CN113438656A - 基于电力线和无线的双模多频组网方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电力线和无线的双模多频组网方法及系统，涉及通信工程技术领域，解决了多频与双模组网没有结合而使网络通信受单频时隙资源制约的技术问题，其技术方案要点是通过次级主站的灵活部署，结合双模通信的优势，在不增加上级网络负荷的情况下就增强了网络覆盖；根据实际的通信效果，可以通过配置或自动切换便捷地切换到合适的频段上，避开噪声的频率选择影响。

Description

基于电力线和无线的双模多频组网方法及系统
技术领域
本申请涉及通信工程技术领域，尤其涉及一种基于电力线和无线的双模多频组网方法及系统。
背景技术
在传统的单频电力线载波通信网络中，组网规模扩大需要多级的代理中继节点，由于多级中继引入更高的时延以及占用更多的TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址接入）时隙，另外更多的网络站点在CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波监听多址接入）时隙上竞争发送引入更多的冲突拥塞和信道利用率下降，这些因素反过来对组网规模有很大的限制。另外单频电力线载波通信上的噪声分布和信道衰减具有频率选择性，可能在某些地理位置上无法正常通信。
电力线和无线双模载波通信技术出现后，虽然无线通信能够解决部分区域因为频率选择因素无法接入电力线载波的孤岛问题，但是网络拓扑仍然是与传统的电力线载波通信统一的，即站点间的通信链路选择是二选一的，要么选择电力线载波，要么选择无线，仍然是CCO（Central Coordinator，主站）统一规划电力线无线的TDMA、CSMA时隙。即便是增加了无线通信链路能够在一定程度上缓解电力线CSMA时隙的拥塞，当组网规模扩大到一定程度后还是会受到前述因素的制约。
发明内容
本申请提供了一种基于电力线和无线的双模多频组网方法及系统，其技术目的是将多频与双模组网结合起来，使得网络通信将不再受单频时隙资源的制约，并根据实际情况更加灵活地选择最佳频段避免噪声频率选择效应，提高通信网络的可靠性和稳定性。同时，也可以容纳更多的中继站点，提高组网规模，扩大网络覆盖范围。
本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于电力线和无线的双模多频组网方法，包括：
S1：主站支持电力线和无线双模通信，对主站进行初始化，确定主站的网络ID、电力线工作频段F1和无线信道C1；
S2：第一叶子从站加入主站的主网络后，在第一叶子从站的下一级通过无线路由接入至少一个第一次级主站，所述第一次级主站通过无线信道C1完成与主站间的入网；其中，第一叶子从站包括第一中继站点；
S3：第一次级主站入网后，对第一次级主站进行初始化，确定第一次级主站的电力线工作频段F2和无线信道C2，第一次级主站的网络ID与主站的网络ID相同；
S4：根据步骤S2和步骤S3，在第二叶子从站加入第一次级主站的第一次级网络后，在第二叶子从站的下一级通过无线路由接入至少一个第二次级主站，所述第二次级主站通过无线信道C2完成与第一次级主站间的入网；第二次级主站入网后，对第二次级主站进行初始化，确定第二次级主站的电力线工作频段F3和无线信道C3，第二次级主站的网络ID与第一次级主站的网络ID相同；依次类推，实现多级网络的扩展，完成双模多频组网；其中，第二叶子从站包括第二中继站点。
一种基于电力线和无线的双模多频组网系统，包括：
主站，支持电力线和无线双模通信，初始化后，确定网络ID、电力线工作频段F1和无线信道C1；
第一叶子从站，加入到主站的主网络后，在下一级通过无线路由接入至少一个第一次级主站，所述第一次级主站通过无线信道C1完成与主站间的入网；其中，第一叶子从站包括第一中继站点；
至少一个第一次级主站，初始化后，确定电力线工作频段F2和无线信道C2，且网络ID与主站的网络ID相同；
