突概率。

S104、中心节点能够根据测量的当前中心节点据不同分组下用户的数量，或者分组下传输的成功率确定分组使用的竞争优先级资源，判断当前使用的信道竞争配置是否合适，中心节点更新广播信道竞争配置信息至分组内的每个用户，竞争优先级资源是该分组内用户用于发送所述信道占用信息的时隙位置；

中心节点根据不同分组下用户的数量，该分组下传输的成功率决定该分组的信道竞争配置，特别的，使用该分组下PRS竞争的成功率决定该分组的PRS资源配置，如：

当前一个分组内使用PRS0，不使用PRS1，但是中心节点通过测量，发现该分组的PRS竞争成功率很低，(比如低于一个门限30％)，则中心节点确定将优先级更高的PRS资源(比如分配PRS0和PRS1)分给该分组。

S105、中心节点设备更新广播每个分组的信道竞争配置信息。

信道竞争配置信息包括频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙的上限和下限中的一个或者多个。

更新周期可以是系统初始时固定的，也可以是根据每个组的用户数量，或者每个组的发送数据量，或者每个组的信道状态动态计算出来。可以避免信道竞争配置资源的调整周期过于频繁或者过于稀疏。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电力载波通信系统的中心节点在一个子网中广播每个组的ID，在Homeplug系统中，中心节点是Category，最大竞争窗口是CWmax，最大退避窗口是DWmax；系统分为3组，最大竞争窗口是64，配置组1的接入的时隙范围为0～20，组2的范围是21～40，组3的范围是41～64，通过不同组的接入时隙范围分离，保证不同组的两个用户同时竞争信道时会避免冲突，最大退避窗口的配置完全类似最大竞争窗口。对于Homeplug AV系统，假设支持100MHz，200MHz，300MHz三个频点，为每个频点分配一个id，给每个组分别分配一个频点的id，假设每个频点支持30MHz频段，实际传输时，将信道分为0～10MHz，11～20MHz，21～30MHz三个频段，为每个频段分配一个id，代表该组的用户可以使用这三个频段的1个或者多个。

Honplug目前配置信道优先级PRS的位置固定为两个，对应四个优先组(组1在PRS0发送占位，组2在PRS1发送占位，组3在PRS0和1都发送占位，组4不发送占位)。实际系统中可以扩展成为3个或者更多。

对于分配的PRS位置，假设总共系统可以有三个PRS位置，给组1配置PRS0和PRS1和PRS2，组2配置PRS1，PRS2，组三配置PRS2，保证组1优先级大于组2，组2优先级大于组3。

可以使用Homeplug系统中的CC_ASSOC.resp，Get_key.resp等现有信令捎带该分组信息，也可以是单独的信令。

用户根据系统默认配置的每个组使用的信道竞争配置，如果中心节点使用广播信令广播每个组的信道竞争配置，则该用户可以自主的选择其中任意一个组的信道竞争配置作为自身的配置，即用户自组选择加入该组；

用户1使用当前选择的组1的频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙的上限或下限中的一个或多个，并选择对应信道竞争的时频资源，并在该时频资源进行竞争传输；

中心节点会根据测量的当前每个用户组的信道状态，判断每个用户组当前使用的信道竞争配置信息是否合适；

特别的，中心节点侦听不同分组发送PRS的失败概率，以及侦听不同用户组发送PRS的发送功率，根据该功率判断该分组的业务繁忙程度，进而给该分组配置更为宽松的信道竞争，比如更大的最大竞争窗口，更多的允许接入时隙数量，更多的PRS位置等。

中心节点根据分组的信道状态，决定增加或者减少分组使用的PRS的位置，避免该分组的用户在PRS阶段产生过多的冲突。

中心节点周期的更新广播每个分组对应的信道竞争配置，包括频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口、能够接入的时隙上限或下限。

如果一个分组的接入时隙范围比另一个分组的范围小，则该分组的用户竞争接入信道的成功概率就会高。这样情况下，保证系统公平性的方法就是周期的调整不同分组的信道竞争配置。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种支持多用户的有线通信方法，其特征在于，所述方法包括：

中心节点广播一个用户组的分组信息和分组信息对应的信道竞争配置信息，信道竞争配置信息包括分组信息使用的频点、频段、竞争优先级、最大竞争窗口、最大退避窗口和能够接入的时隙上限或下限中的一种或多种；竞争优先级是用户用于获取用户所在分组优先级而发送的信道占用信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中心节点根据不同分组下用户的数量，或分组下传输的成功率确定分组使用的竞争优先级资源，中心节点更新广播信道竞争配置信息至分组内的每个用户。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，更新广播信道竞争配置信息的周期为有线通信系统初始固定的，或根据分组中的用户数量，或分组的发送数据量，或分组的信道状态动态计算确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，信道竞争配置信息包括分组的标识或分组内所有用户成员的标识。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分组内每个用户接收广播信息，获取用户所在分组的信息以及分组对应信道竞争配置信息；每个用户使用其所在分组的信道竞争配置信息进行传输。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，分组内的用户自主选择中心节点广播的分组信道竞争配置信息中任意一个分组的信道竞争配置信息作为自身的配置信息，即用户自主选择加入所述分组。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当信道竞争配置信息中包含使用的频段时，用户使用频段内不重叠的多个频段资源分别发送数据至用户，使用频分复用的方式降低分组内用户间的传输冲突。

8.根据权利要求1或5所述的支持多用户的有线通信方法，其特征在于，使用电力线、被复线、同轴电缆、电话线或光缆进行数据传输。