CN112703787B - 用于配电系统等的时间同步装置和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的各方面涉及用于在通信网络的通信节点之间进行时间同步的装置和方法。在具体实施例中，该装置包括具有用于与网络中的其他节点通信的相应时钟电路和通信电路的节点，并且节点通过在网络或系统的通信节点之间传递功率相关数据来传送指示配电系统内的功率消耗的功率相关数据或对其进行操作。每个节点可以在被准许加入到通信网络中之后在间隔内向节点中的另一节点提供时间同步请求，并且这然后导致该节点将时钟电路设置为从第二节点经由在如经由较高级层中的一个传递的唯一可识别的数据帧中提供的定时信息传送的参数。节点通过在预定时间范围内传递附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步。

Description

用于配电系统等的时间同步装置和方法

背景技术

通信网络可用于提供在形成网络的部分的节点之间的各种数据。一些通信网络可提供用于跨网络分配数据的对等通信，诸如用于公用事业服务。作为具体示例，使用配电线路来跨越大地理区域（通常从一个或多个发电站（或发电厂）到住宅和商业客户站点）向客户运送电力的电力公用事业公司可以使用网状网络来传递各种数据。电力在来自发电厂的配电线路上以相对高的电压并且使用交流电（AC）运送。变电站通常位于客户站点附近，以提供高电压到较低电压的降低（例如，使用变压器）。配电线路将此较低电压AC从变电站运送到多个客户站点，在所述多个客户站点处安装端点（例如，功率消耗计量）设备以监测和报告在每个站点处消耗的功率。

配电系统可以采取各种不同的形式，所述各种不同的形式往往基于配电线路和端点设备如何被电力供应和其他类型的公用事业公司使用来区分。配电系统有时包括系统中的电力线路通信（PLC），其中多个端点设备中的每个被配置成由该端点设备通过电力线路将该数据传输回公用事业公司来提供关于每个站点处消耗的功率的报告。这样的端点设备通常代替仪表读取器的较不复杂的方法，所述较不复杂的方法要行走到每个客户站点并且用于手动读取各个端点设备以便跟踪所消耗的功率。

更复杂类型的配电系统中的一些通过使用其中节点经由数据层传递数据的网状网络来实现客户站点之间的通信。该方法扩展了通信网络的通信范围以便到达远程地位于网络的最外层中的设施，并且这样的系统可以以分布式方式实现，使得不存在单个故障点。

发明内容

本公开的各方面涉及解决上述问题以及基于随后的详细描述将变得显而易见的其他问题。根据本公开的一个实施例，各方面涉及使用可以安装在客户站点处并且在一些情况下以便携式的方式使用（例如，用于测试和临时维护）的方法和装置（例如，系统和设备）的基于网格的通信网络的各种基于电路的通信节点之间的时间同步。

本发明的各方面包括用于基于网格的通信网络的时间同步协议，已发现在配电系统中所使用该时间同步协议时是有益的。配电系统在不同的远程定位的站点处将电力分配给设备，并且可以包括通信节点之间的功率相关数据的通信。功率相关数据指示功率消耗或以其他方式与功率消耗相关联，所述功率消耗诸如由远程定位的站点处的设备的消耗。具体实施例涉及一种包括多个通信节点（例如，每个通信节点包括用于与其他节点的其他类似配置的电路通信的至少一些数据处理电路和数据通信电路）的装置。如在配电系统中所例示的，节点可以诸如通过传递计量数据、负载的改变、故障、重新配置信息等来对功率相关数据进行操作。节点可以包括用于在通信节点之间的这样的功率相关数据的无线和/或有线通信的通信电路。当被实现为基于网格的通信网络的一部分时，一个具体实施例使每个节点配置有时钟并且配置有经由多个数据通信抽象层（诸如互联网协议（IP）栈的层）在节点之间进行的处理。应当理解，本上下文中的时钟电路（或“时钟”）可以以各种形式实现（例如，作为计算机电路中的可编程逻辑电路或软件实现的功能）。所述层包括用于节点-节点交互的较低级层和较高级层，所述节点-节点交互涉及多个其他通信节点中的相应通信节点的标识。例如，一个节点可以在被准许加入到基于网格的通信网络中之后在间隔（诸如任意设置的定时间隔（例如，伪随机、也称为“随机”）间隔）内将时间同步请求提供给另一节点，并且将时钟设置为经由定时信息从其他节点传送的参数。在节点将期望最低级层共享定时/同步信息的情况下，具体定时/同步信息被提供在如经由较高级层中的一个所传递的唯一可识别的数据帧中。在具体实施例中，每个节点可以通过在预定时间范围内传递附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步。

在具体实施例中，通信节点中的电路可以使用多个抽象层进行通信，诸如具有用于常规节点-节点交互（例如，用于共享每个节点/设备的标识）的较低级（或最低级）层的IP栈以及较高级层，较高级层如可以用于共享网络服务规定、传输-协议信息和分组构造数据（使用TCP / IP模型作为示例）。时间同步经由通过较高级层中的一个传递的请求和定时信息在节点之间发生，而无需将数据推送到其他较高级层。响应于加入通信网络的特定节点，节点请求与父（parent）节点的时间同步，并且父节点提供定时信息，该定时信息用于设置请求节点的时钟。相应节点在时间同步的同时进行通信，并且通过随后在预定时间范围内更新时间值来维持彼此正在进行的时间同步。本公开的这些和其他方面在多个说明的实施方式和应用中被例示，其中一些在附图中示出并且在随后的权利要求部分中被表征。

根据各种实施例，通信网络提供用于跨网络分配数据的对等通信，诸如用于公用事业服务。通信网络可以是网状网络，在网状网络中网络节点直接、动态并且非分级地连接到其他网络节点。网络节点彼此协作以在通信网络内高效地路由（route）数据。网状网络可以动态地自组织和自配置，这可以减少安装开销并且实现工作量的动态分配。作为具体示例，网状网络可被用在配电系统中，该配电系统可包括电力线路通信（PLC），其中多个端点设备中的每个通过将该数据传输回公用事业公司的端点设备提供关于每个站点处消耗的功率的报告。端点设备可以包括通信节点，该通信节点用于将数据传递回公用事业公司和/或在有关端点设备的问题（诸如失去到电力线路的连接和/或其他故障）的情况下以其他方式将数据传递到公用事业公司。根据各种实施例，在通信网络的节点之间具有时间同步可能是有利的。作为特定示例，网状网络可以被用作停电管理系统的一部分，该停电管理系统用于评估通过电力线路从电力公用事业公司递送到多个客户站点的电力的效能。时间同步可以帮助评估和/或用于标识系统中的故障。尽管实施例不限于配电系统，并且可以包括使用其他类型的输送技术的各种对等网络。

