CN115225564A - 一种plc和无线的异构网络组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PLC和无线的异构网络组网方法，属于通信技术领域，当中央协调器周期性收到来自各个节点的邻居节点信息上报时，根据每个节点之间邻居节点的层级、SNR和信号强度，接收帧突发成功率，重新进行双模路由优化过程；定义双模路由关系表，每个节点都存在主路由和备选路由；每个节点根据搜索到的信标信息，优先选择靠近中央协调器节点作为父节点入网，并选择异模备选路由；节点侦测到有效的帧突发数据并进行接收；节点在转发数据包过程中，优先选择主路由进行传输，如果主路由传输失败，则采用备选路由进行传输，如果在备选路由上发送失败或是在一定时间内没有发送任何帧突发数据，则返回优先选择主路由进行帧突发数据传输。

Description

一种PLC和无线的异构网络组网方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种PLC和无线的异构网络组网方法。

背景技术

电力载波通信即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。其网络结构如图1所示。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CCO为中心、以代理协调器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，连接所有节点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。其中CCO，PCO和STA也统称为节点，如图1所示为典型的宽带载波通信网络的拓扑。

在宽带载波通信组网设备中：

CCO：中央协调器(Central Coordinator)，通信网络中的主节点角色，负责完成组网控制、网络维护管理等功能，其对应的设备实体为集中器本地通信单元；

PCO：代理协调器(Proxy Coordinator)，为中央协调器与站点或者站点与站点之间进行数据中继转发的站点，简称代理；

STA：站点(Station)，通信网络中的从节点角色，其对应的设备实体为通信单元，包括电能表通信单元、I型采集器通信单元或II型采集器。

宽带载波通信采用树形结构进行组网，其中节点到中央协调器的跳数称为组网级数，也称为层级，如图1中，节点STA1，STA2，STA3和PCO1成为一级节点，节点STA4，STA5和PCO2和PCO3称为二级节点，STA6，STA7，STA8和STA9称为三级节点。

为了便于描述，在宽带载波通信组网中，存在父节点和子节点，一个节点的父节点表示该节点上一级的链接节点，例如节点STA4，STA5和PCO2和PCO3的父节点是PCO1。一个节点的子节点表示该节点下一级的所有的链接节点，例如节点PCO1的子节点有STA4，STA5和PCO2和PCO3，以及STA6，STA7，STA8和STA9节点。

近年来PLC电力线载波通信得到了飞速的发展，逐步从小范围的室内场景延伸到了长距离、大范围的低压电力线场景，但是电力线载波通信所组成的网络中存在的传统电力空气开关和变压设备导致通信失败以及受大范围用电负载变化的影响导致通信链路不可靠的问题日益凸显，为了解决这些缺陷，在现有的电力线传输技术条件下增加了无线传输技术，目前电力线载波通信和无线通信的双模融合通信系统(亦称为：双模异构组网)已成为当下较为热门的研究问题之一。

目前现有的所谓的电力双模融合技术大多都仅仅是存在无线、有线两种独立组网机制，在数据发送之前进行通信技术的选择，在数据发送的过程中倘若并无意外发生则不会进行传输技术的变更，有意外比如信道堵塞发生，则跳转另一条网络，后续如有意外继续跳转网络，没有则一直保持在此网络直到目的节点。

这种组网方式并没有真正意义上的实现双模融合，若无意外通信失败情况发生，和以往有线或者无线的网络并无区别，未能将两个网络的优势融合在一起。并且即使发生了意外而进行了网络的切换，现有的双模融合可以使得在有线或者无线传输过程中发生意外可以切换至另一个，也无法保证切换前后的传输路由没有重复，无法保证整个传输路径为最短路径，仅仅是保证了传输的质量而已。

