CN112769456B - 一种电力线通信的组网方法及装置 - Google Patents

一种电力线通信的组网方法及装置 Download PDF

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CN112769456B CN202011640410.4A CN202011640410A CN112769456B CN 112769456 B CN112769456 B CN 112769456B CN 202011640410 A CN202011640410 A CN 202011640410A CN 112769456 B CN112769456 B CN 112769456B
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Abstract

本申请公开了一种电力线通信的组网方法及装置，方法包括：对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；根据最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，组网包括多个节点；基于平均能耗，对所有组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；依据多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。本申请能够解决现有技术未考虑能耗问题，导致能源消耗较大，且影响电力线通信稳定性的技术问题。

Description

一种电力线通信的组网方法及装置
技术领域
本申请涉及电力线通信技术领域，尤其涉及一种电力线通信的组网方法及装置。
背景技术
随着电力线通信技术的发展和智能电网的普及，电力线通信越来越受到人们的关注，一些新技术如电力线MIMO、电力线物理层网络编码等，在电力线通信中广泛应用，从而提高了电力线通信系统的性能。
但是现有的电力线通信技术中得组网方法并未考虑能耗问题，造成大量能源消耗，并且可能会改变周围环境，进而带俩信号干扰，影响电力线通信稳定性。
发明内容
本申请提供了一种电力线通信的组网方法及装置，用于解决现有技术未考虑能耗问题，导致能源消耗较大，且影响电力线通信稳定性的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电力线通信的组网方法，包括：
对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；
根据所述最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点；
基于所述平均能耗，对所有所述组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；
依据所述多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
可选的，所述对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率，包括：
S1：获取主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比；
S2：若所述信噪比大于第一信噪比阈值，则节点根据第一预置步长降低发射功率；
S3：若所述信噪比小于第二信噪比阈值，则节点根据所述第一预置步长提高所述发射功率；
S4：重复步骤S1-S3，直至所述信噪比小于所述第一信噪比阈值且大于所述第二信噪比阈值，则当前信噪比对应的发射功率即为最佳发射功率。
可选的，步骤S1，还包括：
若在预置时间内未获取到主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比，则节点根据第二预置步长提高所述发射功率，直至获取到所述信噪比。
可选的，所述根据所述最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点，包括：
根据第一预置公式计算每个组网的节点数据位总和，所述第一预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000021
其中，Pij为节点i向节点j发送信息的所述最佳发射功率，γij为节点j接收节点i发送的信息的信噪比，w为信道带宽，ρ为能耗分割策略aij的非负权重，I为分割策略对应的分割比率，N为节点总数；
根据第二预置公式计算每个组网的能耗总和，所述第二预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000022
其中，
Figure RE-GDA0002988832910000023
为回程链路产生的能耗，
Figure RE-GDA0002988832910000024
为节点与节点之间的能耗， R为数据传输效率控制策略；
通过所述节点数据位总和与所述能耗总和计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点。
可选的，所述基于所述平均能耗，对所有所述组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网，包括：
将所有的所述平均能耗进行降序排列，得到排序后的平均能耗；
根据预置百分比对所述排序后的平均能耗和对应的组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
本申请第二方面提供了一种电力线通信的组网装置，包括：
调节模块，用于对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；
计算模块，用于根据所述最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点；
分组模块，用于基于所述平均能耗，对所有所述组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；
切换模块，用于依据所述多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
可选的，所述调节模块，包括：
获取子模块，用于获取主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比；
第一判断子模块，用于若所述信噪比大于第一信噪比阈值，则节点根据第一预置步长降低发射功率；
