CN112803970B

CN112803970B - 一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统及方法

Info

Publication number: CN112803970B
Application number: CN202110301822.3A
Authority: CN
Inventors: 周红
Original assignee: Chongqing Yuanlian Information Technology Co ltd
Current assignee: Chongqing Yuanlian Information Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: CN112803970A

Abstract

本发明请求保护一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统及方法，属于电力线宽带载波通信系统领域，其在电力线通信模块的使用传输电力线上并接一台监测设备，该监测设备用于监视电力线通信模块所有的输入和输出，监测设备包括电力线信号接收模块、物理层帧头搜索模块、帧控制解析模块、帧载荷解析模块、信标解析模块、时基管理模块、MPDU帧格式保存模块、串口信号接收模块、应用层帧接收模块及应用层帧处理模块；本发明能够方便定位数据包在电力通信网络中传输延迟，解决了所有监测设备之间时基同步问题，便于对数据包传输时延分析，可以监测和计算出电网的实际工作状态。

Description

一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统及方法

技术领域

本发明属于电力线宽带载波通信系统领域，涉及宽带载波电力通信系统监测运营和维护，提出一种进行全网电力线宽带载波通信系统监测方法。

背景技术

宽带电力线通信是指利用电力线本身，以及其形成的输电网或配电网作为传输介质，实现高速数据传输的一种通信技术。电力线宽带通信技术允许用户利用已有的供电网络进行通信，目前已经开始普及应用。

低压配电网上的宽带电力线通信(简称：Power Line Communication，PLC)技术，通常称为PLC接入网络。世界各地正在进行着各种各样的PLC现场实验和应用，并且已经在电力抄表中投入了商业应用，PLC的用户也在不断地增加，PLC接入网也特别适合物联网和智能家居系统的通信，具有广阔的发展前景。

宽带电力线通信(简称：Broadband over Power Line，BPL)，是指带宽限定在2～30MHz之间、通信速率通常在1Mbps以上的电力线载波通信。电力线通信技术可直接利用电力线，无须重新布线，组网简单快捷、成本较低廉，应用范围广。如图1所示，国家电网公司在低压电力线宽带载波通信技术规范中提供的拓扑结构。

宽带载波通信组成单元有：单相表及I型采集器宽带载波模块、三相表宽带载波模块、宽带载波II型采集器、集中器宽带载波模块、宽带载波抄控器等。对于用电信息采集系统，宽带载波通信网络一般会形成以中央协调器(简称：central coordinator,CCO)为中心、以代理协调器(简称：proxy coordinator，PCO)(智能电表/I型采集器通信单元、宽带载波II型采集器)为中继代理，连接所有站点(简称：station，STA)(智能电表/I型采集器通信单元、宽带载波II型采集器)多级关联的树形网络。

在图中的每个节点(包括中央协调节点，代理协调节点和端节点)设备，在低压电力线宽带载波通信技术规范中提供的通信协议栈结构，如图2所示。

根据标准各层次的功能定义如下：

应用层：实现本地通信单元与通信单元之间业务数据交互，通过数据链路层完成数据传输。

数据链路层：分为网络管理子层和媒体访问控制子层(即MAC子层)。网络管理子层主要实现宽带载波通信网络的组网、网络维护、路由管理及应用层报文的汇聚和分发。MAC子层主要通过带冲突避免的载波侦听多址(简称：Carrier sense multiple access withcollision avoidance,CSMA/CA)和时分多址(简称：Time Division Multiple Access，TDMA)两种信道访问机制竞争物理信道，实现数据报文的可靠传输。

物理层：主要实现将MAC子层数据报文编码调制为宽带载波信号，发送到电力线媒介上；接收电力线媒介的宽带载波信号解调为数据报文，交予MAC子层处理。

PLC系统利用现有电力线作为传输媒介实现数据传输，无需重新构建通信网络，具有成本低、覆盖范围广等优势，然而电力线最初不是为数据传输而设计，并没有加入相关的网络传输特性，因此它的信道特性不同于其它网络的专用信道，具有信道噪声多、时变性高、衰减较大等不足，大大影响PLC通信能力，加之国内电力线布线交错复杂造成网络拓扑的不确定性，使得某些场景PLC电力线不能提供正常通信业务能力。

并且根据低压电力线宽带载波通信技术规范提供的数据链路层功能可以看出，MAC子层主要通过CSMA/CA和TDMA两种信道访问机制竞争物理信道，实现数据报文的传输。CSMA/CA传输效率和冲突概率存在很大关系。如果CSMA/CA冲突概率加大将导致不能进行正常数据传输。

在实际现实工程中，例如低压电力线宽带载波通信技术进行电力抄表应用，虽然单独低压电力线宽带载波通信模块功能正常，但是经常出现一些站点STA点电表抄表速度慢，或是抄表成功概率低，加之实际工程环境比较复杂，造成定位问题困难，很难确定通信模块问题，电力设备问题，还是电力线传输问题，或是CSMA/CA冲突，代理协调器PCO中转过多，传输路由不正确，延迟时间太等等，导致工程中耗费大量人力，物力进行问题排查和优化，目前始终没有一种很好解决方案。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统及方法。本发明的技术方案如下：

一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统，其在电力线通信模块的使用传输电力线上并接一台监测设备，该监测设备用于监视电力线通信模块所有的输入和输出，监测设备包括电力线信号接收模块、物理层帧头搜索模块、帧控制解析模块、帧载荷解析模块、信标解析模块、时基管理模块、MPDU帧格式保存模块、串口信号接收模块、应用层帧接收模块及应用层帧处理模块；

其中，电力线信号接收模块用于获取通信模块在电力线上的输入和输出信号，完成电力线模拟前端，自动增益控制功能；

物理层帧接收模块，用于完成对物理层帧结构中的前导信号搜索，并且记录帧控制开始时间和接物理层帧的完整接收；

帧控制解析模块，用于完成对MAC层协议数据单元MPDU帧格式中的帧控制内容解析；

信标解析模块，用于解析出信标帧中32比特的信标时间戳，并且将帧控制开始时间和信标时间戳发送到时基管理模块；

物理层帧处理模块，用于完成物理层帧格式中帧载荷信息解析、对帧控制数据的信号噪声比测量、帧控制校验序检查及载荷数据校验检查，还用于记录包括帧控制SNR、帧载荷SNR、MPDU开始时间、MPDU结束时间、以及MPDU数据包在内的电力线监测数据帧；

时基管理模块用于提供25MHz的时钟计数功能，根据信标解析模块提供的信标时间戳调整监测设备的时基计数器值，并且根据接收到多次信标帧控制时间和信标时间戳对监测设备25MHz时钟频率进行调整；