目前这种简单的组合方式，不能提高网络的通信性能，也不能缩短一轮整个电力抄表的时间。

发明内容

有鉴于此，为克服现有电力线和无线双模融合通信技术中存在不能充分将两个网络优势融合的问题，本发明提出一种电力线通信技术和无线通信技术有机融合的双模异构组网方法。其基本原理是电力双模融合系统在进行异构网络组网过程中可以同时使用电力线和无线两种通信方式进行路由分配，构建出电力线、无线相互融合交织的双模异构网络，使得每个节点与中央协议器传输所选择的路由均为最短路由；同时，在双模融合系统的使用过程中，根据实际情况进行周期性路由优化，逐步使每个节点到中央协调器之间的路由跳数变更为最短路由的异构网络。实现业务数据在传输过程中可以在电力线和无线两种传输技术之间自动切换，提高业务数据包的传输成功率与传输速率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种PLC和无线的异构网络组网方法，包括以下内容：

在中央协调器中完成路由优化，当中央协调器周期性收到来自各个节点的邻居节点信息上报时，根据每个节点之间邻居节点的层级、SNR和信号强度，接收帧突发成功率，重新进行双模路由优化过程；

在中央协调器中保存有整个网络的双模路由关系表；在代理协调器中保存有其父节点和各个子节点的双模路由关系表；在端节点保存有其父节点的双模路由关系信息表；所述双模路由关系表为双模异构网络路由结构表，每个节点都存在主路由和备选路由，备选路由优先选择异模通信技术；

在双模异构网络的路由建立初始阶段，每个节点根据搜索到的中央信标，代理信标或是发现信标信息，节点根据接收到的电力线和无线信标信息，优先选择靠近中央协调器节点作为父节点入网，并优先选择异模通信技术的父节点作为备选路由；

每个节点实时监听电力线和无线上传输的信号，如果侦测到有效的帧突发数据，则节点启动帧突发数据接收，如果该帧突发需要本节点处理，则处理该帧数据，否则仅仅记录该帧数据的源节点层级、信号强度和SNR测量值，接收帧突发成功率；

节点在转发数据包过程中，优先选择主路由进行传输，如果主路由传输失败，则采用备选路由进行传输，如果在备选路由上发送失败或是在一定时间内没有发送任何帧突发数据，则返回优先选择主路由进行帧突发数据传输。

进一步，包括初始双模异构组网过程，具体包括以下步骤：

S11：中央协调器开机上电，中央协调器周期性在电力线和无线上发送中央信标信号；

S12：网络中的节点接收到中央协调器的中央信标信号后，在接收对应中央信标的通信技术上发起节点登记接入过程，中央协调器为节点分配一个节点标识TEI；如果节点同时能够接收到中央协调器在电力线和无线上发送的中央信标，则节点通过SNR较好的通信技术接入中央协调器，该路由称为主路由，对应异模通信技术路由则设定为备选路由；

S13：已经入网的节点在中央协调器的控制下，在电力线和无线上周期性发送发现信标，在发现信标中包含的节点所在层级，定义为电力线和无线最短的路由层级，然后等待其他未入网的节点接入到网络中；

S14：未入网节点开机上电之后在电力线和无线上实时搜索发现信标，假设节点搜到多个发现信标，则选择层级最小的节点作为父节点，接入到网络；在该过程中，将已经入网，并且存在异模接入技术的节点路由作为备选路由，否则选择和主路由相同接入技术的路由节点作为备选路由；

S15：重复步骤S13和步骤S14，直至所有节点都已经入网，或是达到双模异构网络支持的最大层级数。

进一步，包括双模异构网络路由优化过程，具体包括以下步骤：

S21：完成初始双模异构组网之后，每个节点都开启电力线和无线的接收模式，实时监视周围其他节点发送的帧突发数据；周围节点发送的帧突发数据，无论是否发送给本节点，本节点都测量其源节点层级、信号强度、SNR值和接收帧突发成功率，并且连同节点标识、通信方式记录在本节点的邻居表中，成为邻居节点信息；

S22：每个节点在心跳上报定时器到达时，将邻居表报文上报给中央协调器，中央协调器收集所有节点的邻居信息，用于路由优化；

S23：中央协调器根据节点上报邻居节点信息，根据实际网络运行情况，重新优化路由表；节点通信路由的优先选择次序为：源节点层级、接收帧突发成功率、测量SNR、采用信号强度；形成的路由表称为新双模路由表，该过程完成的路由也是节点的主路由；

