CN114124600B - 一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统及其应用方法，系统包括电力线宽带载波模块，所述电力线宽带载波模块的电网业务接口连接低压电力线载波通讯网络，所述电力线宽带载波模块的家庭业务接口连接家庭网络，所述低压电力线载波通讯网络包括中央协调器和多个设备节点，所述设备节点均连接到中央协调器和电力线宽带载波模块，所述家庭网络包括多个家庭节点，所述家庭节点均连接到电力线宽带载波模块。本发明移除各个家庭物联网的中央协调器，使用低压电力线载波通信抄表系统中的接到各家各户的设备节点也就是本发明模块作为家庭网络的网络控制器。减少家庭网络占用通讯时隙，减少家庭网络内的网络维护报文。

Description

一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统及其应用方法

技术领域

本发明属于通讯领域，具体是一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统及其应用方法。

背景技术

现有方案是使用与低压电力线载波通信抄表系统一样采用一个中央协调器外加多个设备站点组成通讯控制网络，设备站点服从中央协调器安排的通讯交互时隙，多个中央协调器互相间协商各自网络占用的非竞争时隙。因此需要在每家每户中需要安装一个中央协调器。各户的中央协调器需要与低压电力线载波通信系统的中央协调器互相协调交错占用通讯时间。现有技术方案，多个中央协调器交错占用通讯方式时会造成没占用到中央协调器网络的设备节点通讯延时，随中央协调器的数目增加延时越明显。由于使用该方式组成的家庭小物联网络会影响电网的低压电力线载波通信抄表系统的通讯效率，如其基本的抄表业务使用时间及组网时间。其中由于各个网络需协调各自的网络维护任务使同一时间段中可用的应用报文通讯时间比例减少；设备节点在组网阶段需要遍历周围网络尝试向其加入网络，当周围网络较多时各个网络的节点加入正确所属的网络的时间会加长。

发明内容

本发明的目的是提供一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统及其应用方法，精简的网络维护模式，直接公告与标准频率的通讯频偏值，不需要高频的数据帧测量频偏，不需要强行抢占通讯时隙，通过竞争机制主动避退低压电力线载波通讯网络数据帧。

本发明的技术方案：

一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统，包括电力线宽带载波模块，所述电力线宽带载波模块的电网业务接口连接低压电力线载波通讯网络，所述电力线宽带载波模块的家庭业务接口连接家庭网络，所述低压电力线载波通讯网络包括中央协调器和多个设备节点，所述设备节点均连接到中央协调器和电力线宽带载波模块，所述家庭网络包括多个家庭节点，所述家庭节点均连接到电力线宽带载波模块。

一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，包括家庭组网、家庭网络信息帧转发、节点在线帧发起及转发、判断节点离线、应用报文转发。

所述家庭组网的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关向家庭网络的中间转发节点发送新增家庭节点地址帧的网络信息帧；

中间转发节点将新增家庭节点地址帧的网络信息帧发送给新增家庭节点；

新增家庭节点标记节点入网并更新网络信息；

新增家庭节点发送节点在线帧给家庭网络的中间转发节点；

家庭网络的中间转发节点执行延时发送节点在线帧，并将汇集完的节点在线帧发送给家庭网关；

家庭网关记录新增家庭节点入网完成。

所述家庭网络信息帧转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关将新的网络信息帧发送给家庭节点；

家庭节点更新自身网络参数并转发网络信息帧到家庭网关；

家庭网关将旧的网络信息帧发送给家庭节点，家庭节点过滤不执行动作。

所述节点在线帧发起及转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关将带有新的入网节点A的节点在线帧发送给家庭节点；

家庭节点接收到带有新的入网节点A的节点在线帧后延时发送带有新的入网节点A的节点在线帧；

家庭网关将带有新的入网节点B的节点在线帧发送给家庭节点；

家庭节点接收到带有新的入网节点B的节点在线帧，延后准备发送时刻，延时到期后向家庭网关发送节点在线帧；

上述步骤依次循环，完成节点在线帧发起及转发。

所述判断节点离线的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭节点向家庭网关发送节点在线帧；

家庭网关更新家庭节点在线，家庭网关向家庭节点发送网络信息帧1，家庭节点无响应；

家庭网关向家庭节点发送网络信息帧2，家庭节点无响应，家庭网关向家庭节点发送网络信息帧3，家庭节点无响应；

家庭网关判断家庭节点离线。

所述应用报文转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关向家庭节点发送新应用报文；

家庭节点判断应用报文的目的节点是否为本节点，若是则执行应用报文，若不是则不执行操作并将应用报文转发给家庭网关。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明移除各个家庭物联网的中央协调器，使用低压电力线载波通信抄表系统中的接到各家各户的设备节点也就是本发明模块作为家庭网络的网络控制器。减少家庭网络占用通讯时隙，减少家庭网络内的网络维护报文，在没有低压电力线载波通信抄表系统的中央协调器时也能够自行组建维持家庭物联网，模块同时支持低压电力线载波通信抄表系统中子节点角色也可以作为家庭网络的网关。