串口信号接收模块用于完成对通信模块与设备间的串口数据流的接收；

应用层帧接收模块用于完成对串口数据流的帧识别，形成一个完整的数据链路层帧；

应用层帧处理模块用于完成应用层协议数据单元APDU应用层帧的识别及校验序列检查，构造包含有APDU数据包开始时间、APDU数据包结束时间以及APDU数据包的串口监听数据帧；

监听数据帧保存模块完成不同来源的监听数据帧按序保存到配置的存储介质，即电力线监测数据帧和串口监听数据帧。

进一步的，所述电力线信号接收模块采用无线耦合或是直接连接电力线方式，获取通信模块在电力线上的输入和输出信号，该模块仅仅处于接收状态，不发送任何数据，完成电力线模拟前端，自动增益控制功能；

进一步的，帧控制解析模块需要判定接收到MPDU帧格式中的定界符类型是否是信标帧，信标帧包括中央信标，代理信标或是发现信标，如果是信标帧，则复制一份给信标解析模块处理，用于时基同步，否则只由物理层帧处理模块处理；并且在还完成对帧控制数据的信号噪声比SNR测量以及帧控制校验序检查，载荷数据校验检查。

进一步的，所述数据链路层帧中包含APDU数据包，记录数据链路帧的开始时间，记为APDU数据包开始时间，以及数据链路层帧结束时间，记为APDU结束时间。

一种基于任一项所述系统的时基调整方法，用于保证监测设备时基计数器和网络基准时间始终处于同步，并且调整监测设备时钟和中央协调器时钟一致，包括以下步骤：

步骤1：监测设备接收到来自电力线的传输信号，物理层帧接收模块实时监测是否存在有效的前导数据，如果检测到有效前导，则表明附近其它站点在该电力线发送了MPDU数据包，否则继续搜索电力线上的前导；

步骤2：物理层帧接收模块如果检测到有效前导，则监测设备利用前导完成定时同步过程，并且记录帧控制开始位置时间，对应监测设备中的时基计数器值BaseClockCounter，记为BaseClockCounter_FC；

步骤3：监测设备搜索到前导之后，帧控制解析模块继续解读出帧控制内容，从帧控制的“定界符类型”字段，如果确定是“信标帧”，则继续解读出帧控制中的“信标时间戳”，记录为BaseClockCounter_Beacon。如果不是“信标帧”，则不做监测设备时基调整，继续监测电力线上的传输信号；

步骤4：帧控制解析模块将信标帧的开始时间BaseClockCounter_FC和信标帧中“，信标时间戳”字段内容BaseClockCounter_Beacon，发送给时基管理模块；

步骤5：时间管理模块根据BaseClockCounter_Beacon和BaseClockCounter_FC值，调整时基计数器值的值。

进一步的，包含有电力线监测数据帧保存处理步骤，具体步骤为：

步骤1：监测设备搜索电力线上前导，如果物理层帧接收模块搜索到有效前导，则开始解析帧控制内容，并且记录帧控制的开始时间位置，记为BaseClockCounter_FC，否则继续搜索电力线上的前导信号；

步骤2：帧控制解析模块完成解析帧控制内容解析，记录帧控制中的字段“定界符类型”，“源TEI”和“目的TEI的值”。分别记为：FC_Type，FC_Source_Address_TEI和FC_Target_Address_TEI，并且在接收帧控制数据过程中，测量帧控制的信号噪声比，记为FC_SNR；

步骤3：帧载荷解析模块根据帧控制参数解析出帧载荷内容，记录MAC帧头字段“原始源TEI”，“原始目的TEI”和“MSDU序列号”，记录为MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI和MAC_MSDU_SN。并且在接收帧载荷数据过程中，测量帧载荷的信号噪声比，记为MAC_SNR；

步骤4：监听数据帧保存模块保存接收MPDU开始时间和MPDU结束时间，保存帧控制中字段FC_Type，FC_Source_Address_TEI和FC_Target_Address_TEI内容，以及对应FC_SNR值，保存MAC帧头字段中MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI，MAC_MSDU_SN，以及对应MAC_SNR值，这些成员构成电力线监测数据帧，记为MpduRecordFrame，监听数据帧保存模块依次保存电力线监测数据帧。

进一步的，还包含串口监听数据帧保存处理步骤，具体为：

步骤1：监测设备的串口信号接收模块实时接收来自通信模块和电力设备之间串口上的数据；

步骤2：应用层帧接收模块通过数据链路层帧头校验检查在该接口上是否存合法的数据链路层帧。如果是有效的数据链路层帧，则记录该数据链路层帧的开始时刻为APDU开始时间，记为BaseClockCounter_start_APDU，如果不是合法的数据链路层帧，则继续监视串口上的数据流；

步骤3：如果搜索到有效数据链路层帧头接收，则继续在串口接收数据，直到应用层帧处理模块接收完整的数据链路层帧结构，并且应用层帧处理模块承载数据链路层帧结构中的APDU数据包，同时记录数据链路层帧中结束字符最后一个比特的接收时间，记为APDU结束时间，BaseClockCounter_end_APDU；

步骤4：监听数据帧保存模块包括APDU开始时间，APDU结束时间，以及APDU数据包内容，这些成员内容构成串口监听数据帧，记录ApduFrame。监听数据帧保存模块依次保存串口监听数据帧。

本发明的优点及有益效果如下：

第一：目前进行电力线宽带载波通信系统的监测仅仅局限对单个通信模块进行监测，不能做到全网进行监测和分析，导致不能分析整个网络的业务数据传输延迟。不能定位电力线宽带载波通信系统中某些端点抄表速度慢问题，本发明则提供了一种监测整个电力线宽带载波通信系统的方法。能够方便定位数据包在电力通信网络中传输延迟。

第二：在全网监测过程中，由于工作环境限制，监测设备通常置于室内环境，不能接收全球定位系统(简称：GPS)信号，也无法保证能够接收到移动公网的信号，导致了不同监测设备之间时钟不同步，所以无法分析业务数据达到监测设备的时刻。本发明提出借用电力线宽带载波通信系统中的信标特点，将监测设备时基同步到电力线宽带载波通信系统，解决了所有监测设备之间时基同步问题。

第三：在现有单个监测设备进行监测时候，没有保存接收到数据的精确时间，所以没有办法进行时延分析。在本发明中，首先解决监测设备之间的时基同步问题，然后监测设备接收到数据包的时候，根据本监测设备时基在数据包上打上精确时间标签，便于对数据包传输时延分析。

第四：由于本发明可以实时监控通信模块在电力线以及通信模块和电力设备之间串口的数据传输，所以实时监测到每个电力设备以及通信模块的工作状态，并且采用全网分析方法，可以监测和计算出电网的实际工作状态。