S24：在新双模路由表基础上，为网络中每个节点建立备用路由信息；每个节点优先选择一个异模通信技术的节点作为备选路由节点；如果不存在异模通信技术的节点，则选择同模通信技术的节点；如果没有备选路由节点存在，则该节点只有主路由节点；

S25：中央协调器对新旧双模路由表进行比较，找出存在新老路由差别节点，然后重新配置节点的路由。

进一步，步骤S23中，路由表具体优化过程为：首先确定能够接收到中央协调器信息的节点，优化确定为一级节点；能够接收到一级节点发送帧突发数据的节点，优化为二级节点，依次类推直到所有节点或是达到网络支持的最大层级。

进一步，还包括双模异构网络发送路由选择过程，具体包括以下步骤：

S31：节点首先判定T-alteration_routing_timer定时器是否处于开启状态；

S32：如果T-alteration_routing_timer定时器处于未激活状态，则节点选择主路由发送帧突发数据；否则节点选择备选路由发送帧突发数据；

S33：如果节点选择主路由发送帧突发数据，并且发送成功，则直接结束该过程，如果发送失败，则节点选择备选路由发送该帧突发数据；如果在备选路由上发送帧突发数据成功，则开启T-alteration_routing_timer定时器，结束该过程，如果在备选路由上发送帧突发数据失败，则直接结束该过程；

S34：如果节点选择备选路由发送帧突发数据，并且发送成功，重启T-alteration_routing_timer定时器，并且结束该流程；如果发送失败，则关闭T-alteration_routing_timer定时器，并且选择主路由再次发送该帧突发数据；

S35：T-alteration_routing_timer定时器超时，则节点优先选择备选路由转化到优先选择主路由进行传输帧突发数据。

本发明的有益效果在于：

第一：目前电力线和无线双模异构组网采用电力线和无线独立组网方式，即在系统中存在两张独立路由表，在同一个数据包(帧突发数据)传输过程中，优选一种通信技术。从本质来讲，目前解决方案将一种传输技术路由表设定为主路由表，对应异模传输技术路由表为备选路由表。在本发明中，将两张独立路由表合并成一张路由表，每级传输中优选路由采用的通信技术可以不同。

第二：在双模异构网络组网过程中，由于存在两种通信方式，本发明在组网过程中，优先选择级数低代理节点(代理协调器)作为主路由节点组网。对应异模通信技术方式节点作为备选路由节点。

第三：本发明在通信路由选择上，优先选择主路由进行通信，如果主路由通信失败则选择备选路由，并且提供了一种备选路由使用机制，即在备选路由传输成功之后都重启定时器，定时器超时之后节点将自动返回使用主路由进行通信。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为宽带载波通信网络拓扑图；

图2为双模异构网络实现框图；

图3为初始双模异构网络组网过程图；

图4为双模异构网络路由优化流程图；

图5为节点发送帧突发数据路由选择流程图；

图6为双模异构网络通信线路图；

图7为电力线网络路由图；

图8为无线网络路由图；

图9为双模异构网络路由图；

图10为双模异构网络路由图；

图11为新双模异构网络路由图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

本发明由路由优化模块，双模路由表，路由建立模块，邻居节点侦测模块，业务数据包路由选择模块组成，具体如图2所示。

路由优化模块：在中央协调器中完成，中央协调器周期性收到来自各个节点的邻居节点信息上报，中央协调器根据每个节点之间邻居节点的层级、SNR和信号强度，接收帧突发成功率，重新进行双模路由优化过程。

双模路由表：双模异构网络路由结构表，在中央协调器中保存整个网络的路由关系表。代理协调器中保存该代理协调器父节点和各个子节点的路由关系表。端节点保存其父节点的路由关系信息。在本发明中每个节点都存在主路由和备选路由，备选路由优先选择和主路由不同的传输技术，也称为异模通信技术，如果只存在一种通信技术，备选路由也可以选择和主路由相同的通信技术。