第二判断子模块，用于若所述信噪比小于第二信噪比阈值，则节点根据所述第一预置步长提高所述发射功率；
调节子模块，用于触发所述获取子模块，直至所述信噪比小于所述第一信噪比阈值且大于所述第二信噪比阈值，则当前信噪比对应的发射功率即为最佳发射功率。
可选的，还包括：
第三判断子模块，用于若在预置时间内未获取到主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比，则节点根据第二预置步长提高所述发射功率，直至获取到所述信噪比。
可选的，所述计算模块，具体用于：
根据第一预置公式计算每个组网的节点数据位总和，所述第一预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000031
其中，Pij为节点i向节点j发送信息的所述最佳发射功率，γij为节点j接收节点i发送的信息的信噪比，w为信道带宽，ρ为能耗分割策略aij的非负权重，I为分割策略对应的分割比率，N为节点总数；
根据第二预置公式计算每个组网的能耗总和，所述第二预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000041
其中，
Figure RE-GDA0002988832910000042
为回程链路产生的能耗，
Figure RE-GDA0002988832910000043
为节点与节点之间的能耗， R为数据传输效率控制策略；
通过所述节点数据位总和与所述能耗总和计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点。
可选的，所述分组模块，具体用于：
将所有的所述平均能耗进行降序排列，得到排序后的平均能耗；
根据预置百分比对所述排序后的平均能耗和对应的组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种电力线通信的组网方法，包括：对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；根据最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，组网包括多个节点；基于平均能耗，对所有组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；依据多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
本申请提供的电力线通信的组网方法，组网中包括多个节点，通过自适应调节确定每个节点的最佳发射功率的优势是既能保证通信传输的稳定性，又能确保能耗达到较小的状态；基于各个组网的平均能耗进行预置级别分组，然后根据多级能耗组网进行组网级别切换能够避免组网方式之间的频繁切换，增强通信系统的稳定性。因此，本申请能够解决现有技术未考虑能耗问题，导致能源消耗较大，且影响电力线通信稳定性的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种电力线通信的组网方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电力线通信的组网方法的另一个流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电力线通信的组网装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的最佳发射功率自适应调节系统结构示意图；
附图标记：
节点1；主控制装置2；发射功率调节装置3；实时采集装置4；检测判断装置5。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种电力线通信的组网方法的实施例一，包括：
步骤101、对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率。
节点的发射功率是指节点给主节点发射请求信息采用的功率，发射功率太大容易造成能源浪费，发送太小可能主节点没办法接收到完整的请求信息，所以，通过自适应调节可以为每个节点选取最佳发射功率，既能保证主节点完整接收到请求信息，又能节省不必要的能耗。
本实施例中的节点为电力线通信系统中的设备，发送请求信息的设备可以称为从设备，接收请求信息的设备可以称为主设备。具体的自适应调节原理是以主设备的接收反馈信息为依据，根据反馈信息对从设备的发射功率进行大小调节，从而找到合适的发射功率。
步骤102、根据最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，组网包括多个节点。
每个组网由多个节点构成，将组网中所有节点构成的链路系统的总能耗除以所有节点的总数据位就可以得到平均能耗。
步骤103、基于平均能耗，对所有组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
每个组网的平均能耗相同，因此可以将所有的组网对应的平均能耗进行有序排列，然后先对能耗进行级别分组，那么对应的组网就能够划分到不同的级别中，从而得到多级能耗组网。
步骤104、依据多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
依据多级能耗组网进行组网级别切换可以减少组网方式之间的频繁切换，只有新组网方式与现有组网方式的能耗超过一定的级别才进行组网切换，也就是减少了切换次数，从而降低了能耗对通信系统的影响。
本申请提供的电力线通信的组网方法，组网中包括多个节点，通过自适应调节确定每个节点的最佳发射功率的优势是既能保证通信传输的稳定性，又能确保能耗达到较小的状态；基于各个组网的平均能耗进行预置级别分组，然后根据多级能耗组网进行组网级别切换能够避免组网方式之间的频繁切换，增强通信系统的稳定性。因此，本申请能够解决现有技术未考虑能耗问题，导致能源消耗较大，且影响电力线通信稳定性的技术问题。
以上为本申请提供的一种电力线通信的组网方法的一个实施例，以下为本申请提供的一种电力线通信的组网方法的另一个实施例。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种电力线通信的组网方法的实施例二，包括：
步骤201、获取主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比。
进一步地，步骤201，还包括：