附图说明

图1是宽带载波通信网络拓扑图；

图2是宽带载波通信网络协议栈层级划分图；

图3是电力线宽带载波通信监测设备结构图；

图4是监测设备时基调整流程图；

图5是电力线监测数据帧保存处理流程图；

图6是APDU帧格式保存处理流程图；

图7是MAC帧格式数在电力线宽带载波通信中传输时间延迟分析图；

图8是监测电力设备处理时间长度计算流程图；

图9是通信模块处理APDU时间长度计算流程图；

图10是通信模块处理MPDU时间长度计算流程图；

图11是通信模块转发MPDU时间长度计算流程图；

图12是电力线宽带载波通信全网监测系统；

图13是电力线宽带载波通信系统中每层数据映射关系表；

图14是电力线宽带载波通信监测设备时基调整原理图；

图15是时间关系图；

具体实施方式

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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明根据实际工程需要，提出了一种进行全网电力线通信系统监测的方法，其核心方法就是在电力线通信模块的使用传输电力线上并接一台监测设备，该监测设备用于监视电力线通信模块所有的输入和输出，包括：在电力线上传输的MAC层协议数据单元(简称：MAC Protocol Data Unit，MPDU)数据、以及在电力设备(电表或集中器)与通信模块之间传输的应用层协议数据单元(简称：Application Layer Protocol Data Unit，APDU)数据，并且监测设备记录监测到MPDU和APDU数据包时间信息。

监测设备时基同步于电力线通信系统的网络基准时间，由32比特长度计数器构成时基计数器，监测设备时基计数器支持自动时钟计数功能。监测设备开机上电初始化为零，每当接收到一个信标帧的时候，更新到和网络相同的网络基准时间，并且根据接收到信标帧中的信标时间戳，调整监测设备时钟频率。

监测设备记录通信模块在电力线所有收发MPDU数据包，同时记录所有在电力设备和通信模块之间APDU数据包，并且在监测到MPDU和APDU数据包上增加时间戳。MPDU数据包时间戳包括承载MPDU物理层协议数据单元(简称：Physical Layer Protocol Data Unit，PPDU)中帧控制开始时刻(亦称MPDU开始时间)和PPDU结束时刻(亦称MPDU结束时间)。APDU数据包时间戳包括APDU数据包所在数据链路层帧的开始时刻(亦称APDU开始时间)和数据链路层帧的结束时刻(亦称APDU结束时间)。

根据时间戳信息监测设备可以准确计算出，通信模块在电力线上收到MPDU数据包到提交给电力设备APDU数据包处理时间长度。即通信模块发送APDU开始时间减去通信模块接收MPDU结束时间。

根据时间戳信息监测设备可以准确计算出，通信模块收到电力设备APDU数据包到发送到电力线上MPDU数据包时间长度。即通信模块发送MPDU开始时间减去通信模块接收APDU结束时间。

根据时间戳信息监测设备可以准确计算出，通信模块转发时间，即监测设备在电力线上接收到一个MPDU数据到转发出该MPDU数据包的时间长度。即转发出MPDU数据包的开始时间减去通信模块接收到原始MPDU结束时间。

根据时间戳信息监测设备可以准确计算出，电力设备处理的信息时间，即电力设备接收到通信模块APDU请求数据包到电力设备发送响应APDU数据包时间长度。即通信模块接收APDU响应数据包的开始时间减去通信模块发送APDU数据包结束时间。

将不同监测设备上的监测到MPDU和APDU帧格式数据整合，在监测软件上统一分析，监测软件根据MPDU帧格式数据中的MAC帧头内容，具体字段为原始源TEI和原始目的TEI，MSDU序列号，跟踪MPDU帧格式数据在每个监测设备上的时间，从而得出MPDU帧格式数据在不同传输节点上增加传输延迟时间长度。

本发明监测设备的结构图如图3所示。监测设备由电力线信号接收模块，物理层帧头搜索模块，帧控制解析模块，帧载荷解析模块，信标解析模块，时基管理模块和MPDU帧格式保存模块，串口信号接收模块，应用层帧接收模块，应用层帧处理模块。

其中，

电力线信号接收模块采用无线耦合或是直接连接电力线方式，获取通信模块在电力线上的输入和输出信号，该模块仅仅处于接收状态，不发送任何数据。完成电力线模拟前端，自动增益控制功能；

物理层帧接收模块完成对物理层帧结构中的前导信号搜索(简称：Preamble)，并且记录帧控制开始时间，即MPDU开始时间。完成物理层帧的完整接收，接收完成时刻时间，即MPDU结束时间；

帧控制解析模块完成对MPDU帧格式中的帧控制内容解析，在该模块需要判定接收到MPDU帧格式中的定界符类型是否是信标帧(中央信标，代理信标或是发现信标)，如果是信标帧，则复制一份给信标解析模块处理，用于时基同步，否则只由物理层帧处理模块处理。并且在该模块中完成对帧控制数据的信号噪声比(简称：SNR)测量以及帧控制校验序检查，载荷数据校验检查。；

信标解析模块解析出信标帧中32比特的信标时间戳，并且将帧控制开始时间和信标时间戳发送到时基管理模块。

物理层帧处理模块完成物理层帧格式中帧载荷信息解析，对帧控制数据的信号噪声比(简称：SNR)测量以及帧控制校验序检查，载荷数据校验检查，记录包括帧控制SNR，帧载荷SNR，MPDU开始时间，MPDU结束时间，以及MPDU数据包的电力线监测数据帧。

时基管理模块提供25MHz的时钟计数功能，根据信标解析模块提供的信标时间戳调整监测设备的时基计数器值，并且根据接收到多次信标帧控制时间和信标时间戳对监测设备25MHz时钟频率进行调整。

串口信号接收模块完成对通信模块与设备间的串口数据流的接收。

应用层帧接收模块完成对串口数据流的帧识别，形成一个完整的数据链路层帧，在该数据链路层帧中包含APDU数据包，记录数据链路帧的开始时间，记为APDU数据包开始时间，以及数据链路层帧结束时间，记为APDU结束时间。

应用层帧处理模块完成APDU应用层帧的识别，校验序列检查，构造包含有APDU数据包开始时间，APDU数据包结束时间，以及APDU数据包的串口监听数据帧。

下面将描述监测设备时基调整流程，MPDU和APDU数据包保存流程以及本发明提供的时间延迟分析流程。

第一：监测设备时基调整流程：

本发明中监测设备时基调整流程，该流程保证监测设备时基计数器和网络基准时间始终处于同步，并且调整监测设备时钟和中央协调器时钟一致，如图4所示

步骤1：监测设备接收到来自电力线的传输信号，物理层帧接收模块实时监测是否存在有效的前导数据，如果检测到有效前导，则表明附近其它站点在该电力线发送了MPDU数据包，否则继续搜索电力线上的前导。如图4中1，2步。

步骤2：物理层帧接收模块如果检测到有效前导，则监测设备利用前导完成定时同步过程，并且记录帧控制开始位置时间，对应监测设备中的时基计数器值BaseClockCounter，记为BaseClockCounter_FC。如图4中3步。

