CN112564738B - 基于宽带电力载波hplc的tdma及csma的运用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于宽带电力载波HPLC的TDMA及CSMA的运用方法，所述方法包括S1、宽带载波通信网关CCO将接入的电力载波通信设备通过bit位标记算法进行地址划分，并进行bit位竞争报文时隙划分；S2、宽带载波通信网关CCO采用TDMA时分复用技术，在正常循环心跳保活时序中定时穿插发送紧急数据竞争报文；S3、电力载波通信设备接收竞争报文，并判断自身是否有紧急数据需要上报，没有，则放弃本次bit位竞争报文时隙；有，则进行时隙延时算法，依据计算的时隙延时时间触发数据上报。本方法提高了整体系统的数据上报及时性。

Description

基于宽带电力载波HPLC的TDMA及CSMA的运用方法
技术领域
本发明涉及电能表领域，尤其涉及一种基于宽带电力载波HPLC的CSMA及TDMA的运用方法。
背景技术
基于低压电力线进行数据传输的宽带电力载波技术HPLC是一种新兴的宽带通信技术，在万物物联的应用推动下，占有独特的一席之地，如在国家电网中的电力抄表中的应用。
采用该技术的电力载波抄表，虽实现了通过高速宽带传输技术进行数据传输，但归根到底仍旧采用的是轮询方式进行工作，即通过配置采集任务，逐个电表并发轮询，进行读取和控制操作。
这就导致对于信号较弱的交互设备，需要延时来确认该设备的通信交互有效，这会影响到正常通信接入设备的通信交互时效性；对于接入设备发生紧急事件，需要及时上报数据时，则由于轮询方式的局限性，很容易导致紧急事件数据无法第一时间上报，从而影响数据的失效性；且轮询机制的局限性，导致通过宽带扩展创新出来的电力传输技术在需要大量接入设备且又需要保证紧急数据在规定时间内完成上报的应用环境中，也无法发挥很好的作用。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于宽带电力载波HPLC的TDMA及CSMA的运用方法，该方法能有效提升底层设备关键数据的上报性能，使得有效数据报文及时上报，提高整体系统性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于宽带电力载波HPLC的TDMA及CSMA的运用方法，其特征在于：所述方法包括，
S1、宽带载波通信网关CCO将接入的电力载波通信设备通过bit位标记算法进行地址划分，并进行bit位竞争报文时隙划分；
S2、宽带载波通信网关CCO采用TDMA时分复用技术，在正常循环心跳保活时序中定时穿插发送紧急数据竞争报文；
S3、电力载波通信设备接收竞争报文，并判断自身是否有紧急数据需要上报，没有，则放弃本次bit位竞争报文时隙；有，则进行时隙延时算法，依据计算的时隙延时时间触发数据上报。
进一步的，所述bit位竞争报文时隙具体划分方式为：
依据公式
Figure 823147DEST_PATH_IMAGE001
计算bit位竞争报文时隙d，其中，S代表竞争报文有效时隙，n表示接入宽带载波通信网关CCO中的电力载波通信设备个数，N为整个电网中的电力载波通信设备个数。
进一步的，所述竞争报文包括已接入宽带载波通信网关CCO中的电力载波通信设备的地址bit位。
进一步的，所述竞争报文还包括各个地址bit位所占用本竞争报文的通信时隙。
进一步的，所述方法还包括在触发数据上报过程中，以CSMA的延时矩阵形式呈现时隙延时时间。
进一步的，所述延时矩阵为
Figure 740287DEST_PATH_IMAGE002
型n*1阶矩阵，其中，b i,1表示第i个地址bit位所对应的时隙延时时间。
进一步的，所述时隙延时时间由电力载波通信设备通过接收到的数据竞争报文的系统运行时间*随机算法抽象rand(tick)，并进行当前设备地址位数的移位留余算法得到，即((random<<(bi,1))%(competeTick-1))，其中competeTick为数据竞争报文的系统运行时间。
进一步的，所述方法还包括当因随机因子导致电力载波通信设备的时隙延时时间出现连续延时时，采用紧急事件上报时隙平衡算法解决，当因电力载波通信设备自身运行时钟误差导致其时隙延时时间出现连续延时时，采用载波监听/碰撞检测CSMA/CD技术解决。
进一步的，所述紧急事件上报时隙平衡算法具体为，利用阶梯补偿法缩短当前电力载波通信设备的时隙延时时间。
