CN111465068B - 一种电力线载波与无线双模融合的通信方法 - Google Patents

一种电力线载波与无线双模融合的通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力线载波与无线双模融合的通信方法，该通信方法在进行通信时，采用四层架构的通信协议，包括以下步骤：S1、产生通信业务后，物理层基于OFDM调制技术对电力载波通信信道和无线通信信道的输入信号进行分集处理并输出；S2、MAC层收到数据发送任务后选择电力线载波通信信道或无线通信信道进行数据发送；S3、网络层选出包含电力线载波通信信道和无线通信信道的最优路由表路径；S4、应用层汇集电力载波通信信道和无线通信信道的数据。本发明提供的电力线载波通信与无线通信技术的双模融合通信方法，兼顾两种技术的优点，实现电力线与无线的异构融合网络通信、优化网络性能，提高采集成功率，降低了智能电网的建设和使用成本。

Description

一种电力线载波与无线双模融合的通信方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种电力线载波与无线双模融合的通信方法。
背景技术
电力线载波(Power Line Carrier，PLC)与无线是智能电网的建设和应用过程两种主要的通信方式。电力线一般布于墙内，线路相对安全，不易被损坏，但由于存在线路噪声干扰，输入阻抗的时变性，以及信号衰减等因素，电力线载波的通信质量一般会有一定的波动性。无线通信包括微功率无线、WIFI、无线宽带、移动通信等多种形式，具有便捷、无需布线等特点，但是遇到障碍物时，信号衰减比较严重，而且无线通信的质量也会受频段、地域、气候环境等因素的影响。在智能电网应用过程中，环境复杂、业务承载需求多样、传输可靠性要求高，采用任何一种通信方式都不能完全满足智能电网建设要求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中存在的问题，提出一种电力线载波与无线双模融合的通信方法。
本发明提出的一种电力线载波与无线双模融合的通信方法，该通信方法在进行通信时，采用四层架构的通信协议，信息接收端的数据流向为物理层、MAC层、网络层和应用层，信息发送端的数据流向为应用层、网络层、MAC层和物理层，包括以下步骤：S1、产生通信业务后，物理层基于OFDM调制技术对电力载波通信信道和无线通信信道的输入信号进行分集处理并输出；S2、MAC层收到数据发送任务后选择电力线载波通信信道或无线通信信道进行数据发送；S3、网络层选出包含电力载波通信信道和无线通信信道的最优路由表路径；S4、应用层汇集电力载波通信信道和无线通信信道的数据。
优选地，所述步骤S1包括：输入信号经过OFDM调制技术调制后，分别通过电力载波通信信道和无线通信信道发出，在信号接收端进行分集合并后由OFDM调制技术调节。
优选地，所述步骤S2包括：MAC层收到发送任务后，对电力线载波通信信道或无线通信信道同时进行监听，若监听结果为电力线载波通信信道和无线通信信道都不是空闲，则MAC层继续在电力线载波通信信道和无线通信信道进行监听；若监听结果为电力线载波通信信道处于空闲状态，则数据通过电力线载波通信信道进行发送；若监听结果为无线通信信道处于空闲状态，则数据通过无线通信信道进行发送。
优选地，MAC层收到发送任务后，根据数据发送时刻与当前的TDMA时隙采用对应的电力载波通信信道或无线通信信道；若数据发送时刻对应当前的电力载波通信信道的TDMA时隙，则采用电力载波通信信道进行数据发送；反之，采用无线通信信道进行数据发送；若发送任务中指定采用电力载波通信信道的TDMA时隙或无线通信信道的TDMA时隙，则MAC层需要等到对应的TDMA时隙后再启动发送。
优选地，步骤S3包括，网络层通过通信成功率、通信层级和通信延迟选出最优路由表路径。
优选地，步骤S4包括，电力载波通信信道传输的数据包括电表集抄业务的数据，无线通信通道传输的数据包括水表集抄业务、燃气表集抄业务和热力表集抄业务的数据。
本发明的有益效果包括：本发明提供的电力线载波通信与无线通信技术的双模融合通信方法，兼顾两种技术的优点，实现电力线与无线的异构融合网络通信、优化网络性能，提高采集成功率，降低了智能电网的建设和使用成本。
附图说明
图1是本发明实施例的一种电力线载波与无线双模融合的通信方法的概述。
图2是本发明实施例的智能电网分层通信协议架构下的一个完整的电力线载波与无线双模融合通信流程的示意图。
图3是本发明实施例的电力线载波和无线的OFDM信号空间分集的物理层融合的示意图。
图4是本发明实施例的电力线载波和无线的统一CSMA方式MAC层融合的示意图。
图5是本发明实施例的电力线载波和无线的统一TDMA方式MAC层融合的示意图。
