CN113037332B - 一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法，涉及电力通信技术领域，解决了现有技术存在的在无线信道覆盖不全的情况或在载波信道覆盖不全的情况下，中心节点与从节点之间无法有效进行数据传输的技术问题。该方法包括步骤为：初始化设置；分别获取从节点的邻居节点的载波信道信息与无线信道信息；将获取的载波信道信息、无线信道信息汇聚成从节点的邻居节点的双信道信息；根据双信道信息识别孤岛节点，并根据识别的孤岛节点的双信道信息选择中继节点；孤岛节点通过选择的中继节点进行通信。本发明在无线信号差及载波通信异常时，能快速实现无线与载波的转换，有效提升网络通信效率，而且能适应复杂的应用场强。

Description

一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，尤其涉及一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法。

背景技术

随着智能电网建设的发展，对电网的稳定性提出了更高要求，用电信息采集系统作为其中重要组成部分，其安全性、可靠性、经济性、成功率是急需解决的问题。目前已建成的用电信息采集系统中，常用的通信方式主要为电力波线通信和无线通信两种。电力线通信的覆盖范围十分广阔，但是电力线网络环境的复杂性制约了其通信质量；无线通信的可扩展性较好、灵活性高，但是无线通信环境中的建筑物遮挡等因素会对其通信质量造成严重的影响。发展将电力载波和无线相融合的双模通信技术，将其应用于用电信息采集系统中，成为当前研究的热点问题

目前电力载波和无线融合技术主要是构建电力载波和微功率无线的双树网络(如：向敏，何金星，杜延红，等.基于IPv6的低压电力线载波树型路由控制机制[J].电网技术，2016(06)：1874-1880)，两张网络由各自的中心节点独立组网、维护网络。中心节点与从节点之间的网络路径从链路层看有两条，分为为载波信道和无线信道。数据通信时，中心节点与从节点可以有两条信道，比传统的纯载波或纯无线多一条传输信道。可以有效的增加通信的成功率。数据传输方法或流程如下(参见图1)：

A1、节点启动数据传输；

A2、经由载波信道传输；

A3、数据是否传输成功；

A4、数据传输成功，中心节点启动数据传输；

A5、启动无线信道进行数据传输。

在实际的应用场景中，中心节点位于地下室，无线信号差，无线网络存在覆盖低的问题，无线信道无法正常通信；当从节点离中心台区较远时，载波线上串扰存在的情况下，载波信道亦存在通信问题。如图2所示，中心节点0与从节点1、从节点2、从节点3、从节点4均可通过载波通信，但是从节点5由于线路问题无法通过载波通信与从节点4进行通信，但是从节点4与从节点5可通过无线信道进行通信。这种情况下，现有的双树型网络无论是载波信道还是无线信道均无法实现数据从中心节点0与从节点5之间的通信。因而在无线信道覆盖不全的情况或在载波信道覆盖不全的情况下，存在无线或载波的孤岛节点，从而阻断了中心节点与从节点间的数据传输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法，以解决现有技术存在的在无线信道覆盖不全的情况或在载波信道覆盖不全的情况下，中心节点与从节点之间无法有效进行数据传输的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法，包括如下步骤：