进一步的，所述采用载波监听/碰撞检测CSMA/CD技术具体为，指定物理退避时延间隔解决物理传输信号冲突，所述物理退避时延间隔不大于紧急数据竞争报文响应时隙。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过引入竞争时序报文技术，有效提升了关键底层设备的关键数据的上报性能；TDMA时分复用技术的使用，使得竞争报文时隙划分更加清晰，结合bit位地址引用算法以及CSMA退避算法，有效规避了同一时序内不同时隙间的CSMA竞争上报，使得有效数据报文得到及时上报，提高了整个系统的数据上报及时性和整体性能。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，但需要说明的是，该实施例仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明请求保护一种基于宽带电力载波HPLC的TDMA及CSMA的运用方法，该方法包括，
S1、宽带载波通信网关CCO将接入的电力载波通信设备通过bit位标记算法进行地址划分，并进行bit位竞争报文时隙划分；即针对宽带载波通信网络内的策略重点关注的接入电力载波通信设备，进行策略bit位标记，便于后续的竞争报文机制的时隙划分，使其更加合理高效，而bit位标记的使用，对分支想挂载设备、表箱监控挂载设备、大用户监控挂载设备，需要根据接入总数量和关注的策略数量，进行有效地间隔划分时，尤为重要；
S2、宽带载波通信网关CCO采用TDMA时分复用技术，在正常循环心跳保活时序中定时穿插发送紧急数据竞争报文；显然，该定时穿插是根据策略要求来进行的；
S3、电力载波通信设备接收竞争报文，并判断自身是否有紧急数据需要上报，没有，则放弃本次bit位竞争报文时隙；有，则进行时隙延时算法，依据计算的时隙延时时间触发数据上报。需要提及的是，在进行时隙延时算法计算时，电力载波通信设备会结合自身紧急上报数据的时间条件，如此，使得时隙延时时间计算更为合理。
其中，bit位竞争报文时隙具体划分方式为：
依据公式
Figure 520025DEST_PATH_IMAGE001
计算bit位竞争报文时隙d，其中，S代表竞争报文有效时隙，n表示接入宽带载波通信网关CCO中的电力载波通信设备个数，N为整个电网中的电力载波通信设备个数。因紧急数据竞争报文的有效时隙S不变，在引入等差数列和时，能针对策略设备个数变化，可随时调整bit位竞争时隙的占位算法，方便快捷。
而且，竞争报文包括已接入宽带载波通信网关CCO中的电力载波通信设备的地址bit位，还包括各个地址bit位所占用本竞争报文的通信时隙，即在定时发送的竞争报文中，携带策略选择（可包含所有的，也可划分重点关注的紧急数据获取的设备）已接入网关的电力载波设备的地址bit位，且通告各个地址bit位占用本报文通信时隙。
本方法还包括在触发数据进行上报过程中，以CSMA的延时矩阵
Figure 232678DEST_PATH_IMAGE002
形式呈现时隙延时时间，其中，b i,1表示第i个地址bit位所对应的时隙延时时间，i∈n，其由电力载波通信设备通过接收到的数据竞争报文的系统运行时间*随机算法抽象rand(tick)，并进行当前设备地址位数的移位留余算法得到，即((random<<(b i,1))%(competeTick-1))，其中competeTick为数据竞争报文的系统运行时间。
本方法还包括当因随机因子导致电力载波通信设备的时隙延时时间出现连续延时时，采用紧急事件上报时隙平衡算法解决，当因电力载波通信设备自身运行时钟误差导致其时隙延时时间出现连续延时时，采用载波监听/碰撞检测CSMA/CD技术解决。具体如下，
本方法针对因随机因子的客观因素，导致某个电力载波通信设备的时隙延时时间出现连续性的延时性，而无法及时争抢到竞争报文的紧急上报时隙时，可通过引入进行各电力载波通信设备（以下简称节点）的紧急事件上报的时隙平衡算法解决，即针对客观存在的不可避免的延时性，采用节点紧急事件上报的产生时间与竞争报文发生时间的间隔差，间隔越大，说明该节点被客观延误的特性就越严重，则时隙平衡补偿则越大，换言之，在竞争报文时隙内，采用阶梯补偿，使得本次的竞争时隙尽可能的减少，以便更大机会获取本次的有效竞争时隙上报。
而对于在竞争时隙响应报文的发送过程中，出现因为节点的运行时钟误差产生的发送数据碰撞，则通过引入成熟的载波监听/碰撞检测(CSMA/CD)技术，通过指定物理退避的时延间隔，从物理通信层面，解决物理传输信号冲突问题，保证在竞争报文时隙内，一定有一个及以上的紧急数据或事件上报，该指定物理退避的时延间隔不大于竞争报文响应时隙。