根据一个特定实施例，一种装置包括具有时钟的节点。该装置可以用于具有在通信节点之间共享的功率相关数据的配电网络中。该节点可以使用多个抽象层在基于网格的通信网络中通信，该多个抽象层包括用于涉及多个其他通信节点中的相应通信节点的标识的节点-节点交互的较低级层。该节点可以与节点通信网络中的另一节点进行时间同步。例如，一个节点可以在被准许加入到基于网格的通信网络中之后在随机间隔内向其他节点提供时间同步请求，并且将时钟设置为从其他节点经由定时信息传送的参数。定时信息被提供在如经由较高级层中的一个传递的唯一可识别的数据帧中。另外，该节点通过在预定时间范围内传递附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步。

在其他更具体的实施例中，一种装置包括网状网络通信控制器电路、第一节点和第二节点，所述第一节点和第二节点用于提供用于经由基于信标的通信协议在（基于网格的）通信网络中传递数据的数据路径，通过基于信标的通信协议，包括第一节点和第二节点的分组通信节点（或通信节点的网络）中的电路之间的数据使用多个抽象层进行传递。多个抽象层包括用于涉及通信节点中的相应通信节点的标识的节点-节点交互的较低级层并且包括较高级层。第一节点（例如，子节点）包括时钟。第一节点在随机间隔内、在所述第一节点被网状网络通信控制器电路准许加入到通信网络中之后发送时间同步请求，并且将时钟设置为从第二节点传送的参数。第二节点（例如，父节点）响应于接收到时间同步请求而提供定时信息，所述定时信息由第一节点使用以用于经由唯一可识别的数据帧中的时间值以及经由较高级层（例如，媒体访问控制（MAC）层）中的一个来设置参数。此外，第一节点和第二节点在通信网络中彼此时间同步的同时传递数据，并且通过随后在预定时间范围内更新时间值来维持彼此正在进行的时间同步。

多个实施例涉及用于执行时间同步的方法，诸如供在具有在通信节点之间共享的功率相关数据的配电系统中使用。示例方法包括提供用于经由通信协议在通信网络中传递数据的数据路径，通过该通信协议，包括第一节点和第二节点的通信节点中的电路之间的数据使用多个抽象层进行传递，所述多个抽象层包括用于涉及通信节点中的相应通信节点的标识的节点-节点交互的较低级层并且包括较高级层。该方法还包括：由第一节点在随机间隔内、在第一节点被准许加入到通信网络中之后提供时间同步请求，并且响应于接收到时间同步请求经由较高级层（例如，MAC层）中的一个向第一节点提供定时信息作为唯一可识别的数据帧中的时间值。第一节点的时钟被设置为定时信息中从第二节点传送的参数。所述方法还包括：由第一节点和第二节点通过随后在预定时间范围内更新时间值来维持彼此正在进行的时间同步。在各种具体实施例中，可以设置和/或调整随机时间间隔和/或预定时间范围。

以上概述并不旨在描述本公开的每个说明的实施例或每个实施方式。随后的附图和详细描述（包括在所附权利要求中描述的）更详细地描述了这些实施例中的一些。

附图说明

考虑下面结合附图的详细描述，可以更完整地理解各种示例实施例，在附图中：

图1是按照本公开的实施例的用于在通信节点之间进行时间同步的示例装置的框图；

图2是按照本公开的实施例的其中节点（例如，基于电路的端点设备）传递数据的示例网状网络的框图；

图3描绘了按照本公开的实施例的图示用于节点之间的定时同步的示例通信协议的流程图；以及

图4描绘了按照本公开的图示由节点进行的时间同步的操作的流程图。

虽然本公开可依照各种修改和替代形式，但是其示例已经通过示例的方式在附图中示出并且将被详细地描述。然而，应理解，意图并不是将本公开限于所示出和/或所描述的特定实施例。相反，意图是要覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替换方案。

具体实施方式

本公开的各方面被认为适用于各种不同类型的设备、系统和布置，包括可被实现用于在配电系统中通过基于网格的通信网络传递经时间同步的数据的那些设备、系统和布置，所述配电系统诸如涉及通过电力线路向房屋和其他设施（例如，经由电力变电站）分配电力，其中所消耗的功率被计量并报告回电力公司。虽然本公开不一定限于这样的应用，但是本公开的各个方面可以通过使用这些上下文的各种示例的讨论来理解。

根据各种实施例，通信网络提供用于跨网络分配数据的对等通信，诸如在用于配电公共事业服务的基于网格的通信网络中。通信网络可以是网状网络，其中通信节点（例如，电路）直接地、动态地并且非分级地连接到其他网络节点。在全网状网络中，每个节点连接到在网络内通信地连接的每个其他节点。在部分网状网络中，少于所有的网络节点连接到每个节点。通信节点彼此协作以在通信网络内高效地路由数据。网状网络可以动态地自组织和自配置，这减少了安装开销并且实现了工作量的动态分配。例如，如果一个或多个通信节点发生故障，则网状网络可以重新配置和/或重新分配工作量，这可以有助于容错和降低的维护成本。

作为具体示例，网状网络可被用在配电系统中，其可包括电力线路通信（PLC），其中多个端点设备（例如，通信节点）中的每个通过端点设备将该数据传输回公用事业公司来提供关于每个站点处消耗的功率的报告。端点设备可以包括具有通信电路的通信节点，其用于将功率相关数据传递回公用事业公司和/或在有关端点设备的问题（诸如失去到电力线路的连接和/或其他故障）的情况下以其他方式将数据传递到公用事业公司。替代地和/或另外地，通信节点可以与端点设备分离并且可以以无线或有线方式与端点设备通信。根据各种实施例，在通信网络的节点之间具有时间同步可能是有利的。作为特定示例，网状网络可以被用作停电管理系统的一部分，该停电管理系统用于评估通过电力线路从电力公用事业公司递送到多个客户站点的电力的效能。时间同步可以帮助评估和/或用于标识系统中的故障。其他实施例不限于配电系统和/或网状网络，并且它们可以包括使用其他类型的输送技术的各种对等网络。