路由建立模块：双模异构网络在路由建立初始阶段，每个节点根据搜索到的中央信标，代理信标或是发现信标信息，节点根据接收到的电力线和无线信标信息，优先选择靠近中央协调器节点作为父节点入网，同时选择异模通信技术的父节点作为备选路由，如果没有异模通信节点存在，则选择相同通信方式的节点作为备选路由。

邻居节点侦测模块：每个节点实时监听电力线和无线上传输的信号，如果侦测到有效的帧突发数据，则节点将启动帧突发数据接收，如果该帧突发需要本节点处理，则处理该帧数据，否则仅仅记录该帧数据的源节点层级、信号强度和SNR测量值，接收帧突发成功率。

业务数据包路由选择模块：节点在转发数据包过程中，优先选择主路由进行传输，如果主路由传输失败，则采用备用路由进行传输，如果在备选路由上发送失败或是在一定时间内没有发送任何帧突发数据，则返回优先选择主路由进行帧突发数据传输。

在常规单模组网的情况下，该系统包括一个CCO和多个STA，STA开始入网时作为一级STA和CCO直接通信，随着其他STA的入网过程，若有其余STA通过当前的STA入网，则当前STA改变其角色为PCO，作为另一个STA与CCO通信的中继站点。同时，若当前站点为PCO而与其连接的所有STA均离线，则当前STA的角色从PCO变回STA。由于网络拓扑变化的随机性，PCO和STA的角色是可以互相转化的。本发明实施例中通信线路图与部分路由图中的箭头仅代表父节点与子节点关系，并不代表传输方向为单向。

在该实施例中，如果采用电力线通信单模组网方式，组网最终结果为图7所示。采用无线通信单模组网方式，组网最终结果为图8所示。在常规的方法中，其中节点编号1-13分别是网络为各STA或者CCO的节点标识(简称：TEI)，其中CCO的TEI值为1，其余有子节点STA改变其角色为PCO，没有子节点为STA。为了直观看出效果,在该实施例中，所有TEI均以PLC组网分配为准，PLC网络拓扑与无线网络拓扑中TEI相同的的STA为同一个STA。但是这两种方式都独立组网，独立工作。只有一个通信线路失败之后，则启动另外一种通信线路进行传输，不能将电力线和无线传输有机的结合起来。

在本实施例中，涉及的具电力线和无线异构组网的过程有三个过程，即过程一：初始双模异构组网过程；过程二：双模异构网络路由优化过程和过程三：双模异构网络发送路由选择过程。

在本实施例中，依据本方案构建异构网络组网实现过程如下：

过程一：初始双模异构组网过程。

步骤1：如图3中第1步，中央协调器开机上电，中央协调器周期性在电力线和无线上发送中央信标信号，其它节点STA处于搜索中央信标和代理信标状态。

步骤2：如图3中第2、3步，由图7、图8可知网络中的节点STA2、STA3、STA4、STA7将接收到中央协调器的发送的中央信标信号，其中STA2、STA3将接收到电力线通信中央信标，STA4、STA7将接收到无线通信中央信标，该节点在接受对应中央信标的通信技术上发起节点登记接入过程，在该过程中接收到中央信标的STA将发送关联请求报文请求接入网络，关联请求报文内容如表2所示，中央协调器为节点分配TEI。

由于此时入网的节点均仅接收到了一种中央信标，因此该路由设置为主路由。由此可以得到如图10所示的一级STA，其中STA2和STA3为接收到电力线通信中央信标的一级STA，STA4和STA7为接收到无线通信中央信标的一级STA。

在该实施例中，STA2可以收到CCO在电力线信道发送的中央信标，也可以接收到来自无线信道上的中央信标，那么STA2则根据信号强度和SNR，来决定STA2和CCO之间选择电力线信道作还是无线信道为主路由，对应另外一种传输模式为备选路由。

步骤3：如图3中第4步，已经入网的节点在中央协调器的控制下，在电力线和无线上周期性发送发现信标，在发现信标中包含的节点所在层级，节点的层级选择为电力线和无线最短的路由层级，然后等待其他未入网的节点接入到网络中。