步骤3：监测设备搜索到前导之后，帧控制解析模块继续解读出帧控制内容，从帧控制的“定界符类型”字段，如果确定是“信标帧”，则继续解读出帧控制中的“信标时间戳”，记录为BaseClockCounter_Beacon。如果不是“信标帧”，则不做监测设备时基调整，继续监测电力线上的传输信号。如图4中4步。

步骤4：帧控制解析模块将信标帧的开始时间BaseClockCounter_FC和信标帧中“，信标时间戳”字段内容BaseClockCounter_Beacon，发送给时基管理模块。如图4中6步。

步骤5：时间管理模块根据BaseClockCounter_Beacon和BaseClockCounter_FC值，调整时基计数器值的值。调整量为BaseClockCounterDiff＝BaseClockCounter_Beacon-BaseClockCounter_FC，根据BaseClockCounter＝BaseClockCounter+BaseClockCounterDiff进行调整。

进一步，时基管理模块将会记录两个连续BaseClockCounter_Beacon[i]和BaseClockCounter_FC[i],i取值为1，2。则时钟偏差速率表示为BaseClockScaler＝(BaseClockCounter_FC[2]-BaseClockCounter_FC[1])/(BaseClockCounter_Beacon[2]-BaseClockCounter_Beacon[1])。使用BaseClockScaler进行时钟频率调整。

监测设备的时基计数器BaseClockCounter调整完之后，将根据监测设备25MHz时钟继续进行计数。如图4中7步。

第二：MPDU和APDU数据包保存流程，分成电力线监测数据帧保存处理流程和串口线监测数据帧保存处理流程。

本发明中电力线监测数据帧保存处理流程：监听数据帧保存模块保存电力线监测数据帧。电力线监测数据帧包含内容有，帧控制的源地址“源TEI”和目的地址“目的TEI”，保存MAC帧中的源地址“原始源TEI”和目的地址“原始目的TEI”，以及MSDU序号，以及帧控制SNR和载荷SNR值。该帧控制开始时间BaseClockCounter_FC，亦MPDU开始时间，接收MPDU数据包的PPDU结束时间BaseClockCounter_Payload，亦MPDU结束时间。如图5所示。

步骤1：监测设备搜索电力线上前导，如果物理层帧接收模块搜索到有效前导，则开始解析帧控制内容，并且记录帧控制的开始时间位置，记为BaseClockCounter_FC，否则继续搜索电力线上的前导信号。如图5中1，2，3步。

步骤2：帧控制解析模块完成解析帧控制内容解析，记录帧控制中的字段“定界符类型”，“源TEI”和“目的TEI的值”。分别记为：FC_Type，FC_Source_Address_TEI和FC_Target_Address_TEI。并且在接收帧控制数据过程中，测量帧控制的信号噪声比，记为FC_SNR，如图5中4步。

步骤3：帧载荷解析模块根据帧控制参数解析出帧载荷内容，记录MAC帧头字段“原始源TEI”，“原始目的TEI”和“MSDU序列号”，记录为MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI和MAC_MSDU_SN。并且在接收帧载荷数据过程中，测量帧载荷的信号噪声比，记为MAC_SNR。如图5中5步。

步骤4：监听数据帧保存模块保存接收MPDU开始时间和MPDU结束时间。保存帧控制中字段FC_Type，FC_Source_Address_TEI和FC_Target_Address_TEI内容，以及对应FC_SNR值。保存MAC帧头字段中MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI，MAC_MSDU_SN，以及对应MAC_SNR值,这些成员构成电力线监测数据帧，记为MpduRecordFrame。监听数据帧保存模块依次保存电力线监测数据帧。如图5中6步。

本发明中串口监听数据帧保存处理流程：

步骤1：监测设备的串口信号接收模块实时接收来自通信模块和电力设备之间串口上的数据。如图6中1步。

步骤2：应用层帧接收模块通过数据链路层帧头校验检查在该接口上是否存合法的数据链路层帧。如果是有效的数据链路层帧，则记录该数据链路层帧的开始时刻为APDU开始时间，记为BaseClockCounter_start_APDU。如果不是合法的数据链路层帧，则继续监视串口上的数据流，如图6中2步。

步骤3：如果搜索到有效数据链路层帧头接收，则继续在串口接收数据，直到应用层帧处理模块接收完整的数据链路层帧结构，并且应用层帧处理模块承载数据链路层帧结构中的APDU数据包，同时记录数据链路层帧中结束字符最后一个比特的接收时间，记为APDU结束时间，BaseClockCounter_end_APDU。如图6中3步。

步骤4：监听数据帧保存模块包括APDU开始时间，APDU结束时间，以及APDU数据包内容，这些成员内容构成串口监听数据帧，记录ApduFrame。监听数据帧保存模块依次保存串口监听数据帧，如图6中4步。

第三：监测设备实时记录电力线以及串口上数据流，如果监测到有效数据包，则记录电力线监测数据帧或串口监听数据帧。

本发明根据电力线监测数据帧或串口监听数据帧中记录的数据包的开始时间和结束时间。提供计算消息在传输线上延迟时间，电力设备处理APDU数据包时间，通信模块处理APDU数据包时间，通信模块处理MPDU数据包时间，通信模块转发MPDU数据包时间。下面逐一说明本发明提供的功能。

流程1：消息在传输线上延迟时间。

本发明提供数据包在电力通信网中传输时间延迟分析方法，根据监听数据帧保存模块保存的数据进行全网传输时延分析，如图7所示。

步骤1：将所有监测设备保存的电力线监测数据帧数据MpduRecordFrame合并到一个集合中，记为MpdFrameSets，如图7中1步。

步骤2：选定需要监测或是分析设备，通过MAC帧格式数据在各个站点传输时间来计算MAC帧格式数据在网络中每跳传输延迟，以及总的传输延迟时间。假设需要监测MAC帧格式数据，记录为MacFrameTracking。该MacFrameTracking的MAC帧的MAC帧头，包括MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI和MAC_MSDU_SN，这三个字段将唯一确定该MAC帧格式数据块。如图7中2步。

步骤3：监测设备在监测过程中会记录所有电力线上的MPDU帧格式数据，其中包括需要分析的MacFrameTracking和其它无关的MacFrameTracking。通过搜索和MacFrameTracking帧中的MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI和MAC_MSDU_SN三个字段相同的电力线监测数据帧，形成MpduSearchResultSet。如图7中3步。

步骤4：在MpduSearchResultSet集合中，根据帧控制部分的FC_Source_Address_TEI和FC_Target_Address_TEI。搜索出MacFrameTracking帧在电力线系统中传输路径，可以分析出传输成功和传输不成功路径。如图7中4步。