按照更具体的实施例，网络使能的通信设备位于相应的家庭、建筑物和其他设施（即，客户站点设施）处，在这些地点处，电力由被连接到客户站点的设施的电力线路所运送的能量来分配。网络使能的通信设备（或简称为“通信设备”）可以配置成使用不同的通信方案进行通信，并且可选地并且可应用于配电系统，可以由通过共享电力线路向通信设备发送配置数据来配置。网络使能的通信设备中的一些（如果不是全部）可以是无线使能的设备，在本文中被称为或包括“通信节点”，在“通信节点”中通信设备通过宽带网络无线地通信，诸如通过WiFi或蜂窝电话协议，同时仍然经由附接到设施并由公用事业公司操作的电力线路供电。尽管实施例不限于此，并且通信可以是有线通信。这样的宽带使能的通信设备可以包括恒温器、热水器、水软化器、洗衣机、干衣机、洗碗机、空调和HVAC装备（通常）、固定的（设施安装的）相机、门锁、远程控制的喷洒器系统（诸如以商品名Rainbird销售的）、以及远程控制的电子组件（例如，灯开关和插座，诸如由Belken以商品名WEMO销售的（www.belkin.com/us /Products/home-automation/c/wemo-home-automation/）。

结合本公开，已经发现，由来自公用事业公司的电力线路的能量供电的宽带使能的通信设备（例如，Wi–Fi使能的恒温器或“智能恒温器”）不仅可以如预期的那样被使用（例如，用于监测/控制设施的温度），而且还可与协议特定的通信一起使用以在各种角色中起作用，诸如实现时间同步协议。因为这些通信节点通信地耦合到诸如互联网和蜂窝电话网络之类的一个或多个宽带网络，所以它们向用户和第三方服务提供商提供对由设备生成的状态和输出数据的访问，所述设备在示例智能恒温器的情况下用于监测、报告和/或调整设施内的温度。

根据本公开的各种实施例可以包括通过使用多个抽象层中的较高级层中的一个来传递时间同步请求和定时信息来在具有低等待时间和开销的通信网络内提供时间同步。数据路径可以被提供以用于经由通信协议（诸如经由基于信标的通信协议）在通信网络中传递数据。使用通信协议，使用多个抽象层来传递通信节点中的电路之间的数据。多个抽象层包括用于节点-节点交互的较低级层以及较高级层。根据本公开的实施例可以便于使用较高级层中的一个并且在无需通过剩余的较高级层中的一个或多个来推送该数据的情况下来在相应通信节点之间进行时间同步。在具体实施例中，数据在诸如媒体访问控制（MAC）层的数据链路层上传递。

时间同步请求可以包括具有向第二节点表示该请求包括时间请求的唯一标识符（例如，多个位或字节）的数据帧。第二节点接收时间同步请求，并提供要由第一节点用来设置时钟的定时信息。定时信息被提供为唯一可识别的数据帧，其可以包括作为用于设置时钟的特殊参数的时间值。例如，第一节点接收唯一可识别的数据帧，并且基于表示该帧包括时间值的位或字节的唯一ID集合来标识数据帧。作为一个非限制性示例，时间值可以包括四字节epoc时间值。第一节点基于唯一ID字节来标识或识别包括时间值的帧，并且将时钟设置为由时间值指示的参数。相应的节点然后在被时间同步的同时进行通信。

根据多个实施例，第一节点和第二节点可以通过随后在一个或多个预定时间范围内更新时间值来维持彼此正在进行的时间同步。作为示例，第一节点可以周期性地发送附加时间同步请求。在一些具体实施例中，随机间隔可以包括第一时间间隔（例如，0 - 120秒）内的时间，并且可以在各自大于第一时间间隔的周期时间处发送附加请求。作为具体示例，第一时间间隔可以从0秒和120秒之间的值选择，并且周期时间可以是900秒或者大于120秒的任何值。其他实施例不如此限制，并且可以使用包括等于或小于第一时间间隔的周期时间的各种时间值。

作为背景，应当理解，这样的网络包括诸如通信电路/服务器和基站（有时称为“节点”）的终端的网络，如为了节点之间的通信而使用无线局域网（WLAN）的实施方式中所例示的。在网状网络中，节点可充当中继器以将源自另一节点的数据传送到又另一节点。在网状网络中，可以通过由附近节点的每个这样的集合所提供的连接性来横越长距离，尤其在不平坦或困难的地形上。如果节点故障，例如，由于硬件缺陷而导致的，则其相邻节点查找不同的数据传输路由。网状网络可以包括固定或移动设备。

现在转向附图，图1是按照本公开的实施例的用于通信节点之间的时间同步的示例装置的框图。各种实施例涉及供在具有在通信节点之间共享的功率相关数据的配电系统中使用的时间同步协议。

通信节点可在基于网格的通信网络中通信，在该基于网格的通信网络中通信节点使用多个抽象层传递数据，诸如功率相关数据。这些层可以包括用于节点-节点交互的较低级层和较高级层，该节点-节点交互涉及多个其他网络节点中的相应网络节点的标识。如由本领域普通技术人员将领会的，示例抽象层包括互联网协议（IP）栈，诸如开放系统互连（OSI）层。对于关于OSI层的更一般的信息和关于堆栈的每一层的具体信息，参考提交于1994年6月29日的题为“用于在两个用户站之间传输消息的方法以及用于执行该方法的设备（Method for transmitting a message between two subscriber stations anddevice for performing the method）”的欧洲专利EP0638886B1”，该欧洲专利以其整体完整地结合于此以用于其教导。OSI定义通信网络中的通信节点之间的通信过程，其中通信节点中的每个提供功能的层中的每个。作为示例，较低级层可以包括物理层。如将理解的，在节点之间的通信的情况下，数据通常向下流过源网络节点中的层并且向上流过接收通信节点中的层。时间同步协议可以通过使用较高级层中的一个在相应节点之间传递时间同步请求和定时信息来实现，并且在一些情况下，无需通过其他较高级层推送数据。