步骤4：如图3中第5步，未入网节点在电力线和无线信道上实时搜索发现信标，由图7、图8可知节点STA5将接收到来自STA2的电力线通信发现信标和来自STA4的无线通信发现信标；STA9将接收到来自STA2的无线通信发现信标；STA8将接收到来自STA2的无线通信发现信标和来自STA4的电力线通信发现信标；STA12将接收到来自STA7的电力线通信发现信标；STA6将接收到来自STA3的电力线通信发现信标和来自STA7的无线通信发现信标；STA10、STA11将接收到来自STA3的无线通信发现信标。

对于STA9、STA10、STA11、STA12，仅接收到了一种发现信标，因此该路由直接设置为主路由，对于STA5、STA6、STA8接收到了来自不同STA的电力线通信发现信标或者无线通信发现信标，则各自对接收到的两种不同通信技术的发现信标进行统计，分别选出两种技术中源STA层级最低的发现信标，此时源STA均为一级STA，对比两条路由的SNR，选出SNR较好的作为主路由，另一条作为备用路由，各节点在对应的通信技术上发起节点登记接入过程，在该过程中STA将发送关联请求报文请求接入网络，中央协调器为节点分配TEI，同时源STA自动升级为PCO，新增的STA即STA5、STA6、STA8、STA9、STA10、STA11、STA12层级增加1为二级STA，如图10所示。

步骤5：已经入网的节点在中央协调器的控制下，在电力线和无线上周期性发送发现信标，在发现信标中包含的节点所在层级，定义为电力线和无线最短的路由层级，然后等待其他未入网的节点接入到网络中。

步骤6：未入网节点开机上电之后在电力线和无线上实时搜索发现信标，由图7、图8可知，STA13将接收到来自STA12的电力线通信发现信标和无线通信发现信标。

由于STA13接收到的两个发现信标是来自同一层级的同一个STA所发出的两种不同通信技术上的发现信标，因此对比两条路由的SNR，选出SNR较好的作为主路由，另一条作为备用路由，各节点在对应的通信技术上发起节点登记接入过程，在该过程中STA将发送关联请求报文请求接入网络，中央协调器为节点分配TEI，同时源STA自动升级为PCO，新增的STA即STA13层级增加1，为三级STA，如图10所示。

如图3中第6,7步，实施以上过程致使所有节点都已经入网，或是达到双模异构网络支持的最大层级数。

另外，在该过程中，使用的关键报文格如下说明。

中国家电网发布的低压电力线宽带载波通信技术规范(简称：技术规范)中现有的关联请求报文格式定义如表1所示：

表1

在本发明中，在表1关联请求报文格式中增加新增站点上报自身层级内容。修改为表2内容。具体增加“层级”字段内容。

表2

在本发明中，新增加的“层级”，长度4个比特，最多可表示15层级，与技术规范中所规定的STA最大层级15层级相对应。

初始双模异构组网过程完成，采用现有电力线和无线独立组网，形成的异构网络如图9所示，采用本发明异构组网方法形成的拓扑图如图10所示，与最初的网络相比最大的区别在于，原本的双模融合组网其实是分开的电力线通信网络和无线通信网络，而此时电力线通信网络与无线通信网络融合在了一起。

此时若有新增STA，将会继续进行重复初始双模异构组网过程的步骤三和步骤四过程，直接所有节点都已经入网，或是达到双模异构网络支持的最大层级数。

在本实施例中，由此网络拓扑可以很明显看出，原本独立电力线组网路由图和独立无线组网路由图STA层级均为五级，而经过本方案初始双模异构组网后，最终得到的双模异构网络路由图STA层级为3层，极大程度的缩短了最长路由的长度。

每个STA在电力线网络路由图、无线组网路由图以及PLC组网路由图和双模异构组网路由图内的层级如表3所示：

表3

STA标识	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
														PLC层级	0	1	1	2	2	2	3	3	3	3	3	4	5
无线层级	0	2	2	1	2	2	1	3	3	3	3	4	5
														融合层级	0	1	1	1	2	2	1	2	2	2	2	2	3