步骤5：取出传输路径上任何两个点监测设备获得的MacFrameTracking帧，在记录该帧时候，即保存MPDU帧格式时候保存的BaseClockCounter_FC。保存两个电力线监测数据帧格式中的BaseClockCounter_FC差值就是在两个设备之间的传输延迟。同理采用该方法可以计算出在MPDU帧格式数据包在所有传输节点的时间延迟。如图7中5步。

流程2：电力设备处理APDU数据包时间：

本发明根据串口监听数据帧，提供了一种监测电力设备处理命令的时间方法，可以监测不同电力设备不同命令类型的处理时间。具体如图8所示。

步骤1：通信模块发送一个APDU数据包到电力设备，在APDU数据包中包括不同类型的电力设备操作命令，该APDU为请求或是命令APDU数据包。假设在监测设备上监测到该APDU，并且以串口监听数据帧形式保存，在串口监听数据帧中包括了APDU结束时间BaseClockCounter_end_APDU。如图8中1，3所示。

步骤2：电力设备接收到APDU之后，将对APDU中命令进行处理，并且反馈给通信模块，该APDU为响应APDU数据包，该APDU数据包也会在监测设备上被监测到，并且以串口监听数据帧形式保存，在串口监听数据帧中该APDU开始时间为BaseClockCounter_start_APDU。如图8中2，4所示。

步骤3：监测设备监测到这两个APDU时间差，就是电力设备处理该命令的处理时间，记为APDU_Device_Handle_Time＝BaseClockCounter_start_APDU-BaseClockCounter_end_APDU。如图8中5所示。

流程3：通信模块处理APDU数据包时间：

本发明提供了一种监测通信模块处理APDU时间方法，可以监测通信模块处理不同命令类型的处理时间。具体如图9所示。

步骤1：通信模块接收到来自电力设备的APDU数据包，在ADPU数据包中可以承载不同的APDU命令。这个APDU数据包在串口上也会被监测设备监测到，在监测设备以串口监听数据帧形式保存，在串口监听数据帧中记录接收APDU结束时间，记为BaseCloclcounter_end_APDU。如图9中1，3所示。

步骤2：通信模块接收到来自电力设备APDU数据包，根据电力设备发送APDU数据包的要求，进行相应处理，并且从通信模块发送MPDU数据包，该MPDU数据包将被监测设备接收，以电力线监测数据帧形式保存，电力线监测数据帧包括MPDU数据包开始时间，记为BaseClockCunter_start_MPDU。如图9中2，4所示。

步骤3：计算通信模块处理APDU消息时间，即通信模块接收到电力设备APDU数据包到处理完毕之后，发送出MPDU数据包的时间。记为APDU_BWM_Handle_Time＝BaseClockCounter_start_MPDU-BaseClockCounter_end_APDU。如图9中5所示。

流程4：通信模块处理MPDU数据包时间：

本发明提供了一种监测通信模块处理MPDU时间方法，可以监测通信模块处理不同MPDU类型的处理时间。具体如图10所示。

步骤1：通信模块接收到来自电力线上的MPDU数据包，该数据包同时被监测设备监测到，并且以电力线监测数据帧形式保存，在电力线监测数据帧中记录接收该MPDU数据包的结束时间，记为BaseClockCounter_end_MPDU。如图10中1，3所示。

步骤2：通信模块接收到电力线上的MPDU数据包之后，取出MPDU数据包中的MAC帧，然后对该MAC帧的内容进行处理，如果包含需要电表处理的APDU数据包，则将解析出的APDU数据包发送到电力设备。该APDU数据包将被监测设备监测到，在监测设备中以串口监听数据帧形式保存，串口监听数据帧中包含APDU开始时间。记为BaseClockCounter_start_APDU。如图10中2，4所示。

步骤3：通信模块处理MPDU数据包时间，即通信模块接收到来自电力线上的MPDU数据包开始，到处理完成该MPDU数据包的时间，记为MPDU_BWM_Handle_Time＝BaseClockCounter_end_MPDU-BaseClockCounter_start_APDU。如图10中5所示。

流程5：通信模块转发MPDU数据包时间：

本发明提供了一种监测通信模块转发MAC帧的方法，即监测设备监测通信模块中转一个MAC帧所需要的时间。

步骤1：通信模块在电力线接收到一个MPDU数据包，该MPDU数据包同时被监测设备监测到，并且以电力线监测数据帧形式保存，电力线监测数据帧中包括MPDU数据包的结束时间，记为BaseClockCounter_end_MPDU。如图11中1，3所示。

步骤2：通信模块处理完接收到的MPDU数据包，则从新组装成新的MPDU数据包在电力线上发送，该新组装的MPDU数据包也会内监测设备监测到，并且以电力线监测数据帧形式保存，电力线监测数据帧中包含该MPDU的开始时间，记为BaseClockCounter_start_MPDU。如图11中2，4所示。

步骤3：通信模块处理MPDU数据包的时间，亦就是从接收到MPDU数据包到转发出MPDU数据包的时间。记为MPDU_BWM_Handle_Time＝BaseClockCounter_start_MPDU-BaseClockCounter_end_MPDU，如图11中5所示。

具体实施例：电力线宽带载波通信全网监测系统拓扑图

为了更加清晰说明本发明在实际工程测试中的应用，本实施例将采用电力线宽带载波通信全网监测系统进行说明。如图12所示，该电力线宽带载波通信系统由一个中央协调器CCO，三个代理协调器PCO，以及四个站点构成。为了分析电表7到中央协调器CCO的传输时间延迟，本实施例将在电表2的通信模块并接监测设备1，在电表4的通信模块并接监测设备2，在电表7的通信模块并接监测设备3。每个监测设备监测通信模块在电力线的数据收发，监测通信模块和电力设备之间串口上的数据收发。

具体实施例1：监测设备时基同步过程

具体实施例1将具体说明监测设备如何进行时基同步，即监测设备和电力线宽带载波通信系统的时基同步。

在电力线宽带载波通信系统中，数据是以帧格式进行传输(也称为采用帧突发进行传输)，并且进行分层映射关系。如图13所示。

在图13中，MPDU帧承由两个部分组成，一部分是帧控制，一部分是物理块体。其中物理块体可以由多块组成，也称为帧载荷部分，用于承载MAC帧。MAC帧则由MAC帧头和MSDU数据帧组成，其中MSDU数据帧就是承载通信模块信令或是业务数据。

为了清晰说明本发明实现方式，首先介绍图13中各层所有承载的相关信息字段内容。帧控制承载的内容，如表1所示。

表1 MPDU帧控制字段

其中“定界符类型”字段指明了MPDU帧的类型。指明是信标帧，SOF帧，选择确认帧还是网间协调帧，“定界符类型”字段取值如表2所示。

表2定界符类型

值	定义
		0	信标帧
1	SOF帧
		2	选择确认帧
3	网间协调帧
		其他	保留

在本发明中，将使用“信标帧”中的“信标时间戳”来校准监测设备的时基，使得监测设备时基和电力线宽带载波通信系统时基相同，本发明具体操作如下。

根据低压电力线宽带载波通信系统标准要求，所有的节点时基都同步到中央协调器CCO，所以根据这个原理，采用本发明的方法，也将监测设备的时基同步到中央协调器的时基上，从而使得监测设备和中央协调器处于同步状态。