除了使用通过低功率和有损网络（RPL）路由协议的路由形成的子-父链路之外，各种实施例实现时间同步。作为具体示例，可以使用诸如802.15.4-2006规范之类的规范来实现网状网络。第一节点（其可以被称为“子节点”）加入第二节点（其可以被称为“父节点”）。如本文所使用的，加入包括或指代形成链路并且可以是RPL目的地定向有向无环图（DODAG）的一部分。在具体实施例中，子节点在发送信标请求、接收信标响应和用于运送用于网络访问的认证的协议（PANA）认证之后加入父节点。响应于加入第二节点，第一节点经由一个较高级层向第二节点发送时间同步请求。可以在随机间隔内发送时间同步请求。在具体实施例中，随机间隔包括在加入之后的0-120之间的值。如本文进一步描述的，在一些具体实施例中，可以调整和/或以其他方式设置随机间隔。

例如，装置可以包括第一节点104（其被图示为子节点），并且包括与先前讨论的时钟电路/功能对应的和/或由先前讨论的时钟电路/功能指示的时钟（电路）106。通过与第二节点102形成链路和/或以其他方式加入到通信网络中，第一节点104可以是对于第二节点102（图示为“父节点”）的子节点。在一些具体实施例中，网状网络通信控制器电路100可以准许第一节点104加入到通信网络中和/或以其他方式与第二节点102形成链路。在具体实施方式中，第一节点104在802.15.4-2006信标请求、信标响应和PANA认证之后与第二节点102形成链路，并且被加入RPL DODAG以及是RPL DODAG的一部分（例如，该链路是由第一节点104向第二节点102提供信标请求并经由数据链路层或其他较高级层从第二节点102接收信标响应来形成的）。其他实施例不一定限于信标请求/响应对，并且可以使用各种技术在网状网络中形成链路。

如先前所述，在具体实施例中，第一节点104和/或第二节点102可以是配电系统中的通信节点。通信节点可对指示配电系统内的功率消耗的功率相关数据进行操作。例如，如本文进一步说明的，功率相关数据可以指示配电系统中的端点设备的功率消耗。第一节点104和/或第二节点102可包括电路（未示出）以无线地或以有线方式在通信节点之间传递功率相关数据（除了其他数据以外）。

以下是根据各个实施例的时间同步协议的具体示例。在被准许加入通信网络和/或与第二节点102形成链路之后，第一节点104在间隔（诸如任意设置的或随机间隔）内向第二节点102提供时间同步请求。随机间隔可以在第一时间间隔（或跨度）内针对网络内的每个请求而随机化。非限制性示例时间间隔包括0-120秒，并且在每个实施方式中，在0-120秒内随机地提供时间同步请求。在其他实施例中，随机间隔未被随机化并且在第一时间间隔（或跨度）内。时间同步请求可以包括唯一标识符（ID），诸如唯一ID字节。唯一ID向第二节点102表示数据帧包括时间同步请求。定时请求经由一个较高级层被传递到第二节点102。

响应于该请求，定时信息被提供给第一节点104，如本文进一步描述的。第一节点104接收如在唯一可识别的数据帧中提供的并且如经由一个较高级层传递的定时信息。第一节点104将时钟106设置为经由定时信息传送的参数。第一节点104可另外通过在预定时间范围内传递附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步。另外，第一节点104和第二节点102可以在通信网络中彼此时间同步的同时传递数据。

在多个实施例中，装置另外包括网状网络通信控制器电路100和/或第二节点102。网状网络通信控制器电路100（其有时被称为“网状集中器”）可以用于诸如经由网络时间协议（NTP）服务器在场域网（FAN）到互联网（例如，广域网（WAN））的网络电路之间提供通信。如先前所述，网状网络通信控制器电路100还可以用于将节点加入到通信网络。网状网络通信控制器电路100、第一节点104和第二节点102提供用于经由通信协议在通信网络中传递数据的数据路径，通过该通信协议，在通信节点（包括第一节点和第二节点）中的电路之间的数据使用多个抽象层进行传递。在一些具体实施例中，通信协议包括基于信标的通信协议。

第二节点102提供由第一节点104用于设置参数的定时信息。例如，第二节点102经由在唯一可识别的数据帧中发送的定时值向第一节点104提供定时信息，唯一可识别的数据帧经由一个较高级帧被传递。唯一可识别的数据帧可以包括唯一标识符（诸如唯一ID字节）和时间值。唯一标识符可以（向第一节点104）表示或指示数据帧包括时间值。在一些实施例中，时间值包括日期（例如，日历日期）、时间和/或其组合。第一节点104将时钟106设置为从第二节点102传送的参数，并且无需在整个其他较高级层上推送时间值。如先前所述，抽象层可以是互联网协议（IP）栈的层，诸如OSI层。

在一些具体实施例中，用于时间同步协议的一个较高级层是数据链路层，诸如MAC层。第一节点104可以经由一个较高级层提供时间同步请求，经由一个（例如，相同的）较高级层接收定时信息，并且设置与参数对应的时钟，而无需在IP栈的整个其他较高级层上推送时间值，这与通过IP栈推送数据相比可以减少等待时间。

第一节点104和第二节点102可以在被时间同步的同时传递诸如功率相关数据之类的数据。如先前所描述，可通过随后在预定时间范围内更新时间值来维持时间同步。随机时间间隔可以是第一时间间隔，诸如一范围（例如0-120秒）。预定时间范围可以包括可以大于第一时间间隔的一个或多个值。作为具体的非限制性示例，随机时间间隔在0-120秒之间，并且用于周期性地发送附加请求的预定时间范围可以是900秒（并且预定时间范围可以等于或小于随机时间间隔）。

在各种实施例中，随机时间间隔和/或预定时间范围可以由第一节点104、第二节点102和/或网状网络通信控制器电路100中的一个或多个来设置和/或调整。例如，电路可将所述值设置为在一个或多个范围内，且可稍后在所述范围内调整所述值和/或调整所述范围自身。