附图说明

图1是本发明系统整体结构示意图。

图2是本发明家庭组网流程图。

图3是本发明家庭网络信息帧转发流程图。

图4是本发明节点在线帧发起及转发流程图。

图5是本发明判断节点离线流程图。

图6是本发明应用报文转发流程图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图6，本发明提供一种技术方案：

如图1所示，一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统，包括电力线宽带载波模块，所述电力线宽带载波模块的电网业务接口连接低压电力线载波通讯网络，所述电力线宽带载波模块的家庭业务接口连接家庭网络，所述低压电力线载波通讯网络包括中央协调器和多个设备节点，所述设备节点均连接到中央协调器和电力线宽带载波模块，所述家庭网络包括多个家庭节点，所述家庭节点均连接到电力线宽带载波模块。

一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，包括家庭组网、家庭网络信息帧转发、节点在线帧发起及转发、判断节点离线、应用报文转发。

如图2，所述家庭组网的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关向家庭网络的中间转发节点发送新增家庭节点地址帧的网络信息帧；

中间转发节点将新增家庭节点地址帧的网络信息帧发送给新增家庭节点；

新增家庭节点标记节点入网并更新网络信息；

新增家庭节点发送节点在线帧给家庭网络的中间转发节点；

家庭网络的中间转发节点执行延时发送节点在线帧，并将汇集完的节点在线帧发送给家庭网关；

家庭网关记录新增家庭节点入网完成。

如图3，所述家庭网络信息帧转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关将新的网络信息帧发送给家庭节点；

家庭节点更新自身网络参数并转发网络信息帧到家庭网关；

家庭网关将旧的网络信息帧发送给家庭节点，家庭节点过滤不执行动作。

如图4，所述节点在线帧发起及转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关将带有新的入网节点A的节点在线帧发送给家庭节点；

家庭节点接收到带有新的入网节点A的节点在线帧后延时发送带有新的入网节点A的节点在线帧；

家庭网关将带有新的入网节点B的节点在线帧发送给家庭节点；

家庭节点接收到带有新的入网节点B的节点在线帧，延后准备发送时刻，延时到期后向家庭网关发送节点在线帧；

上述步骤依次循环，完成节点在线帧发起及转发。

如图5，所述判断节点离线的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭节点向家庭网关发送节点在线帧；

家庭网关更新家庭节点在线，家庭网关向家庭节点发送网络信息帧1，家庭节点无响应；

家庭网关向家庭节点发送网络信息帧2，家庭节点无响应，家庭网关向家庭节点发送网络信息帧3，家庭节点无响应；

家庭网关判断家庭节点离线。

如图6，所述应用报文转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关向家庭节点发送新应用报文；

家庭节点判断应用报文的目的节点是否为本节点，若是则执行应用报文，若不是则不执行操作并将应用报文转发给家庭网关。

支持家庭子网的电力线宽带载波模块即为家庭网络的网关，下面描述为家庭网关。

1.家庭网关与低压电力线载波通讯网络交互时遵循其网络的时隙安排，与家庭网络节点通讯时使用全竞争时隙进行收发，数据发送优先级弱与低压电力线载波通讯网络的信标优先级，家庭节点与家庭网关不需要周期指挥安排家庭网络时隙。

2.家庭网关低频的周期发布本节点家庭网络的网络信息帧。网络信息帧中包含家庭网络编号、网络频偏值、频段信息值、网络信息帧计划发送周期及节点在线帧发送延时，家庭节点收到所属的家庭网络帧后更新自己频偏同步到网络并转发，使网络信息传递到整个家庭网络，通过网络信息帧序号判断放置重复转发。