图14给出电力线宽带载波通信广播时基机制，低压电力线宽带载波通信发送的物理层帧包括了前导，帧控制和帧载荷。前导用于帧定时，AGC调整，以及精确定位帧控制开始时间。

根据电力线宽带载波通信信标帧传输的要求，在信标帧的帧控制部分，提供发送端发送该帧控制的时基baseClockCounter值，如表3，在“信标帧的可变区域”字段“信标时间戳”中提供，记录为BaseClockCounter_Beacon。并且监测设备在接收到信标帧的时候，将记录信标帧的时基计数值BaseClockCounter_FC。如果监测设备和电力线宽带载波通信处于完全同步状态，则BaseClockCounter_Beacon和BaseClockCounter_FC相同，如果BaseClockCounter_Beacon和BaseClockCounter_FC不同，则表明监测设备和电力线宽带载波通信存在时基偏差。

表3信标帧的可变区域

根据本发明，监测设备具体的时基调整方法，在接收到信标帧之后，即可获得监测设备和电力线宽带载波通信存在时基偏差值，BaseClockCounterDiff＝BaseClockCounter_Beacon-BaseClockCounter_FC,然后在监测设备时基上叠加BaseClockCounterDiff,即监测设备时基计数值BaseClockCounter＝BaseClockCounter+BaseClockCounterDiff。即完成监测设备的时基同步过程。

具体实施例2：数据包在电力上传输延迟分析

上面说明如何使用本发明完成监测设备和电力线宽带载波通信时基同步的问题，下面则根据本发明要求，说明如何实现监测数据包在电力线中传输延迟。

根据图13所示，MPDU帧承载了MAC帧，而MAC帧由MAC帧头和MSDU数据构成，其中MAC帧头包括的字段如表4所示。

在表4中的MAC帧头格式中，字段“原始源TEI”表示MSDU的原始源终端设备的标识，即最初产生MSDU的源终端设备的TEI；字段“原始目的TEI”表示MSDU的最终目的终端设备的标识，即最终需要处理MSDU的目的终端设备的TEI；字段“MSDU序列号”指产生MSDU的原始设备分配给该MSDU的递增序列号。

如图12所示，如果一个MSDU数据帧从电表7的通信模块发送到中央协调器CCO的通信模块，那么“原始源TEI”表示电表7的通信模块设备标识，“原始目的TEI”表示中央协调器CCO的通信模块设备标识，“MSDU序列号”则表示电表7发送到中央协调器CCO的MSDU编号，这三个字段内容在中转过程中不会发送改变。

表4：MAC帧头格式

在表2给出的”定界符类型”字段定义，除了“信标帧”类型之外，如果MPDU帧传输的时候MAC帧数据，那么将采用表2中的“SOF帧”格式进行传输。电力线宽带载波通信的提供“SOF帧”字段内容，如表5所示。

表5 SOF帧的可变区域

在“SOF帧”字段内容中，也存在两个地址，一个是字段“源TEI”表示发送MPDU帧的站点的TEI。另外一个是字段“目的TEI”表示接收MPDU帧的目的设备站点的TEI。这两个地址保存在帧控制中，指明当前传输的源和目的地址。如图7中发送MPDU数据块从电表7到电表4，那么在该MPDU帧数据包的帧控制中，“源TEI”为电表7通信模块的设备标识。“目的TEI”为电表4通信模块的设备标识。

从上面分析假设一个MPDU数据包从电表7通信模块发送到中央协调器CCO的过程中，根据电力通信系统的已经建立好的路由，则电表7通信模块发送到电表4通信模块，电表4通信模块发送到电表2通信模块，电表2通信模块发送到中央协调器通信模块。完成整个通信过程。

根据本发明的内容，并接监测设备的电表，该电表收发的帧数据，监测设备同样可以捕获该帧数据，并且以电力线监测数据帧形式保存在监测设备中。在电力线监测数据帧中监测设备都打上时间标签。

在该实施例中，假设电表7通信模块发送一个MPDU数据包到中央协调器通信模块，那么将会被监测设备3，监测设备2和监测设备1捕获到。并且在监测设备上都打上收到的时间标签(监测设备接收的时间)。记为监测设备3接收到该MPDU开始时间MpduBaseClockCounter3,监测设备2接收该MPDU开始时间MpduBaseClockCounter21，监测设备2接收到MPDU结束时间MpduBaseClockCounter22，监测设备1接收该MPDU开始时间MpduBaseClockCounter11，监测设备1发送该MPDU结束时间MpduBaseClockCounter12。

为了清楚说明这些时间关系，如图15所示。可以清晰计算出各个节点的时间延迟量。例如在实施例中，电表7和电表4之间传输时间延迟MpduBaseClockCounter21-MpduBaseClockCounter3。在电表2内部的处理时间延迟为：MpduBaseClockCounter12-MpduBaseClockCounter11。

同样道理，本发明可以用监测电力线上的“选择确认帧“和“网间协调”。其中帧控制中对应的字段内容如表6和表7所示。

表6选择确认的可变区域

监测设备也捕获到“选择确认帧”，可以同于确定电表之间传输是否正确，以及接收回复的确实时间。

表7网间协调的可变区域

具体实施例3：电力设备处理数据包延迟时间分析

根据电力设备通信标准，具体参考《Q/GDW 11778-2017面向对象的用电信息数据交换协议》在电力设备和通信模块之间采用帧结构方式进行通信。

表8串口上数据链路层帧结构

监测设备实时监测在电力设备和通信模块之间串口上的数据流，亦能够实时监测到电力设备和通信模块之间传输的数据链路层帧结构数据，如表8所示，并以串口监听数据帧形式保存。

其中表8中的APDU数据格式，根据《Q/GDW 11778—2017面向对象的用电信息数据交换协议》描述如表9所示，采用ASN.1描述方式给出。

表9 Client-APDU定义

根据本发明的描述，监测设备将实时记录该APDU数据包内容，同时记录“起始字符(68H)”字段第一个比特的开始时间，亦APDU开始时间，记为BaseClockCouner_start_APDU。记录数据链路层帧中“结束字符(16H)”最后一个比特时间，亦APDU结束时间，记为BaseClockCounter_end_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