在多个具体实施例中，第一节点104和第二节点102传递时间值并将用于时间同步的参数设置为时间同步协议的一部分，如上所述。第一节点104还可以经由时间同步协议从另一其他网络节点接收定时信息以用于提供与该其他通信节点的时间同步。因此，时间同步协议可以用于对通信网络中的多个通信节点进行时间同步。

图2是按照各种实施例的示例网状网络的框图。在具体实施例中，按照本公开的PLC实施例，网状网络包括或形成配电系统的一部分，配电系统包括PLC，其中端点（在214-1、214-2、214-3、214-4、214-5、214-6、214-7、214-8、214-9、214-10、214-11、214-12内，本文中统称为“装备214”以便参考）与采集器单元208-1、208-2、208-3、208-4（本文中称为“采集器单元208”以便参考）传递数据。这些通信通过向客户站点中的每个提供来自公用事业电力公司的电力的相同电力线路而发生。在此上下文中且如先前所提及，已实现本公开的各方面以有益于采用PLC的实施例和那些不采用PLC的实施例。

参考图2，该系统包括覆盖宽带通信网络的配电系统。配电系统的图示的方面包括公用事业（电力）公司205，公用事业（电力）公司205生成AC电力以用于经由各种地理上分散的配电站进行分配，以供客户站点的设施处的消耗，装备214的相应集合位于客户站点。装备214基于通过电力线路（例如，如虚线所图示）接收的电力来操作。在各种示例中，每个客户站点处的装备214包括安装在客户站点设施处的端点设备（其是电路或至少包括电路，诸如功率计和/或负载开关）。在这样的配电型系统中，端点设备还典型地配置有电路，以用于从采集器单元208（例如，其位于邻近于附近的客户站点的分组，其可以包括路由器和/或上述的“网状网络通信控制器电路”）接收配置和其他数据，并且以用于将报告和状态信息发送回采集器单元208，其进而被发送回代表公用事业（电力）公司205操作的计算机服务器203。在这样的PLC系统中，通过电力线路在采集器单元208和装备214之间在两个方向上都发送该信息。计算机服务器203指代和/或包括一个或多个计算机（处理电路），该一个或多个计算机（处理电路）一起操作以执行如本文所描绘和描述的通信。

图2还示出了耦合在客户站点处的装备214和计算机服务器203之间的宽带通信网络（“BBN”）210。在图1的装备214中的每个内是相应通信设备（例如，通信节点），其能够用于经由宽带通信网络210来与计算机服务器203通信。在该上下文中，通信设备被称为是宽带使能的。如以上所讨论的，装备214的宽带使能的通信设备中的每个经由通过公用事业电力公司205控制的电力线路供电。

在图2中，装备214分别通过通信信道向采集器单元208传输符号。在某些实施例中，装备214可以位于客户位置（例如，建筑物）处。变压器通常经由变电站/采集器外壳而位于客户站点的组附近，以在AC电力被提供给客户站点之前提供电压的降低。采集器电路（被示出为采集器单元208）包括配置成通过电力线路与装备214的端点通信的电路，并且还典型地包括用于（经由高速网络接口、广域网和以太网）与代表公用事业电力公司而操作的命令中心通信的电路。

在本公开的某些实施例中，采集器单元208配置成在将数据存储在本地数据库中的同时从装备214的许多不同集合接收数据（例如，功率相关数据）。采集器单元208可以由通信设备（如本文所讨论的）的制造商和/或由与制造商通信的第三方服务提供商操作。采集器单元208还可以基于从端点214接收的数据来采取动作，并且将从装备214的集合接收的数据传输到命令中心。命令中心可以代表第三方服务提供商而操作，并且与代表（一个或多个）制造商而操作的服务器相比可以表示单独服务器。例如，在包括PLC的配电系统中，命令中心可以从由不同制造商提供的多个不同类型的通信设备（例如，如热水器、智能恒温器等中的WiFi使能的电器）接收指示暗示停电的状况的数据。如本文所讨论的，命令中心可以检索指示装备214之中存在暗示停电的状况的数据。此外，响应于由如上所述正劣质通信的通信设备提供的相关信息，命令中心和/或计算机服务器203可以访问数据库，该数据库存储劣质通信的通信设备的设备标识符、其物理（客户站点）地址，并且对于每个相应通信设备的协议具体频率也可以是有用的，以用于进一步评估可能的断电事件。

按照某些实施例，命令中心提供允许其他设备访问已经从装备214接收的数据的接口。例如，用户设备可以由服务提供商、维护人员和/或服务提供商的客户拥有。响应于对暗示停电的状况的标识，命令中心可以向可由客户访问的用户设备提供数据，以提供关于断电的存在的信息并且潜在地提供估计断电的持续时间的信息。

采集器单元208可以通过广域网（WAN）、局域网（LAN）、互联网或其他通信网络与命令中心通信。这些数据网络可以被实现为有线或无线网络。有线网络可以包括任何媒体受限网络，包括但不限于使用金属线导体、光纤材料或波导实现的网络。无线网络包括所有自由空间传播网络，诸如使用无线电波和自由空间光网络实现的网络。

因此，本公开的实施例涉及使用无线或有线使能的通信设备的停电评估。

还根据本公开的各方面，客户站点装备214-1、214-2等的集合可以包括供在网状网络中使用的端点设备和宽带使能的通信设备。在客户站点处的装备经由电力线路供电，如图2中使用虚线所图示以描绘可用于将电力路由到每个客户站点的各种配电路径。如先前所讨论的，端点与采集器单元（未在图2中示出）通信，并且通信设备通过宽带通信网络与远程定位的计算机服务器通信。在示例网状网络中，端点设备可以如常规的那样在基于网格的通信网络中或经由可以包括无线路由器的采集器（例如，图示为采集器单元208）彼此通信，其位于足够接近以准许附近的设备进行设备到设备的通信以到达由配电系统覆盖的远程区域。宽带使能的通信设备（单独地或与路由器组合）还配置成通过宽带通信网络进行通信，例如，通过在（热点）通信中继器上下文中彼此通信以扩展RF覆盖区域（例如，WiFi或蜂窝），并且宽带使能的通信设备还可以配置成直接通过宽带/ RF网络（例如，WiFi型和/或本地蜂窝网络的互联网）进行通信。在此上下文中，这样的网状网络由宽带使能的通信设备补充以解决或克服如上文所讨论的问题。对于其中采用了宽带使能的通信设备的每个这样的实施方式，如本文所述，可以使用相同类型的通信方案和协议来管理、辨别和报告可能的断电事件。