3.家庭节点会发送节点在线帧告知周围节点本节点在线及本节点收到的邻居节点的在线信息，在线信息中包含收到的邻居在线帧的发送编号。本节点当前收到的邻居节点在线信息在下个节点在线帧中被发送。节点在线帧发送是被网络信息帧或者新增入网节点发送的节点在线帧触发的。节点在收到网络信息帧后延时其中携带的延时发送指令发送，节点收到新增入网节点发送的节点在线帧后会延时一段时间后发送，在此期间尝试汇集其他新增的节点，如果收到其他新的节点入网后会顺延发送延时。

4.家庭网关采用白名单模式，当发现当前网络需要增加入网节点时会在网络信息帧末尾增加待入网节点的MAC地址，当待入网节点比较多时每次发送的网络信息帧只携带部分的待入网MAC地址，按此方式循环发送直至白名单内所有节点入网。

游离的家庭节点接收各个家庭网络的网络信息帧，当发现收到的帧中包含本节点

MAC地址是向该网络发送节点在线帧，标记本节点入网。

5.家庭网络的节点连续3个周期没有收到任何包含某个节点信息的节点在线帧时，认为该节点离线，当家庭网关认为节点离线时则确认该节点在网络中离线。

6.家庭网络的节点收到应用数据帧后发现不是给自身节点时转发给周围节点直至转发至最终目的节点，通过应用数据帧中的帧序号判断防止重复转发，因此每个节点报文可以发送数据给网络中除自身外的任意节点。

本发明的一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统及其应用方法，精简的网络维护模式，直接公告与标准频率的通讯频偏值，不需要高频的数据帧测量频偏。不需要强行抢占通讯时隙，通过竞争机制主动避退低压电力线载波通讯网络数据帧。游离节点在入网前不会主动发起网络数据帧，应用数据帧的转发不依赖路由表控制。家庭网关即为低压电力线载波通讯网络中的子节点，建立家庭物联网是不需要单独设立网关。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，其特征在于，支持家庭子网的电力线宽带载波系统包括电力线宽带载波模块，所述电力线宽带载波模块的电网业务接口连接低压电力线载波通讯网络，所述电力线宽带载波模块的家庭业务接口连接家庭网络，所述低压电力线载波通讯网络包括中央协调器和多个设备节点，所述设备节点均连接到中央协调器和电力线宽带载波模块，所述家庭网络包括多个家庭节点，所述家庭节点均连接到电力线宽带载波模块,方法包括家庭组网、家庭网络信息帧转发、节点在线帧发起及转发、判断节点离线、应用报文转发；

所述家庭组网的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关向家庭网络的中间转发节点发送新增家庭节点地址帧的网络信息帧；

中间转发节点将新增家庭节点地址帧的网络信息帧发送给新增家庭节点；

新增家庭节点标记节点入网并更新网络信息；

新增家庭节点发送节点在线帧给家庭网络的中间转发节点；

家庭网络的中间转发节点执行延时发送节点在线帧，并将汇集完的节点在线帧发送给家庭网关；

家庭网关记录新增家庭节点入网完成。

2.根据权利要求1所述的一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，其特征在于，所述家庭网络信息帧转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关将新的网络信息帧发送给家庭节点；

家庭节点更新自身网络参数并转发网络信息帧到家庭网关；

家庭网关将旧的网络信息帧发送给家庭节点，家庭节点过滤不执行动作。

3.根据权利要求1所述的一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，其特征在于，所述节点在线帧发起及转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关将带有新的入网节点A的节点在线帧发送给家庭节点；

家庭节点接收到带有新的入网节点A的节点在线帧后延时发送带有新的入网节点A的节点在线帧；

家庭网关将带有新的入网节点B的节点在线帧发送给家庭节点；

家庭节点接收到带有新的入网节点B的节点在线帧，延后准备发送时刻，延时到期后向家庭网关发送节点在线帧；

上述步骤依次循环，完成节点在线帧发起及转发。

4.根据权利要求1所述的一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，其特征在于，所述判断节点离线的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭节点向家庭网关发送节点在线帧；

家庭网关更新家庭节点在线，家庭网关向家庭节点发送网络信息帧1，家庭节点无响应；

家庭网关向家庭节点发送网络信息帧2，家庭节点无响应，家庭网关向家庭节点发送网络信息帧3，家庭节点无响应；

家庭网关判断家庭节点离线。

5.根据权利要求1所述的一种支持家庭子网的电力线宽带载波系统的应用方法，其特征在于，所述应用报文转发的具体流程为：

电力线宽带载波模块作为家庭网关，家庭网关向家庭节点发送新应用报文；

家庭节点判断应用报文的目的节点是否为本节点，若是则执行应用报文，若不是则不执行操作并将应用报文转发给家庭网关。

Images