本方法中，宽带载波通信网关CCO发送完竞争报文后，在规定的时间内，等待接入电力载波通信设备上报紧急数据，从而完成一个周期的接入电力载波通信设备的紧急数据上报。同时，上层应用可通过设置CCO发送竞争报文的间隔和延时等待时间，保证HPLC电力通信网络接入设备，可以按照一定的时间完成紧急数据或事件上报流程。
下面对本方法在实际电网中的运用所带来的优势进行举例性说明，电力通信网关CCO同时接入500个电力设备，HPLC的通信速率为100Kbps，每次电力设备轮询通信的报文大小为50个字节，单设备轮询成功的时间为10-20ms，要完成一个设备的紧急数据或事件上报最好条件及状态下完成的传输时间最大需要10S。
而在加入CCO通告竞争报文的条件下，应用配置了竞争报文发送的间隔时间500ms，竞争报文发送等待的时间为100ms，在不影响正常轮询效率的前提下，则在合理的时间范围内，将单个电力接入设备的紧急数据或事件在500-600ms以内的时间进行了上报，大大的提升了电力载波接入网络对进行数据的处理能力，并扩大了HPLC电力载波技术在未来物理网技术中的应用领域。
本发明通过引入竞争时序报文技术，有效提升了关键底层设备的关键数据的上报性能；TDMA时分复用技术的使用，使得竞争报文时隙划分更加清晰，结合bit位地址引用算法以及CSMA退避算法，有效规避了同一时序内不同时隙间的CSMA竞争上报，使得有效数据报文得到及时上报，提高了整个系统的数据上报及时性和整体性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于宽带电力载波HPLC的TDMA及CSMA的运用方法，其特征在于：所述方法包括，
S1、宽带载波通信网关CCO将接入的电力载波通信设备通过bit位标记算法进行地址划分，并进行bit位竞争报文时隙划分；
其中，bit位竞争报文时隙具体划分方式为，
依据公式
Figure 866173DEST_PATH_IMAGE001
计算bit位竞争报文时隙d，其中，S代表竞争报文有效时隙，n表示接入宽带载波通信网关CCO中的电力载波通信设备个数，N为整个电网中的电力载波通信设备个数；
S2、宽带载波通信网关CCO采用TDMA时分复用技术，在正常循环心跳保活时序中定时穿插发送紧急数据竞争报文；
S3、电力载波通信设备接收竞争报文，并判断自身是否有紧急数据需要上报，没有，则放弃本次bit位竞争报文时隙；有，则进行时隙延时算法，依据计算的时隙延时时间触发数据上报；
其中时隙延时算法计算时隙延时时间的具体方法为：
延时矩阵为
Figure 558185DEST_PATH_IMAGE002
型n*1阶矩阵，其中，b i,1表示第i个地址bit位所对应的时隙延时时间；
所述时隙延时时间由电力载波通信设备通过接收到的数据竞争报文的系统运行时间与随机算法抽象得到；
b i,1 =((random<<i)%(competeTick-1))；
其中，competeTick为数据竞争报文的系统运行时间。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
所述竞争报文包括已接入宽带载波通信网关CCO中的电力载波通信设备的地址bit位。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：
所述竞争报文还包括各个地址bit位所占用本竞争报文的通信时隙。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：
所述方法还包括在触发数据上报过程中，以CSMA的延时矩阵形式呈现时隙延时时间。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：
所述方法还包括当因随机因子导致电力载波通信设备的时隙延时时间出现连续延时时，采用紧急事件上报时隙平衡算法解决，所述紧急事件上报时隙平衡算法具体为，利用阶梯补偿法缩短当前电力载波通信设备的时隙延时时间；
当因电力载波通信设备自身运行时钟误差导致其时隙延时时间出现连续延时时，采用载波监听/碰撞检测CSMA/CD技术解决。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：
所述采用载波监听/碰撞检测CSMA/CD技术具体为，指定物理退避时延间隔解决物理传输信号冲突，所述物理退避时延间隔不大于紧急数据竞争报文响应时隙。
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