计算机服务器还可以通信地耦合到通信设备（图2中未示出）以从系统中的通信设备的子集（指代少于全部）接收数据。例如，在某些实施方式中，在整个配电系统中采用网状网络的常规操作，并且仅在被认为是有益的区域（诸如代表对于确定断电而言关键的区域）中添加宽带使能的通信设备。宽带使能的通信设备的这样的子集用于表示采样区域以作为整体反映系统。

如本文所述，服务器可以被配置和布置成评估功率相关数据，诸如响应于从宽带使能的通信设备的子集接收相应通信而评估在与宽带使能的通信设备的子集对应的一个或多个区域内的包括可能的停电在内的消耗和故障。在一些实施例中，响应于该评估，可以采用求助（recourse）以用于辨别可能受断电影响的其他节点和/或以用于隔离断电的原因并且由此确定在何处以及如何实施电力恢复的补救。例如，如所图示的，宽带使能的通信设备中的每个可以通过各种配电路径耦合到电力线路组件212。通信设备中的每个可以被启用以用于经由路由器的无线或有线通信（彼此），其中计算机服务器被准许与如上所述的通信设备中的每个通信。另外，两个或更多个节点（例如，端点设备和/或其他基于电路的通信设备）可以执行时间同步协议，如结合图1所描述的。

尽管图2的实施例图示了供在配电系统中使用的基于网格的通信网络，但实施例不一定限于这点。例如，各种实施例可以在非网状通信网络和/或除配电系统之外的系统中的通信节点之间使用上述时间同步协议。作为具体示例，上述时间同步协议可以被实现为不是配电系统的公用事业系统的一部分。另一具体示例包括家庭监测系统或其他类型的安全系统（例如，具有多个相机和/或传感器的安全系统、具有在不同装备或设备上的传感器的系统）的通信节点之间的时间同步协议的实施方式。另一具体示例包括建筑物或工业监测系统（其可以包括在不同装备设备上的传感器）的通信节点之间的时间同步协议的实施方式。例如，工业监测系统可以从传感器传递关于过程或制造工序的数据，并且其可以向控制系统提供反馈。

图3描绘了按照本公开的实施例的图示用于通信网络中的节点之间的定时同步的示例通信协议的流程图。如先前所述，用于在通信网络中传递数据的数据路径可经由通信协议来提供，通过所述通信协议，通信节点中的电路之间的数据使用多个抽象层进行传递。在具体实施例中，节点可以配置为形成作为配电系统的部分的节点阵列的通信点，并且可以对指示系统内的功率消耗的功率相关数据进行操作。在该上下文中，每个这样的节点具有通信电路以在通信节点之间传递功率相关数据。

如所图示，在第一节点加入到通信网络中之后，第一节点332在随机间隔内向第二节点331提供时间同步请求。第二节点331通过提供诸如时间同步消息的定时信息来进行响应。例如，响应于接收到时间同步请求，第二节点331经由较高级层中的一个向第一节点332提供定时信息作为唯一可识别的数据帧中的时间值。第一节点332将内部时钟设置为在定时信息中从第二节点331传送的参数。第一节点332和第二节点331可以通过随后在预定时间范围内更新时间值来维持彼此正在进行的时间同步。

图4描绘了按照本公开的图示由节点电路（也称为基于电路的节点或简单节点）进行的时间同步的操作的流程图。如所图示，在440处，节点（例如，子节点）加入到通信网络中。在加入之后，在442处，节点确定是否已经设置了时间。例如，如果已经如由节点的时钟所指示的那样设置了参数，则已经设置了定时。

响应于确定尚未设置时间，在444处，节点可以启动时间请求计数器（例如，从第一时间值选择的随机时间）。在446处，节点确定计数器是否已经期满。如果计数器尚未期满，则在448处，节点使计数器递减。如果计数器已经期满，则在450处，节点向其他节点（例如，父节点）发送时间同步请求。在452处，节点从其他节点接收定时信息，并且可以基于定时信息将时钟设置为参数。

响应于确定时间已经被设置，在454处，节点可以将请求维护计数器启动到预定时间段的值。在456处，节点确定维护计数器是否已经期满。如果计数器尚未期满，则在458处，节点使计数器递减。如果计数器已经期满，则在460处，节点向其他节点（例如，父节点）发送时间同步请求。在462处，节点从其他节点接收（更新的）定时信息，并且可以根据定时信息将时钟设置为参数。

在各种其他实施例中，随机间隔和/或预定时间段可以被设置和/或调整。例如，随机间隔可以被设置或以其他方式从第一时间间隔中选择。如先前所述，第一时间间隔可以包括从其中选择随机间隔的范围（或时间跨度），诸如在0和120秒之间。在一些实施例中，预定时间段可以大于第一时间值（例如，范围）和/或所选择的随机间隔，但是实施例不一定如此限制。在一些实施例中，节点可以设置随机间隔和/或预定时间段。在其他实施例中，其他电路（例如，父节点或网状网络通信控制器电路）可以设置或调整随机间隔和/或预定时间段。

除非另有指示，否则各种通用系统和/或逻辑电路可以与根据本文中的教导的程序一起使用，或者可证明构造更专用的装置来执行所需的方法是方便的。例如，根据本公开，可通过对通用处理器、其他完全或半可编程逻辑电路进行编程和/或通过这样的硬件与配置有软件的通用处理器的组合来在硬连线电路中实现方法中的一个或多个。作为另一示例，将领会，术语“通信设备”指代和/或包括能够例如通过所说明的宽带网络与其他设备通信的电路，诸如WiFi和/或蜂窝使能的设备，诸如IoT等。例如，WiFi/蜂窝使能的设备可以包括台式CPU、平板电脑、智能电话等。因此，图中所示的各种组件和过程可以以各种基于电路的形式来实现，诸如通过使用数据处理电路（由电路组件单独地或与配置/软件数据组合地操作的，另外被称为“模块”）来实现。