第二叶子从站，加入到第一次级主站的第一次级网络后，在下一级通过无线路由接入至少一个第二次级主站，所述第二次级主站通过无线信道C2完成与第一次级主站间的入网；其中，第二叶子从站包括第二中继站点；
至少一个第二次级主站，初始化后，确定电力线工作频段F3和无线信道C3，且网络ID与第一次级主站的网络ID相同。
上述第一中继站点泛指主网络上的全部中继站点，第二中继站点则泛指第一次级网络上的全部中继站点。
本申请的有益效果在于：
（1）本申请兼容目前国家电网的双模规范要求，不需要对现有网络拓扑和报文结构以及设备、芯片做大的修改升级就可以实现网络规模的扩展。
（2）通过次级主站的灵活部署，结合双模通信的优势，在不增加上级网络负荷的情况下就增强了网络覆盖；根据实际的通信效果，可以通过配置或自动切换便捷地切换到合适的频段上，避开噪声的频率选择影响。
（3）扩展性好，只要应用时延允许，理论上网络规模可以无限扩展。
（4）各级网络自主管理（如白名单管理），各级系统又紧密关联，降低了主站管理负担，也提高了网络的容灾鲁棒能力，任何一级次级网络异常（同频干扰除外）不会影响全网通信。
（5）对网络覆盖范围的提升可以进一步增强电力线无线双模通信技术的竞争力，适用更多的应用场景。
附图说明
图1为本申请所述多频组网方法的流程图；
图2为本申请所述多频组网系统的网络拓扑图；
图3为现有技术中双模时隙调度的示意图；
图4为次级主站工作的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。
图1为本申请所述多频组网方法的流程图，如图1所示，基于电力线和无线的双模多频组网方法包括：
步骤S1：主站支持电力线和无线双模通信，对主站进行初始化，确定主站的网络ID、电力线工作频段F1和无线信道C1。
具体地，主站对电力线和无线的信标时隙进行规划（图3即为双模时隙调度的示意图），并在电力线工作频段F1和无线信道C1上分别发送电力线标准信标和无线标准信标。
第一叶子从站对电力线工作频段F1和无线信道C1进行监听，在已接收信标的电力线工作频段F1或无线信道C1上发起入网请求。
主站接受入网请求后，向第一叶子从站发送入网确认消息；然后主站重新对电力线和无线的信标时隙进行规划，并给已入网的第一叶子从站分配信标时隙。
第一叶子从站与主站建立通信后，根据新规划的信标时隙转发主站的信标。
进一步地，若有新的站点收到第一叶子从站上转发的信标，并根据该转发信标向主站发送入网请求，则已入网的第一叶子从站自动升级为中继站点，并进行主站与下一级从站之间的消息转发。中继站点转发下一级叶子从站的入网请求，直至发送给主站；主站接受入网请求，把入网确认消息经过各级中继站点最终发送给最后一级叶子从站。
步骤S2：第一叶子从站加入主站的主网络后，在第一叶子从站的下一级通过无线路由接入至少一个第一次级主站，所述第一次级主站通过无线信道C1完成与主站间的入网。
这里，第一叶子从站可以是从站，也可以是一个中继站点，也就是说可以在从站的下一级通过无线路由接入次级主站，也可以在中继站点的下一级通过无线路由接入次级主站。
通过无线路由接入次级主站主要是因为无线路由的频点较多，也可以通过电力线接入次级主站，但电力线的频点没有无线路由频点多，因此不是主要选择。以下次级主站的接入皆是如此。
具体地，选择电力线和无线的通信质量都比较好的第一叶子从站，再在该第一叶子从站的下一级接入第一次级主站时，以下如是。
步骤S3：第一次级主站入网后，对第一次级主站进行初始化，确定第一次级主站的电力线工作频段F2和无线信道C2，第一次级主站的网络ID与主站的网路ID相同。
具体地，第一次级主站独立对第一次级网络的电力线和无线的信标时隙进行规划，并在电力线工作频段F2和无线信道C2上分别发送电力线标准信标和无线标准信标。
第二叶子从站对电力线工作频段F2和无线信道C2进行监听，在已接收信标的电力线工作频段F2或无线信道C2上发起入网请求。