若在预置时间内未获取到主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比，则节点根据第二预置步长提高发射功率，直至获取到信噪比。
在数据传输之前，节点首先会向主节点发送连接请求信息，若发射功率太小，主节点可能无法接收到请求信息，此时需要根据第二预置步长上调发射功率，直至主节点接收到请求信息，获取此时主设备接收信息的信噪比即可。请求信息是可以实时循环发送多次的，具体的预置时间可以根据实际的发送情况设置，不作限定。
步骤202、若信噪比大于第一信噪比阈值，则节点根据第一预置步长降低发射功率。
一般第一信噪比阈值较大，若是获取的信噪比大于第一信噪比阈值，则说明节点的发射功率太大，存在能源浪费的情况，可以适当减小发射功率。可以理解的是，一般情况下第一预置步长小于第二预置步长，即未收到信息时需要较大程度调节发射功率，在收到信息后是作小幅度调节。
步骤203、若信噪比小于第二信噪比阈值，则节点根据第一预置步长提高发射功率。
第二信噪比阈值小于第一信噪比阈值，且是主节点能够接收到请求信息，但是接收效果较差，甚至存在信息的丢失等情况，因此，还需要将发射功率上调，确保主节点的信息接收完整性。
步骤204、重复步骤201-203，直至信噪比小于第一信噪比阈值且大于第二信噪比阈值，则当前信噪比对应的发射功率即为最佳发射功率。
获取信噪比并进行对比判定的过程一般需要执行多次，使得发射功率在第一信噪比阈值和第二信噪比阈值之间，此时的发射功率即为最佳发射功率。
实际操作过程中可以通过发射功率调节装置、实时采集装置和检测判断装置完成发射功率的自适应调节任务，具体结构可以参阅图4，节点1的内部包括主控制装置2、发射功率调节装置3、实时采集装置4和检测判断装置5。
步骤205、根据第一预置公式计算每个组网的节点数据位总和。
定义节点与节点之间的数据吞吐量为成功发送到各个接收节点的数据位总和。第一预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000071
其中，Pij为节点i向节点j发送信息的最佳发射功率，γij为节点j接收节点i发送的信息的信噪比，w为信道带宽，ρ为能耗分割策略aij的非负权重， I为分割策略对应的分割比率，N为节点总数。
步骤206、根据第二预置公式计算每个组网的能耗总和。
第二预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000072
其中，
Figure RE-GDA0002988832910000073
为回程链路产生的能耗，
Figure RE-GDA0002988832910000074
为节点与节点之间的能耗， R为数据传输效率控制策略。
步骤207、通过节点数据位总和与能耗总和计算每个组网的平均能耗，组网包括多个节点。
平均能耗是指每类组网发送1bit数据的平均能源消耗，具体的计算过程为：
Figure RE-GDA0002988832910000081
采用平均能耗进行组网能够达到均衡组网能耗的目的。
步骤208、将所有的平均能耗进行降序排列，得到排序后的平均能耗；
步骤209、根据预置百分比对排序后的平均能耗和对应的组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
本实施例可以假设预置级别为五，即五级分组，将排序后的平均能耗的前20％作为高能耗的一级，将20-40％作为中高级能耗的二级，40％-60％作为中级能耗的三级，将60％-80％作为中低级能耗的四级，将80％-100％作为低能耗的五级。平均能耗分级成功则意味着与之对应的组网同时分级成功，继而可以得到五级能耗组网。
步骤210、依据多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
本实施例中的切换原则是新组网方式与现有组网方式的能耗差距超过1 级，则进行组网级别切换。切换的具体过程是改变网络节点的链路，从而得到更新组网；将组网中的节点分为两类，一类是负责数据转发和路由的骨干节点，一类是负责数据源采集的非骨干节点；运行一次网络拓扑算法则建立一个骨干子网络，然后运行每个节点上的功率控制算法，收集节点相关的本地信息，调整节点的发射功率，使得单个节点在发送信息时消耗的能量最小。
以上为本申请提供的一种电力线通信的组网方法的一个实施例，以下为本申请提供的一种电力线通信的组网装置的一个实施例。
为了便于理解，请参阅图3，本申请还提供了一种电力线通信的组网装置的实施例，包括：
调节模块301，用于对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；
计算模块302，用于根据最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，组网包括多个节点；
分组模块303，用于基于平均能耗，对所有组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；
切换模块304，用于依据多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
进一步地，调节模块301，包括：
获取子模块3011，用于获取主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比；
第一判断子模块3012，用于若信噪比大于第一信噪比阈值，则节点根据第一预置步长降低发射功率；
第二判断子模块3013，用于若信噪比小于第二信噪比阈值，则节点根据第一预置步长提高发射功率；
调节子模块3014，用于触发获取子模块3011，直至信噪比小于第一信噪比阈值且大于第二信噪比阈值，则当前信噪比对应的发射功率即为最佳发射功率。
进一步地，还包括：
第三判断子模块305，用于若在预置时间内未获取到主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比，则节点根据第二预置步长提高发射功率，直至获取到信噪比。
进一步地，计算模块302，具体用于：
根据第一预置公式计算每个组网的节点数据位总和，第一预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000091
其中，Pij为节点i向节点j发送信息的最佳发射功率，γij为节点j接收节点i发送的信息的信噪比，w为信道带宽，ρ为能耗分割策略aij的非负权重， I为分割策略对应的分割比率，N为节点总数；
根据第二预置公式计算每个组网的能耗总和，第二预置公式为：
Figure RE-GDA0002988832910000092