显然，电力线和无线融合网络拓扑图内每个STA所处层级，都低于或等于电力线网络拓扑图和无线网络拓扑图中最低的层级，充分体现了本发明的优越性。

过程二：双模异构网络路由优化过程

双模异构网络组网完成之后，双模异构网络进入正常过程，网络中每个节点都实时检测周围节点发送的帧突发数据，如果节点检测到有效帧突发数据，则节点对该节点层级、信号强度、SNR值和接收帧成功率进行测量,形成一个邻居表，然后在节点心跳周期到来时候上报给中央协调器，中央协调器根据每个节点上报的邻居表报文中的信号强度，测量SNR值和接收帧突发成功率进行路由优化，并且将路由优化结果配置到各个节点。以节点STA2、节点STA5为例，假设节点STA5和节点STA4之间主路由的无线通信路由。

步骤1：如图4中第1步，完成初始双模异构组网得到如图9所示的双模异构网络后，每个节点都开启电力线和无线的接收模式，将实时监视周围其他节点发送的帧突发数据。周围节点发送的帧突发数据，无论是否发送给本节点，本节点都测量其源节点层级、信号强度、SNR值和接收帧突发成功率，并且连同节点标识、通信方式记录在本节点的邻居表中，成为邻居节点信息。

由图7、图8可知，节点STA2接收到电力线上的信标有CCO的帧突发数据包和STA5节点发送的代理信标，接收到无线上的信标有STA4、STA8、STA9的帧突发数据包。节点STA5接收到电力线上的信标STA2、STA9的帧突发数据包，接收到无线上的信标有STA4的帧突发数据包。因此节点STA2、STA5会记录接收到的所有帧突发数据的源节点TEI、通信方式、源节点层级、信号强度、SNR值、接受帧突发成功率等信息记录在本节点的邻居表中成为邻居节点信息。同理其余各节点也都会记录各自的邻居表。

步骤2：如图4中第2步，在心跳上报定时器到达时，每个节点都会将邻居表报文上报给中央协调器，中央协调器收集所有节点的邻居信息，用于路由优化。

步骤3：如图4中第3步，中央协调器根据节点上报的邻居表报文，以及实际网络运行情况，重新优化路由表。节点通信路由选择优先考虑依次次序是源节点层级、接收帧突发成功率，然后是测量SNR，最后采用信号强度。

根据STA2上报的邻居表报文，CCO首先确定STA2为能够接受到中央协调器信息的节点，优化确定为一级节点；STA5能够接收到一级节点STA2、STA4的帧突发数据，为二级节点，首先根据接受帧突发成功率、测量SNR、信号强度来判断出主路由，以此类推直到所有节点或是达到网络支持的最大层级。根据该方法形成的路由表成为新双模路由表，该过程完成的路由也是节点的主路由。

步骤4：如图4中第3步，在新双模路由表基础上，为网络中每个节点建立备用路由信息。每个节点优先选择一个异模通信技术的节点作为备选路由节点。如果不存在异模通信技术的节点，则选择同模通信技术的节点。如果没有备选路由节点存在，则该节点只有主路由节点。

假设节点STA2上报的邻居表报文可知除已确定的主路由外，节点STA2可接收到STA4、STA8、STA9的无线通信帧突发数据，STA5的电力线通信帧突发数据，由于主路由为电力线通信，优先选择异模无线通信作为备用路由，经判断其中STA8，STA9为STA2子节点，STA4为同级节点，因此选择与STA4通信的无线通信路由作为备选路由。

由节点STA5上报的邻居表报文可知除确定的主路由外，STA5可接受到STA2和STA9的电力线通信帧突发数据，由于主路由为无线通信，因此优先选择电力线通信作为备选路由对比节点层级可发现STA2为一级节点，STA9为二级节点，因此选择节点STA2通信的电力线通信路由作为备选路由。