第一次级主站接受入网请求后，向第二叶子从站发送入网确认消息；然后第一次级主站重新对电力线和无线的信标时隙进行规划，并给已入网的第二叶子从站分配信标时隙。
第二叶子从站与第一次级主站建立通信后，根据新规划的信标时隙转发第一次级主站的信标。图4即为次级主站工作的流程图。
进一步地，若有新的站点收到第二叶子从站上转发的信标，并根据该转发信标向第一次级主站发送入网请求，则已入网的第二叶子从站自动升级为中继站点，并进行第一次级主站与下一级叶子从站之间的消息转发。中继站点转发下一级叶子从站的入网请求，直至发送给第一次级主站；第一次级主站接受入网请求，把入网确认消息经过各级中继站点最终发送给最后一级叶子从站。
步骤S4：根据步骤S2和步骤S3，在第二叶子从站加入第一次级主站的第一次级网络后，在第二叶子从站的下一级通过无线路由接入至少一个第二次级主站，所述第二次级主站通过无线信道C2完成与第一次级主站间的入网；第二次级主站入网后，对第二次级主站进行初始化，确定第二次级主站的电力线工作频段F3和无线信道C3，第二次级主站的网络ID与第一次级主站的网路ID相同；依次类推，实现多级网络的扩展，完成双模多频组网。
具体地，第二次级主站独立对第一次级网络的电力线和无线的信标时隙进行规划，并在电力线工作频段F3和无线信道C3上分别发送电力线标准信标和无线标准信标。
第三叶子从站对电力线工作频段F3和无线信道C3进行监听，在已接收信标的电力线工作频段F3或无线信道C3上发起入网请求。
第二次级主站接受入网请求后，向第三叶子从站发送入网确认消息；然后第二次级主站重新对电力线和无线的信标时隙进行规划，并给已入网的第三叶子从站分配信标时隙。
第三叶子从站与第二次级主站建立通信后，根据新规划的信标时隙转发第二次级主站的信标。
进一步地，若有新的站点收到第三叶子从站上转发的信标，并根据该转发信标向第二次级主站发送入网请求，则已入网的第三叶子从站自动升级为中继站点，并进行第二次级主站与下一级叶子从站之间的消息转发。中继站点转发下一级叶子从站的入网请求，直至发送给第二次级主站；第二次级主站接受入网请求，把入网确认消息经过各级中继站点最终发送给最后一级叶子从站。
综上，第一次级主站为主站的次级主站，第二次级主站为第一次级主站的次级主站，以此类推，若需要再对组网进行扩展，次级主站可以继续组建下一级次级主站。同时，主站可以有多个第一次级主站，第一次级主站同样也可以有多个第二次级主站。通过次级主站的灵活部署，结合双模通信的优势，在不增加上级网络负荷的情况下就增强了网络覆盖。每个主站都包括多个叶子从站、中继站点及次级主站。
作为具体实施例地，如果对次级主站多频通信要求较高的话，可以要求次级主站同时在多个频段进行工作（相对于普通站点只需支持一个电力线工作频段和一个无线工作频率而言，这里的次级主站需要硬件扩展支持多天线多频段双工收发能力）。例如，第一次级主站的工作频段包括电力线工作频段F1、F2和无线信道C1、C2；第二次级主站的工作频段包括电力线工作频段F2、F3和无线信道C2、C3。
作为具体实施例地，当对次级主站不做扩展要求时，在进行网络扩展时，第一次级主站与主站间通过无线信道C1进行通信，与第一次级网络的其他站点通过电力线工作频段F2通信；或第一次级主站与主站间通过电力线工作频段F1通信进行通信，与第一次级网络的其他站点通过无线信道C2通信。第一次级网络中的中继站点则同时支持在电力线工作频段F2和无线信道C2上转发报文。
同理，第二次级主站与第一次级主站间通过无线信道C2进行通信，与第二次级网络的其他站点通过电力线工作频段F3通信；或第二次级主站与第一次级主站间通过电力线工作频段F2通信进行通信，与第二次级网络的其他站点通过无线信道C3通信。第二次级网络中的中继站点则同时支持在电力线工作频段F3和无线信道C3上转发报文。
图2为本申请所述多频组网系统的网络拓扑图，该系统包括主站、第一叶子从站、至少一个第一次级主站、第二叶子从站和至少一个第二次级主站。每个主站还包括中继站点。