图6是本发明实施例的电力线载波和无线的优选路径的网络层融合示意图。
图7是本发明实施例的电力线载波和无线的多种应用服务业务的应用层融合示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。
本发明实施例的智能电网分层通信协议下的一个完整电力线载波与无线双模融合通信流程如图2所示，一个完整的通信过程是发端的应用程序发起，经过各层的通信协议将信息传递给收端的应用层。发端的数据流次序为：双模融合的应用层、网络层、MAC层和物理层，而接收端的数据流次序为：双模融合的物理层、MAC层、网络层和应用。双模融合的物理层为智能电网的通信提供传送数据的物理媒介连接与通路，既包括有线媒介也包括无线媒介，并不断地将传输的“0”、“1”比特流与物理信号进行相互转换。双模融合的MAC层主要负责将物理层的“0”、“1”比特流组帧、解帧，并提供对共享双模介质的访问方法。双模融合的网络层的目的是实现通信系统内端对端的数据透明传输，一般是通过寻址、路由选择、路径维护等具体功能来实现双模融合网络层的服务。双模融合的应用层为应用服务程序和消息传输的底层网络层之间提供接口，是一个完整双模融合通信过程的起点和终点。本发明按照从物理层、MAC层、网络层到应用层的顺序介绍电力线载波通信信道和无线通信通道双模融合的方法。
本发明实施例的一种电力线载波与无线双模融合的通信方法，包括以下步骤：S1、产生通信业务后，物理层基于OFDM调制技术对电力载波通信信道和无线通信信道的输入信号进行处理并输出。S2、MAC层收到数据发送任务后通过电力线载波通信信道或无线通信信道进行数据发送；S3、网络层选出包含电力载波通信信道和无线通信信道的最优路由表路径；S4、应用层汇集电力载波通信信道和无线通信信道的数据。对上述步骤作具体描述如下。
目前智能电网中电力线载波通信采用的是基于OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,正交频分复用)物理层调制信号技术，同时也有多种基于OFDM的无线通信技术，如WIFI、4G等。当智能电网的无线部分采用与电力线载波通信信道一样的OFDM调制技术时，可以采用如图3所示的OFDM信号空间分集的物理层融合方法来实现电力线载波通信信道和无线通信信道的双模融合。输入信号经过OFDM调制后，分别通过无线通信信道和电力线载波通信信道两个信道发出，此时在无线通信信道和电力线载波通信信道上发出的信号是一致的，即相当于发射端的输出信号在无线通信信道和电力线载波通信信道两个不同空间上做了分集复制。相应地，接收机在无线通信信道和电力线载波通信信道接收信号后要进行信号的分集合并，合并后的信号再经过OFDM解调后便得到了输出信息。
智能电网中涉及到的MAC层接入方式有两种：CSMA(Carrier Sense MultipleAccess，载波监听多路访问)和TDMA(Time Division Multiple Access，时分多路复用访问)。因此对应的无线通信信道和电力线载波通信信道的MAC层双模融合方式也有两种：统一的CSMA融合方式和统一的TDMA融合方式。
图4所示为本发明实施例的电力线载波和无线的统一CSMA方式MAC层融合的示意图。MAC层收到发送任务后会同时在无线通信信道和电力线载波通信信道这两个信道进行载波监听，如果无线通信信道和电力线载波通信信道都不是空闲的，那么继续在这两个信道进行监听。如果电力线载波通信信道检测到信道空闲，那么就在电力线载波通信信道进行数据发送。如果无线通信信道检测到信道空闲，那么就在无线通信信道上进行数据发送。
图5所示为本发明实施例的电力线载波和无线的统一TDMA方式MAC层融合的示意图。MAC层的一个TDMA周期内的时隙被统一的划分为两大块：电力线载波通信信道的TDMA时隙和无线通信信道的TDMA时隙。当MAC层收到发送任务后，可根据发送时刻及当前的TDMA时隙划分采用对应的信道来发送。如果发送时刻对应着当前的电力线载波通信信道TDMA时隙，那么就采用电力线载波通信信道进行发送。如果发送时刻对应着当前的无线通信信道TDMA时隙，那么就采用无线通信信道进行发送。如果发送任务中指定MAC层采用电力线载波通信信道发送，那么MAC层就需要等到电力线载波通信信道的TDMA时隙时再启动发送。同样地，如果发送任务中指定MAC层采用无线通信信道发送，那么MAC层就需要等到无线通信信道的TDMA时隙时再启动发送。