其中，
Figure RE-GDA0002988832910000093
为回程链路产生的能耗，
Figure RE-GDA0002988832910000094
为节点与节点之间的能耗， R为数据传输效率控制策略；
通过节点数据位总和与能耗总和计算每个组网的平均能耗，组网包括多个节点。
进一步地，分组模块303，具体用于：
将所有的平均能耗进行降序排列，得到排序后的平均能耗；
根据预置百分比对排序后的平均能耗和对应的组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电力线通信的组网方法，其特征在于，包括：
对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；
根据所述最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点；具体的：
根据第一预置公式计算每个组网的节点数据位总和，所述第一预置公式为：
Figure FDA0003943897560000011
其中，Pij为节点i向节点j发送信息的所述最佳发射功率，γij为节点j接收节点i发送的信息的信噪比，w为信道带宽，ρ为能耗分割策略aij的非负权重，I为分割策略对应的分割比率，N为节点总数；“1”为阿拉伯数字1；
根据第二预置公式计算每个组网的能耗总和，所述第二预置公式为：
Figure FDA0003943897560000012
其中，
Figure FDA0003943897560000013
为回程链路产生的能耗，
Figure FDA0003943897560000014
为节点与节点之间的能耗，R为数据传输效率控制策略；
通过所述节点数据位总和与所述能耗总和计算每个组网的平均能耗；
Figure FDA0003943897560000015
其中，W为平均能耗；UEC(R,P,ρ)为能耗总和；U(P,ρ)为节点数据位总和；
基于所述平均能耗，对所有所述组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；
依据所述多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
2.根据权利要求1所述的电力线通信的组网方法，其特征在于，所述对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率，包括：
S1：获取主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比；
S2：若所述信噪比大于第一信噪比阈值，则节点根据第一预置步长降低发射功率；
S3：若所述信噪比小于第二信噪比阈值，则节点根据所述第一预置步长提高所述发射功率；
S4：重复步骤S1-S3，直至所述信噪比小于所述第一信噪比阈值且大于所述第二信噪比阈值，则当前信噪比对应的发射功率即为最佳发射功率。
3.根据权利要求2所述的电力线通信的组网方法，其特征在于，步骤S1，还包括：
若在预置时间内未获取到主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比，则节点根据第二预置步长提高所述发射功率，直至获取到所述信噪比。
4.根据权利要求1所述的电力线通信的组网方法，其特征在于，所述基于所述平均能耗，对所有所述组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网，包括：
将所有的所述平均能耗进行降序排列，得到排序后的平均能耗；
根据预置百分比对所述排序后的平均能耗和对应的组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
5.一种电力线通信的组网装置，其特征在于，包括：
调节模块，用于对节点的发射功率进行自适应调节，得到每个节点的最佳发射功率；
计算模块，用于根据所述最佳发射功率计算每个组网的平均能耗，所述组网包括多个节点；具体的：
根据第一预置公式计算每个组网的节点数据位总和，所述第一预置公式为：
Figure FDA0003943897560000021
其中，Pij为节点i向节点j发送信息的所述最佳发射功率，γij为节点j接收节点i发送的信息的信噪比，w为信道带宽，ρ为能耗分割策略aij的非负权重，I为分割策略对应的分割比率，N为节点总数；“1”为阿拉伯数字1；
根据第二预置公式计算每个组网的能耗总和，所述第二预置公式为：
Figure FDA0003943897560000022
其中，
Figure FDA0003943897560000023
为回程链路产生的能耗，
Figure FDA0003943897560000024
为节点与节点之间的能耗，R为数据传输效率控制策略；
通过所述节点数据位总和与所述能耗总和计算每个组网的平均能耗；
Figure FDA0003943897560000025
其中，W为平均能耗；UEC(R,P,ρ)为能耗总和；U(P,ρ)为节点数据位总和；
分组模块，用于基于所述平均能耗，对所有所述组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网；
切换模块，用于依据所述多级能耗组网对当前组网进行组网级别切换操作。
6.根据权利要求5所述的电力线通信的组网装置，其特征在于，所述调节模块，包括：
获取子模块，用于获取主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比；
第一判断子模块，用于若所述信噪比大于第一信噪比阈值，则节点根据第一预置步长降低发射功率；
第二判断子模块，用于若所述信噪比小于第二信噪比阈值，则节点根据所述第一预置步长提高所述发射功率；
调节子模块，用于触发所述获取子模块，直至所述信噪比小于所述第一信噪比阈值且大于所述第二信噪比阈值，则当前信噪比对应的发射功率即为最佳发射功率。
7.根据权利要求6所述的电力线通信的组网装置，其特征在于，还包括：
第三判断子模块，用于若在预置时间内未获取到主节点接收节点发送的连接请求信息的信噪比，则节点根据第二预置步长提高所述发射功率，直至获取到所述信噪比。
8.根据权利要求5所述的电力线通信的组网装置，其特征在于，所述分组模块，具体用于：
将所有的所述平均能耗进行降序排列，得到排序后的平均能耗；
根据预置百分比对所述排序后的平均能耗和对应的组网进行预置级别分组，得到多级能耗组网。
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