同理为其余个节点选择备用路由，构建出完整的新双模路由图如图11所示。

步骤5：如图4中第4步，中央协调器对新旧双模路由表进行比较，找出存在新老路由差别节点，然后发起代理变更确认指令，重新配置节点的路由。

在本实施例的该过程中，其中邻居表报文格式定义如表4所示，每个成员内容可以参考国家电网低压电力线宽带载波通信：

表4

代理变更确认报文同国家电网低压电力线宽带载波通信技术规范中现有的代理变更请求确认报文，如表5所示。

表5

本发明中代理变更确认报文与技术规范中的代理变更请求确认报文的区别在于，技术规范中的代理变更请求确认报文是由站点发起代理变更请求之后CCO回复的，而本发明中的代理变更确认报文则是由CCO主动发起的，CCO相较站点可以完成更加复杂的网络路由设计实现。

过程三：双模异构网络发送路由选择过程

在本发明中，双模异构网络中每个节点存在主路由和备选路由，如果主路由上发送失败，则转移到备选路由上进行发送，在一定时间间隔内，节点将备选路由作为优选路由使用，但是超过这个时间间隔，节点返回优先使用原主路由。

假设组网过程完成后如图11所示，假设STA13至STA12电力线通信路由为主路由，此时STA13至STA12电力线通信路由堵塞，STA13到STA12无线路由工作正常。假设STA13发送数据包到STA12。

步骤1：如图5中第1步，节点STA13首先判定T-alteration_routing_timer定时器是否处于开启状态。

步骤2：如图5中第2,7步，如果T-alteration_routing_timer定时器处于未激活状态，则节点STA13选择主路由，即电力线通路发送帧突发数据。否则节点STA13选择备选路由无线通路发送帧突发数据。

步骤3：如图5中第3,4,5,6步，如果节点STA13选择主路由发送帧突发数据，并且发送成功，则直接结束该过程，如果在发送失败，则节点STA13选择备选路由无线通路上发送该帧突发数据，如果在无线通路上发送帧突发数据成功，则开启T-alteration_routing_timer定时器，结束该过程。如果在无线通路上发送帧突发数据失败，则直接结束该过程。

步骤4：如图5中第7,8,9,10,12步，如果节点STA13选择备选路由，即使用无线通路发送帧突发数据，并且发送成功，重启T-alteration_routing_timer定时器，并且结束该流程。如果发送失败，则关闭T-alteration_routing_timer定时器，并且选择主路由电力线通路再次发送该帧突发数据。

步骤5：如图5中第11步，T-alteration_routing_timer定时器超时，则节点STA13优先选择备选路由转化到优先选择主路由进行传输帧突发数据。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种PLC和无线的异构网络组网方法，其特征在于：包括以下内容：

在中央协调器中完成路由优化，当中央协调器周期性收到来自各个节点的邻居节点信息上报时，根据每个节点之间邻居节点的层级、SNR和信号强度，接收帧突发成功率，重新进行双模路由优化过程；

在中央协调器中保存有整个网络的双模路由关系表；在代理协调器中保存有其父节点和各个子节点的双模路由关系表；在端节点保存有其父节点的双模路由关系信息表；所述双模路由关系表为双模异构网络路由结构表，每个节点都存在主路由和备选路由，备选路由优先选择异模通信技术；

在双模异构网络的路由建立初始阶段，每个节点根据搜索到的中央信标，代理信标或是发现信标信息，节点根据接收到的电力线和无线信标信息，优先选择靠近中央协调器节点作为父节点入网，并优先选择异模通信技术的父节点作为备选路由；

每个节点实时监听电力线和无线上传输的信号，如果侦测到有效的帧突发数据，则节点启动帧突发数据接收，如果该帧突发需要本节点处理，则处理该帧数据，否则仅仅记录该帧数据的源节点层级、信号强度和SNR测量值，接收帧突发成功率；

节点在转发数据包过程中，优先选择主路由进行传输，如果主路由传输失败，则采用备选路由进行传输，如果在备选路由上发送失败或是在一定时间内没有发送任何帧突发数据，则返回优先选择主路由进行帧突发数据传输。