在该实施例中，假设通信模块发送了一个进行电能表复位的操作，记录该APDU的数据包记为Request_APDU。

根据《Q/GDW 11778—2017面向对象的用电信息数据交换协议》协议中，“H.5.1操作一个对象方法请求”章节描述。

该Request_APDU数据包的内容：

执行电能量复位方法，发送：07 01 05 00 10 01 00 0F 00 00

07——[7]ACTION-Request

01——[1]ActionRequest

05——PIID

00 10 01 00——OMD

0F 00——参数Data，integer(0)

00——没有时间标签

监测设备在电力设备和通信模块之间串口上也会接收到该APDU数据包，监测设备记录接收该Request_APDU数据的开始时间为：BaseClockCounter_start_Request_APDU，结束时间为BaseClockCounter_end_Request_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

电力设备接收到该APDU请求数据包之后，根据APDU数据包的请求命令，然后发送出APDU响应数据包，记为Response_APDU。

该Response_APDU数据包的内容：

响应：87 01 05 00 10 01 00 00 00 00 00

87——[135]ACTION-Response

01——[1]ActionResponseNormal

05——PIID-ACD

00 10 01 00——OMD

00——DAR，0成功

00——Data OPTIONAL＝0表示没有数据

监测设备在电力设备和通信模块之间串口上也会接收到该APDU数据包，记录接收该Response_APDU数据包开始时间为BaseClockCounter_start_Reponse_APDU,结束时间为BaseClockCounter_end_Reponse_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

则根据本发明的描述，通信模块复位电力设备，电力设备处理复位功能需要的延迟时间计算方法为Device_handle_reset_Time

＝BaseClockCounter_start_Reponse_APDU-BaseClockCounter_end_Request_APDU

具体实施例4：通信模块处理电力设备请求的时间延迟分析

电力设备请求通信模块处理的命令存在两个类别。一类是对通信模块进行通信模式设置，另外一类是对请求通信模块将数据包传递到远端电力设备。

在该实施例中，第一类对通信模块进行通信模式设置场景。

假设电力设备发送到通信模块的命令是对通信模块的时钟进行设置，该命令采用APDU帧格式封装在数据链路帧格式中。

APDU帧的数据内容

设置时钟，发送：06 01 02 40 00 02 00 1C 07 E0 01 14 10 1B 0B 00

06——[6]SET-Request

01——[1]SetRequestNormal

02——PIID

40 00 02 00——OAD

1C——Data：类型28：date_time_s

07 E0 01 14 10 1B 0B——时间：2016-01-20 16：27：11

00——没有时间标签

承载设置时钟的APDU的数据链路帧也会被监测设备监测到，在监测设备监测到该APDU的开始时间，记为BaseClockCounter_start_setclock_APDU,结束时间为BaseClockCounter_end_setclock_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

通信模块接收完成该APDU命令，则启动APDU命令相应处理过程，根据该APDU命令，设置通信模块时间，通信模块设置完成之后回复APDU数据包给电力设备.

回复相应APDU数据包内容：

响应：86 01 02 40 00 02 00 00 00 00

86——[134]SET-Response

01——[1]SetResponseNormal

02——PIID-ACD

40 00 02 00——OAD

00——DAR，0成功

00——FollowReport OPTIONAL＝0表示没有上报信息

00——没有时间标签

该APDU数据包也会被监测设备监测到。监测设备记录接收该APDU数据的开始时间为：BaseClockCounter_start_rsp_APDU，结束时间为：BaseClockCounter_end_rsp_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

根据本发明的描述，可以计算通信模块处理设置时钟的处理时间为，记为

BaseClockCounter_start_rsp_APDU-BaseClockCounter_end_APDU。

在该实施例中，第二类对请求通信模块将数据包传递到远端电力设备的场景。

假设电力设备请求通信模块传递APDU数据包，该APDU帧格式数据包封装在数据链路帧格式中。例如在实施例中，假设电力设备接收到抄表请求，电力设备将组装电力设备抄表数据成一个APDU格式数据包到通信模块。

例如电力设备抄表结果数据APDU内容

响应：85 01 01 40 01 02 00 01 09 06 12 34 56 78 90 12 00 00

85——[133]GET-Response

01——[1]GetResponseNormal

01——PIID-ACD

40 01 02 00——OAD

01——Data

09——octet-string

06——SIZE(6)

12 34 56 78 90 12——通信地址：123456789012

00——FollowReport OPTIONAL＝0表示没有上报信息

00——没有时间标签

承载该APDU的数据链路帧也会被监测设备监测到，在监测设备监测到该APDU的开始时间，记为BaseClockCounter_start_meter_APDU,结束时间为BaseClockCounter_end_meter_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

通信模块接收完成该APDU命令，将APDU负责在通信模块的MAC层中，形成一个MPDU数据包，该MPDU数据包在电力线上也会被监测设备监测到，记录该数据包的开始时间为：BaseClockCounter_start_MPDU，结束时间为：BaseClockCounter_end_MPDU，并以电力线监测数据帧形式保存在监测设备中。

根据本发明的描述，可以计算通信模块处理该类电力设备数据的处理时间为，记为

BaseClockCounter_start_MPDU-BaseClockCounter_end_meter_APDU。

具体实施例5：通信模块处理电力线数据包的时间延迟分析

根据本发明描述，监测设备可以计算出通信模块接收到电力线上的数据包，并且处理完成之后提交处理结果到电力设备的时间。

在该实施例中，假设通信模块接收到电力线上的MPDU数据包，在该MPDU数据包中承载了需要传递到电力设备的APDU数据包。在该实施例中，假设是读取电力设备的通信地址。

在通信模块接收到该MPDU数据包同时，监测设备在电力线上也同时接收到该MPDU数据包，监测设备记录接收到该MPDU的开始时间为：BaseClockCounter_start_MPDU,结束时间为：BaseClockCounter_end_MPDU，并以电力线监测数据帧形式保存在监测设备中。

通信模块处理完成该该MPDU之后，将从该MPDU数据包中取出APDU数据包。

APDU数据包的内容

读取电能表的通信地址，发送：05 01 01 40 01 02 00 00

05——[5]GET-Request

01——[1]GetRequestNormal

01——PIID

40 01 02 00——OAD：通信地址40010200

00——没有时间标签

通信模块通过串口提交该APDU数据包到电力设备，监测设备也将同时接收该APDU数据包，记录接收APDU开始时间为：BaseClockCounter_start_APDU，结束时间为：BaseClockCounter_end_APDU，并以串口监听数据帧形式保存在监测设备中。

根据本发明的描述，则可以计算出通信模块接收到一个MPDU，从中取出APDU，转发到电力设备的时间。记为

BaseClockCounter_start_APDU-BaseClockCounter_end_MPDU。

具体实施例6：通信模块中转数据包的时间延迟分析

根据本发明描述，监测设备可以计算出通信模块接收到电力线上的数据包，处理完成之后在转发出去的时间，例如代理协调器PCO接收到一个子节点上报的数据包，需要转到中央协调器CCO，代理协调器PCO的通信模块接收到该数据包，然后转发到该代理协调器PCO的父节点。