主站（CCO）负责对主网络上的中继站点、从站进行管理；从站（STA，Station）负责叶子数据采集和与上级站点通信；中继站点（PCO，Proxy Coordinator）负责上级站点与下级站点之间的报文转发。
次级主站（SCCO，Secondary Central Coordinator）负责建立次级网络与主网络之间的桥接，并完成对次级网络上中继站点、从站的管理。从负载均衡角度，次级主站SCCO可以完成次级网络信息收集功能，避免实时的转发造成主网络上的负载过大造成信道效率下降。
以上为本申请示范性实施例，本申请的保护范围由权利要求书及其等效物限定。

Claims (5)

1.一种基于电力线和无线的双模多频组网方法，其特征在于，包括：
S1：主站支持电力线和无线双模通信，对主站进行初始化，确定主站的网络ID、电力线工作频段F1和无线信道C1；
S2：第一叶子从站加入主站的主网络后，在第一叶子从站的下一级通过无线路由接入至少一个第一次级主站，所述第一次级主站通过无线信道C1完成与主站间的入网；其中，第一叶子从站包括第一中继站点；
S3：第一次级主站入网后，对第一次级主站进行初始化，确定第一次级主站的电力线工作频段F2和无线信道C2，第一次级主站的网络ID与主站的网络ID相同；
S4：根据步骤S2和步骤S3，在第二叶子从站加入第一次级主站的第一次级网络后，在第二叶子从站的下一级通过无线路由接入至少一个第二次级主站，所述第二次级主站通过无线信道C2完成与第一次级主站间的入网；第二次级主站入网后，对第二次级主站进行初始化，确定第二次级主站的电力线工作频段F3和无线信道C3，第二次级主站的网络ID与第一次级主站的网络ID相同；依次类推，实现多级网络的扩展，完成双模多频组网；其中，第二叶子从站包括第二中继站点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次级主站的工作频段还包括电力线工作频段F1和无线信道C1；
所述第二次级主站的工作频段还包括电力线工作频段F2和无线信道C2。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一次级主站与所述主站间通过无线信道C1进行通信，与第一次级网络的其他站点通过电力线工作频段F2通信；或
所述第一次级主站与所述主站间通过电力线工作频段F1通信进行通信，与第一次级网络的其他站点通过无线信道C2通信；
第一次级网络中的中继站点则同时支持在电力线工作频段F2和无线信道C2上转发报文。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二次级主站与所述第一次级主站间通过无线信道C2进行通信，与第二次级网络的其他站点通过电力线工作频段F3通信；或
所述第二次级主站与所述第一次级主站间通过电力线工作频段F2通信进行通信，与第二次级网络的其他站点通过无线信道C3通信；
第二次级网络中的中继站点则同时支持在电力线工作频段F3和无线信道C3上转发报文。
5.一种基于电力线和无线的双模多频组网系统，其特征在于，包括：
主站，支持电力线和无线双模通信，初始化后，确定网络ID、电力线工作频段F1和无线信道C1；
第一叶子从站，加入到主站的主网络后，在下一级通过无线路由接入至少一个第一次级主站，所述第一次级主站通过无线信道C1完成与主站间的入网；其中，第一叶子从站包括第一中继站点；
至少一个第一次级主站，初始化后，确定电力线工作频段F2和无线信道C2，且网络ID与主站的网络ID相同；
第二叶子从站，加入到第一次级主站的第一次级网络后，在下一级通过无线路由接入至少一个第二次级主站，所述第二次级主站通过无线信道C2完成与第一次级主站间的入网；其中，第二叶子从站包括第二中继站点；
至少一个第二次级主站，初始化后，确定电力线工作频段F3和无线信道C3，且网络ID与第一次级主站的网络ID相同。
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