S1、初始化设置；

S2、分别获取从节点的邻居节点的载波信道信息与无线信道信息；

S3、将获取的所述载波信道信息、无线信道信息汇聚成所述从节点的所述邻居节点的双信道信息；

S4、根据所述双信道信息识别孤岛节点，并根据识别的所述孤岛节点的所述双信道信息选择中继节点；

S5、所述孤岛节点通过选择的所述中继节点进行通信；

步骤S2包括如下步骤：

S21、中心节点发送特征信标，获取所述从节点的所述邻居节点的信道信息；

S22a、所述从节点通过所述载波信道转发所述特征信标；

S23a、转发是否完成，若是，执行步骤S24a；否则，返回步骤S22a；

S24a、所述从节点获取其邻居节点的所述载波信道信息，传输至所述中心节点；

步骤S2包括如下步骤：

S21、中心节点发送特征信标，获取所述从节点的所述邻居节点的信道信息；

S22b、所述从节点通过所述无线信道转发所述特征信标；

S23b、转发是否完成，若是，执行步骤S24b；否则，返回步骤S22b；

S24b、所述从节点获取其邻居节点的所述无线信道信息，传输至所述中心节点。

进一步地，步骤S21中，所述中心节点发送所述特征信标的时间为树形网络组网时间。

进一步地，步骤S21中，所述中心节点发送所述特征信标的方式为广播方式。

进一步地，步骤S4包括如下步骤：

S41、所述从节点是否有所述双信道信息，如有，执行步骤S42；否则，返回步骤S2；

S42、所述邻居节点的所述双信道信息是否有所述载波信道信息，若有，执行步骤S43；否则，执行步骤S44；

S43、按照载波信道择优标准选择所述中继节点；

S44、按照无线信道择优标准选择所述中继节点。

进一步地，所述邻居节点的载波信道信息包括邻居节点编号、载波信道层级、载波信道场强大小；所述邻居节点的无线信道信息包括邻居节点编号、无线信道层级、无线信道场强大小。

进一步地，所述从节点为多个；所述从节点的所述邻居节点为多个。

进一步地，步骤S43包括如下步骤：

S431、从所述载波信道信息中的提取所述邻居节点的所述载波信道层级、载波信道场强大小；

S432、将同属于最低层级编号的所述邻居节点提取出来；

S433、将提取出来的所述邻居节点按照所述载波信道场强大小排序，选择所述载波信道场强最强的所述邻居节点作为所述中继节点。

进一步地，步骤S44包括如下步骤：

S441、从所述无线信道信息中提取所述邻居节点的所述无线信道层级、无线信道场强大小；

S432、将同属于最低层级编号的所述邻居节点提取出来；

S433、将提取出来的所述邻居节点按照所述无线信道场强大小排序，选择所述无线信道场强大小最强的所述邻居节点作为所述中继节点。

实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本发明基于载波和无线的通信特点，在组网阶段，分别获取各个从节点的载波邻居信息和无线邻居信息，从而及时的发现无线或载波的孤岛节点；在进行数据传输时，根据孤岛节点与邻近节点的载波或无线关联信息，在无线信道覆盖不全的情况，将信息通过载波信道进行传输；在载波信道覆盖不全的情况下，将信息通过无线信道进行传输。形成双信道混合的树形网络，从而有效实现中心节点与从节点的数据传输。本发明在无线信号差及载波通信异常时，能快速实现无线与载波的转换，有效提升网络通信效率，而且能适应复杂的应用场强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是现有技术的双模通信机制流程图；

图2是一种现有的应用场景；

图3是本发明的一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法的流程图；

图4是本发明的一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法的步骤S2更为详细方法的流程图；

图5是本发明的一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法的步骤S4更为详细方法的流程图；

图6是本发明的一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法的步骤S43更为详细的可选方法的流程图；

图7是本发明的一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法的步骤S44更为详细的可选方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“多个”的含义是两个或两个以上；术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图3-7所示，一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法，包括如下步骤：

S1、初始化设置，包括设置特征信标以及设置特征信标的通信规则。具体地，特征信标用于中心节点获取多个从节点的多个邻居节点的双信道信息。在树形网络通信中，一般由中心节点和多个从节点构成，与某一从节点之间关联的其他从节点便构成邻居节点。此步骤为特征信标设置信标帧，包括设置信标表头结构，以及邻居节点的编号、载波信道场强、载波信道在树形网络中的层级、无线信道场强、无线信道在树形网络中的层级等对应的存储结构及其空间属性，此根据不同的树形网络而定，在此不做赘述。特征信标的通信规则包括发送特征信标的时间、发送特征信标的方式，即发送特征信标的时间为中心节点的组网时间；发送特征信标的方式为广播方式。