图6所示为本发明实施例的电力线载波和无线的优选路径的网络层融合示意图。本发明实施例的智能电网在电力线载波通信信道或无线通信信道上同时进行组网，在形成路由表的过程中，网络层不会刻意区分电力线载波通信信道或无线通信信道，而是根据通信成功率、通信层级、通信延迟等指标进行路由表路径的优选，因此路由表中最终记录的优选路径有可能是全部均落在电力线载波通信信道的路径，例如node1通过电力线到node2，再经过电力线载波通信信道到node5；也有可能是全部均落在无线通信信道的路径，例如node6经过无线到node3，再经过无线到node1；更有可能是分布在电力线载波通信信道和无线通信信道两个信道的混合路径，例如node1通过电力线到node2，再经过无线到node4；以及node4经过电力线到node3，再通过无线到node1。
图7所示为本发明实施例的电力线载波和无线的多种应用服务业务的应用层融合示意图。本发明实施例的应用层有一种四表集抄的应用，包括了电表集抄、水表集抄、燃气表集抄和热力表集抄这四种应用服务业务项。电表集抄业务可通过电力线载波通信信道完成，而水表、燃气表和热力表不能通电，因此必须通过无线通信信道来完成。因此为了实现这个四表集抄应用，上述的四种应用服务业务项必须分别在电力线载波通信信道和无线通信信道上才能完成，最后再将不同信道上获得的数据汇集到应用层，完成电力线载波通信信道或无线通信信道的应用层数据融合。
本发明提供的电力线载波与无线双模融合的通信方法，从总体通信协议架构的角度，分别从物理层、MAC层、网络层和应用层不同的层面完成电力线载波与无线的双模融合通信。这样具体实施时，可根据无线通信方式、通信协议内容、通信环境、应用服务内容等因素来综合考虑来确定最适合的双模融合方法。从而实现电力线与无线的异构融合网络通信、优化网络性能，提高采集成功率，降低了智能电网的建设成本。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其做出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (6)

1.一种电力线载波与无线双模融合的通信方法，其特征在于，该通信方法在进行通信时，采用四层架构的通信协议，分别从物理层、MAC层、网络层和应用层不同的层面完成电力线载波与无线的双模融合通信，信息接收端的数据流向为物理层、MAC层、网络层和应用层，信息发送端的数据流向为应用层、网络层、MAC层和物理层，包括以下步骤：
S1、产生通信业务后，物理层基于OFDM调制技术对电力载波通信信道和无线通信信道的输入信号进行分集处理，以使发射端的输出信号在无线通信信道和电力线载波通信信道两个不同空间上做分集复制并输出；当智能电网的无线部分采用与电力线载波通信信道一样的OFDM调制技术时，采用OFDM信号空间分集 的物理层融合方法来实现电力线载波通信信道和无线通信信道的双模融合；
S2、MAC层收到数据发送任务后选择电力线载波通信信道或无线通信信道进行数据发送；无线通信信道和电力线载波通信信道的MAC层双模融合方式包括统一的CSMA融合方式和统一的TDMA融合方式；
S3、网络层选出包含电力线载波通信信道和无线通信信道的最优路由表路径；
S4、应用层汇集电力载波通信信道和无线通信信道的数据。
2.如权利要求1所述的电力线载波与无线双模融合的通信方法，其特征在于，所述步骤S1包括：输入信号经过OFDM调制技术调制后，分别通过电力线载波通信信道和无线通信信道发出，在信号接收端进行分集合并后由OFDM调制技术调节。
3.如权利要求1所述的电力线载波与无线双模融合的通信方法，其特征在于，所述步骤S2包括：MAC层收到发送任务后，对电力线载波通信信道或无线通信信道同时进行监听，若监听结果为电力线载波通信信道和无线通信信道都不是空闲，则MAC层继续在电力线载波通信信道和无线通信信道进行监听；若监听结果为电力线载波通信信道处于空闲状态，则数据通过电力线载波通信信道进行发送；若监听结果为无线通信信道处于空闲状态，则数据通过无线通信信道进行发送。
4.如权利要求1所述的电力线载波与无线双模融合的通信方法，其特征在于，MAC层收到发送任务后，根据数据发送时刻与当前的TDMA时隙采用对应的电力线载波通信信道或无线通信信道；若数据发送时刻对应当前的电力线载波通信信道的TDMA时隙，则采用电力线载波通信信道进行数据发送；反之，采用无线通信信道进行数据发送；若发送任务中指定采用电力线载波通信信道的TDMA时隙或无线通信信道的TDMA时隙，则MAC层需要等到对应的TDMA时隙后再启动发送。
5.如权利要求1所述的电力线载波与无线双模融合的通信方法，其特征在于，步骤S3包括，网络层通过通信成功率、通信层级和通信延迟选出最优路由表路径。
6.如权利要求1所述的电力线载波与无线双模融合的通信方法，其特征在于，步骤S4包括，电力线载波通信信道传输的数据包括电表集抄业务的数据，无线通信通道传输的数据包括水表集抄业务、燃气表集抄业务和热力表集抄业务的数据。
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