应认识到，本公开的各方面可用除了本文中明确描述的那些之外的基于计算机/处理器的系统配置来实践。根据预期应用和以上描述，用于各种这些系统和电路的所需结构将是显而易见的。本领域技术人员使用各种术语和技术来描述与通信、协议、应用、实施方式和机制中的一个或多个有关的各方面。一种这样的技术是根据算法或数学表达式表达的技术的实施方式的描述。虽然这样的技术可以例如通过在计算机上执行代码来实现，但是该技术的表达式可以作为公式、算法或数学表达式来传送和传递。出于本文档的目的，术语“通信设备”（以及“节点”、“端点”和“端点设备”）指代和/或包括能够例如通过所说明的宽带网络进行通信的电路，诸如WiFi和/或蜂窝使能的设备，诸如智能恒温器、智能热水器等。例如，WiFi/蜂窝使能的设备可以包括台式CPU、平板电脑、智能电话等。

在某些实施例中，存储机器可执行指令以用于以按照本公开的方法中的一个或多个的方式执行。指令可用于使得编程有指令的通用或专用处理器执行所述方法的步骤。这些步骤可以由包含用于执行所述步骤的硬连线逻辑的具体硬件组件来执行，或者由编程的计算机组件和定制硬件组件的任何组合来执行。

在一些实施例中，本公开的各方面可被提供为计算机程序产品，该计算机程序产品可包括其上存储有指令的机器或计算机可读介质，该指令可用于对计算机（或其他电子设备）进行编程以执行根据本公开的过程。因此，计算机可读介质包括适于存储电子指令的任何类型的媒体/机器可读介质。

以上描述的各种实施例是通过说明的方式提供的，并且不应被解释为必然限制本公开。基于以上讨论和说明，本领域的技术人员将容易认识到，可在不严格遵循本文中所说明和描述的示例性实施例和应用的情况下对本公开做出各种修改和改变。例如，这样的改变可以包括对特定电路和/或软件代码的变型以实现各种模块中的一个或多个。这样的修改和改变不脱离包括所附权利要求中阐述的各方面的本公开的真实精神和范围。

Claims (21)

1.一种供在配电系统中使用的装置，所述配电系统具有在通信节点之间共享的功率相关数据，所述装置包括：

基于网格的通信网络；该通信网络包括通信节点；所述通信节点包括第一节点和第二节点，所述第一节点和所述第二节点配置成传递与配电系统中消耗的功率相关联的功率相关数据，所述第一节点和所述第二节点中的每个包括通信电路，所述通信电路配置和布置成传递所述功率相关数据；

其中所述第一节点还包括时钟电路并且配置和布置成：

使用多个抽象层在所述基于网格的通信网络中通信，所述多个抽象层包括用于节点-节点交互的较低级层并且包括较高级层，所述节点-节点交互涉及多个其他通信节点中的相应通信节点的标识；

在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，向所述第二节点提供时间同步请求；

将所述时钟电路设置为从所述第二节点经由定时信息传送的参数，响应于所述时间同步请求并且在经由所述较高级层中的一个传递的唯一可识别的数据帧中提供所述定时信息；以及

通过在预定时间范围内向所述第二节点传递附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步；

其中所述第一节点配置和布置成经由所述一个较高级层提供所述时间同步请求，经由所述一个较高级层接收所述定时信息，以及将所述时钟电路设置为所述参数，而无需通过互联网协议(IP)栈的一个或多个其他层推送所述定时信息；

其中所述第一节点还配置和布置成：在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，在任意设置的或随机的间隔内向所述通信节点中的所述第二节点提供所述时间同步请求，所述任意设置的或随机的间隔针对每个时间同步请求被随机化为第一时间跨度内的时间，并且所述附加时间同步请求是在各自大于第一时间间隔的周期时间处发送。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据帧能够由具有唯一标识符的数据标识，并且所述第一节点配置和布置成经由所述一个较高级层将所述时间同步请求提供到所述第二节点，并且在所述基于网格的通信网络中彼此时间同步的同时与所述第二节点传递数据。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一节点还配置和布置成：在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，在任意设置的或随机的间隔内向所述通信节点中的所述第二节点提供所述时间同步请求，所述任意设置的或随机的间隔针对每个请求被随机化为第一时间跨度内的时间，并且其中在与所述第二节点形成链路之后提供所述第一时间跨度。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一节点还配置和布置成在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后在间隔内向所述通信节点中的所述第二节点提供所述时间同步请求，其中所述间隔未针对每个请求被随机化为第一时间跨度内的时间，并且在与所述第二节点形成链路之后提供所述第一时间跨度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述较高级层中的所述一个是或者包括数据链路层。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括网状网络通信控制器，所述网状网络通信控制器与所述第一节点和所述第二节点一起配置和布置成提供用于经由基于信标的通信协议在所述基于网格的通信网络中传递数据的数据路径，所述数据包括所述功率相关数据，通过所述基于信标的通信协议，使用所述多个抽象层在所述第一节点和所述第二节点之间传递数据。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一节点被配置为通过周期性地传送附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步。

8.一种供在配电系统中使用的装置，所述配电系统具有在包括通信节点的、基于网格的通信网络中的节点之间共享的功率相关数据，所述装置包括：

所述通信节点中的第一节点和第二节点，所述第一节点和所述第二节点各自包括时钟电路，所述第一节点配置和布置成：

使用多个抽象层在所述基于网格的通信网络中通信，所述多个抽象层包括用于节点-节点交互的较低级层并且包括较高级层，所述节点-节点交互涉及多个其他通信节点中的相应通信节点的标识；

在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，在任意设置的或随机的间隔内向所述第二节点提供时间同步请求；