S2、分别获取从节点的邻居节点的载波信息与无线信息。此步骤用于建立树形网络中所有节点之间的连接关系，相连接的各点之间互为邻居关系，因此，在该双信道树形网络中，每一个节点均有邻居节点的双信道信息。该步骤进一步细化为如下步骤：

S21、中心节点发送特征信标，获取从节点的邻居节点的信道信息。具体地，中心节点通过在本树形网络的组网时间发起特征信标，以广播通知方式收集从节点的周围邻居节点的无线和载波通道信息。进一步地，邻居节点的载波信道信息包括邻居节点编号、载波信道层级、载波信道场强大小；邻居节点的无线信道信息包括邻居节点编号、无线信道层级、无线信道场强大小。需说明的是，从节点收到特征信标后，通过载波信道和无线信道同时转发该信标，转发需要一定的时间才能转发完成，转发完成才能获取双通道信息，因此需要在转发是否完成做一个判断，具体步骤如下：

S22a、从节点通过载波信道转发特征信标；

S23a、转发是否完成，若是，执行步骤S24a；否则，返回步骤S22a；

S24a、从节点获取其邻居节点的载波信道信息，传输至中心节点。

步骤S22a、S23a以及S24a的并行步骤如下：

S22b、从节点通过无线信道转发特征信标；

S23b、转发是否完成，若是，执行步骤S24b；否则，返回步骤S22b；

S24b、从节点获取其邻居节点的无线信道信息，传输至中心节点。

S3、将获取的载波信息、无线信息汇聚成从节点的邻居节点的双信道信息。该步骤将树形网络中的各个节点之间相互连接的节点的载波信道信息、无线信道信息汇总在一个统一的表结构中，即双信道信息，便于中心节点查询与提取。

S4、根据双信道信息识别孤岛节点，并根据识别的孤岛节点的双信道信息选择中继节点。此步骤用于中心节点与从节点之间建立通畅的数据传输路径，能够及时识别出树形网络中的无线或载波的孤岛节点，并根据该孤岛节点的邻居节点的双信道信息，选取最优的数据通信中继节点，进而实现在无线信道覆盖不全的情况，将信息通过载波信道进行传输；在载波信道覆盖不全的情况下，将信息通过无线信道进行传输。具体地，中心节点进一步执行如下步骤：

S41、从节点是否有双信道信息，如有，执行步骤S42；否则，返回步骤S2；

S42、邻居节点的双信道信息是否有载波信道信息，若有，执行步骤S43；否则，执行步骤S44；

S43、按照载波信道择优标准选择中继节点。具体地，该步骤包括如下步骤：

S431、从载波信道信息中的提取邻居节点的载波信道层级、载波信道场强大小；

S432、将同属于最低层级编号的邻居节点提取出来。该步骤中，最低层级指该邻居节点的编号数值大小。如一种定义方式为：离中心节点越远，其编号数值越大，其层级越低，属于同一层级的其编号一致。提取方式，可以将邻居节点的编号按照数值大小进行升序或降序排序，将编号相同，且排在最后面的所有邻居节点提取出来即可(升序)；将编号相同，且排在最前面的所有邻居节点提取出来即可(降序)；

S433、将提取出来的邻居节点按照载波信道场强大小排序，选择载波信道场强最强的邻居节点作为中继节点。信道场强大小采用现有技术中通用或常用的表示方法即可应用于本实施例；

S44、按照无线信道择优标准选择中继节点。具体地，该步骤包括如下步骤：

S441、从无线信道信息中提取邻居节点的无线信道层级、无线信道场强大小；

S432、将同属于最低层级编号的邻居节点提取出来；该步骤中，最低层级指该邻居节点的编号数值大小。如一种定义方式为：离中心节点越远，其编号数值越大，其层级越低，属于同一层级的其编号一致。提取方式，可以将邻居节点的编号按照数值大小进行升序或降序排序，将编号相同，且排在最后面的所有邻居节点提取出来即可(升序)；将编号相同，且排在最前面的所有邻居节点提取出来即可(降序)；