在该实施例中，假设代理协调器PCO通信模块在电力线上接收到子节点发送MPDU数据包，该MPDU数据也同时被监测设备接收到，监测设备接收到该MPDU数据包的开始时间，记为BaseClockCounter_start_rec_MPDU。记结束时间：BaseClockCounter_end_rec_MPDU，并以电力线监测数据帧形式保存在监测设备中。

代理协调PCO的通信模块处理完成接收MPDU数据包，从中取出MAC帧，根据通信模块中路由表，再次进行转发到该PCO的父节点。通信模块转发的MPDU数据包也会被监测设备监测到，假设监测设备监测到该MPDU数据包记为send_MPDU。记录监测设备接收到send_MPDU开始时间BaseClockCounter_start_send_MPDU,结束时间BaseClockCounter_end_send_MPDU，并以电力线监测数据帧形式保存在监测设备中。

根据本发明描述，则计算代理协调器的通信模块转发数据包的时间延迟长度：

BaseClockCounter_start_send_MPDU-BaseClockCounter_end_rec_MPDU。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统，其特征在于，在电力线通信模块的使用传输电力线上并接一台监测设备，该监测设备用于监视电力线通信模块所有的输入和输出，监测设备包括电力线信号接收模块、物理层帧头搜索模块、帧控制解析模块、帧载荷解析模块、信标解析模块、时基管理模块、MPDU帧格式保存模块、串口信号接收模块、应用层帧接收模块及应用层帧处理模块；

其中，电力线信号接收模块采用无线耦合或是直接连接电力线方式，获取通信模块在电力线上的输入和输出信号，该模块仅仅处于接收状态，不发送任何数据，完成电力线模拟前端，自动增益控制功能；

物理层帧接收模块完成对物理层帧结构中的前导信号搜索，并且记录帧控制开始时间，即MPDU开始时间，完成物理层帧的完整接收，接收完成时刻时间，即MPDU结束时间；

帧控制解析模块完成对MPDU帧格式中的帧控制内容解析，在该模块需要判定接收到MPDU帧格式中的定界符类型是否是信标帧，信标帧包括中央信标，代理信标或是发现信标，如果是信标帧，则复制一份给信标解析模块处理，用于时基同步，否则只由物理层帧处理模块处理；并且在该模块中完成对帧控制数据的信号噪声比SNR测量以及帧控制校验序检查，载荷数据校验检查；

信标解析模块解析出信标帧中32比特的信标时间戳，并且将帧控制开始时间和信标时间戳发送到时基管理模块；

物理层帧处理模块完成物理层帧格式中帧载荷信息解析，对帧控制数据的信号噪声比测量以及帧控制校验序检查，载荷数据校验检查，记录包括帧控制SNR，帧载荷SNR，MPDU开始时间，MPDU结束时间，以及MPDU数据包的电力线监测数据帧；

时基管理模块提供25MHz的时钟计数功能，根据信标解析模块提供的信标时间戳调整监测设备的时基计数器值，并且根据接收到多次信标帧控制时间和信标时间戳对监测设备25MHz时钟频率进行调整；

串口信号接收模块完成对通信模块与设备间的串口数据流的接收；

应用层帧接收模块完成对串口数据流的帧识别，形成一个完整的数据链路层帧，在该数据链路层帧中包含APDU数据包，记录数据链路帧的开始时间，记为APDU数据包开始时间，以及数据链路层帧结束时间，记为APDU结束时间；

应用层帧处理模块完成APDU应用层帧的识别，校验序列检查，构造包含有APDU数据包开始时间，APDU数据包结束时间，以及APDU数据包的串口监听数据帧；

2.根据权利要求1所述的一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统，其特征在于，所述电力线信号接收模块采用无线耦合或是直接连接电力线方式，获取通信模块在电力线上的输入和输出信号，该模块仅仅处于接收状态，不发送任何数据，完成电力线模拟前端，自动增益控制功能。

3.根据权利要求1所述的一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统，其特征在于，帧控制解析模块需要判定接收到MPDU帧格式中的定界符类型是否是信标帧，信标帧包括中央信标，代理信标或是发现信标，如果是信标帧，则复制一份给信标解析模块处理，用于时基同步，否则只由物理层帧处理模块处理；并且在还完成对帧控制数据的信号噪声比SNR测量以及帧控制校验序检查，载荷数据校验检查。

4.根据权利要求1所述的一种全网电力线宽带载波通信系统监测系统，其特征在于，所述数据链路层帧中包含APDU数据包，记录数据链路帧的开始时间，记为APDU数据包开始时间，以及数据链路层帧结束时间，记为APDU结束时间。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述系统的时基调整方法，用于保证监测设备时基计数器和网络基准时间始终处于同步，并且调整监测设备时钟和中央协调器时钟一致，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3：监测设备搜索到前导之后，帧控制解析模块继续解读出帧控制内容，从帧控制的“定界符类型”字段，如果确定是“信标帧”，则继续解读出帧控制中的“信标时间戳”，记录为BaseClockCounter_Beacon；如果不是“信标帧”，则不做监测设备时基调整，继续监测电力线上的传输信号；

6.一种基于权利要求1-4任一项所述系统的MPDU和APDU数据包保存方法，其特征在于，包含有电力线监测数据帧保存处理步骤，具体步骤为：

步骤2：帧控制解析模块完成解析帧控制内容解析，记录帧控制中的字段“定界符类型”，“源TEI”和“目的TEI的值”；分别记为：FC_Type，FC_Source_Address_TEI和FC_Target_Address_TEI，并且在接收帧控制数据过程中，测量帧控制的信号噪声比，记为FC_SNR；

步骤3：帧载荷解析模块根据帧控制参数解析出帧载荷内容，记录MAC帧头字段“原始源TEI”，“原始目的TEI”和“MSDU序列号”，记录为MAC_Source_Address_TEI，MAC_Target_Address_TEI和MAC_MSDU_SN；并且在接收帧载荷数据过程中，测量帧载荷的信号噪声比，记为MAC_SNR；

7.根据权利要求6所述的MPDU和APDU数据包保存方法，其特征在于，还包含串口监听数据帧保存处理步骤，具体为：

步骤2：应用层帧接收模块通过数据链路层帧头校验检查在该接口上是否存合法的数据链路层帧；如果是有效的数据链路层帧，则记录该数据链路层帧的开始时刻为APDU开始时间，记为BaseClockCounter_start_APDU，如果不是合法的数据链路层帧，则继续监视串口上的数据流；

步骤4：监听数据帧保存模块包括APDU开始时间，APDU结束时间，以及APDU数据包内容，这些成员内容构成串口监听数据帧，记录ApduFrame；监听数据帧保存模块依次保存串口监听数据帧。