将所述时钟电路设置为从所述第二节点经由定时信息传送的参数，响应于所述时间同步请求并且在经由所述较高级层中的一个传递的唯一可识别的数据帧中提供所述定时信息；以及

通过在预定时间范围内传递附加时间同步请求来维持正在进行的时间同步；

其中所述第一节点配置和布置成经由所述一个较高级层提供所述时间同步请求，经由所述一个较高级层接收所述定时信息，以及将所述时钟电路设置为所述参数，而无需通过互联网协议(IP)栈的一个或多个其他层推送所述定时信息；

其中所述第一节点还配置和布置成：在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，在任意设置的或随机的间隔内向所述通信节点中的所述第二节点提供所述时间同步请求，所述任意设置的或随机的间隔针对每个时间同步请求被随机化为第一时间跨度内的时间，并且所述附加时间同步请求是在各自大于第一时间间隔的周期时间处发送。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第一节点和所述第二节点中的每个被配置和布置成对指示所述配电系统内的功率消耗的功率相关数据进行操作，且还包括通信电路，所述通信电路配置和布置成在所述通信节点之间传递所述功率相关数据。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述第一节点和所述第二节点中的每个被配置和布置成响应于接收到所述时间同步请求而经由所述较高级层中的所述一个、经由所述唯一可识别的数据帧中的时间值来传递用于设置所述参数的所述定时信息。

11.根据权利要求8所述的装置，还包括网状网络通信控制器电路和所述第二节点，其中所述网状网络通信控制器电路、所述第一节点和所述第二节点被配置和布置成提供用于经由基于信标的通信协议在所述基于网格的通信网络中传递数据的数据路径，通过所述基于信标的通信协议，在包括所述第一节点和所述第二节点的通信节点中的电路之间的数据使用所述多个抽象层进行传递。

12.一种用于在配电系统中的通信节点之间传递数据的方法，所述方法包括：

提供用于经由通信协议在基于网格的通信网络中传递数据的数据路径，通过所述通信协议，在包括第一节点和第二节点的所述基于网格的通信网络的通信节点中的电路之间的数据使用多个抽象层进行传递，所述多个抽象层包括用于节点-节点交互的较低级层并且包括较高级层，所述节点-节点交互涉及所述通信节点中的相应通信节点的标识；

在所述第一节点被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，由所述第一节点在任意设置的或随机的间隔内提供时间同步请求；

响应于接收到所述时间同步请求，经由所述较高级层中的一个向所述第一节点提供定时信息作为唯一可识别的数据帧中的时间值；

将所述第一节点的时钟电路设置为在所述定时信息中的从所述第二节点传送的参数；以及

由所述第一节点和所述第二节点通过随后在预定时间范围内更新所述时间值来维持彼此正在进行的时间同步；

其中所述第一节点被配置和布置成将所述时钟电路设置为从所述第二节点传送的所述参数，而无需经由互联网协议(IP)栈的一个或多个其他层推送所述时间值；

其中所述第一节点还配置和布置成：在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，在任意设置的或随机的间隔内向所述第二节点提供所述时间同步请求，所述任意设置的或随机的间隔针对每个时间同步请求被随机化为第一时间跨度内的时间，并且附加时间同步请求在各自大于第一时间间隔的周期时间处发送。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括由所述第一节点和所述第二节点在所述基于网格的通信网络中彼此时间同步的同时传递功率相关数据，所述功率相关数据指示所述配电系统中的功率消耗。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括设置所述任意设置的或随机的间隔。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括调整所述任意设置的或随机的间隔。

16.一种装置，包括：

网状网络通信控制器电路、基于网格的通信网络的第一节点和第二节点，其被配置和布置成提供用于经由基于信标的通信协议在所述基于网格的通信网络中传递数据的数据路径，通过所述基于信标的通信协议，在包括所述第一节点和所述第二节点的通信节点中的电路之间的数据使用多个抽象层进行传递，所述多个抽象层包括用于节点-节点交互的较低级层并且包括较高级层，所述节点-节点交互涉及所述基于网格的通信网络的通信节点的标识；

所述第一节点包括时钟电路并且被配置和布置成在由所述网状网络通信控制器电路准许所述第一节点加入到所述基于网格的通信网络中之后在任意设置的或随机的间隔内发送时间同步请求，以及配置和布置成将所述时钟电路设置为从所述第二节点传送的参数；

所述第二节点被配置和布置成响应于接收到所述时间同步请求，经由所述较高级层中的一个、经由唯一可识别的数据帧中的时间值向所述第一节点提供由所述第一节点用于设置所述参数的定时信息；以及

所述第一节点和所述第二节点被配置和布置成在所述基于网格的通信网络中彼此时间同步的同时传递数据，并且被配置和布置成通过随后在预定时间范围内更新所述时间值来维持彼此正在进行的时间同步；

其中所述第一节点被配置和布置成将所述时钟电路设置为从所述第二节点传送的所述参数，而无需经由互联网协议(IP)栈的一个或多个其他层推送所述时间值；

其中所述第一节点还配置和布置成：在被准许加入到所述基于网格的通信网络中之后，在任意设置的或随机的间隔内向所述第二节点提供所述时间同步请求，所述任意设置的或随机的间隔针对每个时间同步请求被随机化为第一时间跨度内的时间，并且附加时间同步请求在各自大于第一时间间隔的周期时间处发送。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述第一节点和所述第二节点是配电系统内的通信节点，并且还被配置和布置成对指示所述配电系统内的功率消耗的功率相关数据进行操作。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一节点和所述第二节点中的每个还包括通信电路，所述通信电路被配置和布置成在所述配电系统的通信节点之间传递所述功率相关数据。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述第一节点和所述第二节点被配置和布置成传递所述时间值并将用于时间同步的所述参数设置为时间同步协议的一部分，并且其中所述第一节点还被配置和布置成从另一通信节点接收定时信息，以用于经由所述时间同步协议为其他通信节点提供时间同步。

20.根据权利要求16所述的装置，其中所述定时信息包括唯一标识符和时间值，其中所述时间值包括从由日期、时间及其组合组成的组中选择的信息。

21.根据权利要求16所述的装置，其中所述较高级层中的所述一个是或者包括数据链路层，并且其中所述第一节点被配置和布置成通过向所述第二节点提供信标请求并经由所述数据链路层从所述第二节点接收信标响应来链接到所述第二节点。