S433、将提取出来的邻居节点按照无线信道场强大小排序，选择无线信道场强大小最强的邻居节点作为中继节点。信道场强大小采用现有技术中通用或常用的表示方法即可应用于本实施例；

S5、孤岛节点通过选择的中继节点进行通信。

终上所述，本发明可以解决双模通信模块大规模应用网络覆盖不全的问题，可以有效规避因在地下室环境无线信号差的问题，亦可解决因电力线串扰严重的问题造成载波通信异常的问题。通过运用基于双信道混合复用的树形网络通信机制，在地下室环境时，数据主要通过载波信道进行传输，在电力线串扰严重地面环境时，数据主要通过无线信道进行传输。因此，本方法能够适应复杂的应用场景，在无线信号差及载波通信异常时，能快速实现无线与载波的转换，有效提升网络通信效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、初始化设置；

S2、分别获取从节点的邻居节点的载波信道信息与无线信道信息；

S3、将获取的所述载波信道信息、无线信道信息汇聚成所述从节点的所述邻居节点的双信道信息；

S4、根据所述双信道信息识别孤岛节点，并根据识别的所述孤岛节点的所述双信道信息选择中继节点；

S5、所述孤岛节点通过选择的所述中继节点进行通信；

步骤S2包括如下步骤：

S21、中心节点发送特征信标，获取所述从节点的所述邻居节点的信道信息；

S22a、所述从节点通过所述载波信道转发所述特征信标；

S23a、转发是否完成，若是，执行步骤S24a；否则，返回步骤S22a；

S24a、所述从节点获取其邻居节点的所述载波信道信息，传输至所述中心节点；

步骤S2包括如下步骤：

S21、中心节点发送特征信标，获取所述从节点的所述邻居节点的信道信息；

S22b、所述从节点通过所述无线信道转发所述特征信标；

S23b、转发是否完成，若是，执行步骤S24b；否则，返回步骤S22b；

S24b、所述从节点获取其邻居节点的所述无线信道信息，传输至所述中心节点。

2.根据权利要求1所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，步骤S21中，所述中心节点发送所述特征信标的时间为树形网络组网时间。

3.根据权利要求1所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，步骤S21中，所述中心节点发送所述特征信标的方式为广播方式。

4.根据权利要求1所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，步骤S4包括如下步骤：

S41、所述从节点是否有所述双信道信息，如有，执行步骤S42；否则，返回步骤S2；

S42、所述邻居节点的所述双信道信息是否有所述载波信道信息，若有，执行步骤S43；否则，执行步骤S44；

S43、按照载波信道择优标准选择所述中继节点；

S44、按照无线信道择优标准选择所述中继节点。

5.根据权利要求4所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，所述邻居节点的载波信道信息包括邻居节点编号、载波信道层级、载波信道场强大小；

所述邻居节点的无线信道信息包括邻居节点编号、无线信道层级、无线信道场强大小。

6.根据权利要求5所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，所述从节点为多个；

所述从节点的所述邻居节点为多个。

7.根据权利要求5所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，步骤S43包括如下步骤：

S431、从所述载波信道信息中的提取所述邻居节点的所述载波信道层级、载波信道场强大小；

S432、将同属于最低层级编号的所述邻居节点提取出来；

S433、将提取出来的所述邻居节点按照所述载波信道场强大小排序，选择所述载波信道场强最强的所述邻居节点作为所述中继节点。

8.根据权利要求5所述的基于双信道混合复用的树形网络通信方法，其特征在于，步骤S44包括如下步骤：

S441、从所述无线信道信息中提取所述邻居节点的所述无线信道层级、无线信道场强大小；

S432、将同属于最低层级编号的所述邻居节点提取出来；

S433、将提取出来的所述邻居节点按照所述无线信道场强大小排序，选择所述无线信道场强大小最强的所述邻居节点作为所述中继节点。

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