2.根据权利要求1所述的PLC和无线的异构网络组网方法，其特征在于：包括初始双模异构组网过程，具体包括以下步骤：

S11：中央协调器开机上电，中央协调器周期性在电力线和无线上发送中央信标信号；

S12：网络中的节点接收到中央协调器的中央信标信号后，在接收对应中央信标的通信技术上发起节点登记接入过程，中央协调器为节点分配一个节点标识TEI；如果节点同时能够接收到中央协调器在电力线和无线上发送的中央信标，则节点通过SNR较好的通信技术接入中央协调器，该路由称为主路由，对应异模通信技术路由则设定为备选路由；

S13：已经入网的节点在中央协调器的控制下，在电力线和无线上周期性发送发现信标，在发现信标中包含的节点所在层级，定义为电力线和无线最短的路由层级，然后等待其他未入网的节点接入到网络中；

S14：未入网节点开机上电之后在电力线和无线上实时搜索发现信标，假设节点搜到多个发现信标，则选择层级最小的节点作为父节点，接入到网络；在该过程中，将已经入网，并且存在异模接入技术的节点路由作为备选路由，否则选择和主路由相同接入技术的路由节点作为备选路由；

S15：重复步骤S13和步骤S14，直至所有节点都已经入网，或是达到双模异构网络支持的最大层级数。

3.根据权利要求1所述的PLC和无线的异构网络组网方法，其特征在于：包括双模异构网络路由优化过程，具体包括以下步骤：

S21：完成初始双模异构组网之后，每个节点都开启电力线和无线的接收模式，实时监视周围其他节点发送的帧突发数据；周围节点发送的帧突发数据，无论是否发送给本节点，本节点都测量其源节点层级、信号强度、SNR值和接收帧突发成功率，并且连同节点标识、通信方式记录在本节点的邻居表中，成为邻居节点信息；

S22：每个节点在心跳上报定时器到达时，将邻居表报文上报给中央协调器，中央协调器收集所有节点的邻居信息，用于路由优化；

S23：中央协调器根据节点上报邻居节点信息，根据实际网络运行情况，重新优化路由表；节点通信路由的优先选择次序为：源节点层级、接收帧突发成功率、测量SNR、采用信号强度；形成的路由表称为新双模路由表，该过程完成的路由也是节点的主路由；

S24：在新双模路由表基础上，为网络中每个节点建立备用路由信息；每个节点优先选择一个异模通信技术的节点作为备选路由节点；如果不存在异模通信技术的节点，则选择同模通信技术的节点；如果没有备选路由节点存在，则该节点只有主路由节点；

S25：中央协调器对新旧双模路由表进行比较，找出存在新老路由差别节点，然后重新配置节点的路由。

4.根据权利要求3所述的PLC和无线的异构网络组网方法，其特征在于：步骤S23中，路由表具体优化过程为：首先确定能够接收到中央协调器信息的节点，优化确定为一级节点；能够接收到一级节点发送帧突发数据的节点，优化为二级节点，依次类推直到所有节点或是达到网络支持的最大层级。

5.根据权利要求1所述的PLC和无线的异构网络组网方法，其特征在于：还包括双模异构网络发送路由选择过程，具体包括以下步骤：

S31：节点首先判定T-alteration_routing_timer定时器是否处于开启状态；

S32：如果T-alteration_routing_timer定时器处于未激活状态，则节点选择主路由发送帧突发数据；否则节点选择备选路由发送帧突发数据；

S33：如果节点选择主路由发送帧突发数据，并且发送成功，则直接结束该过程，如果发送失败，则节点选择备选路由发送该帧突发数据；如果在备选路由上发送帧突发数据成功，则开启T-alteration_routing_timer定时器，结束该过程，如果在备选路由上发送帧突发数据失败，则直接结束该过程；

S34：如果节点选择备选路由发送帧突发数据，并且发送成功，重启T-alteration_routing_timer定时器，并且结束该流程；如果发送失败，则关闭T-alteration_routing_timer定时器，并且选择主路由再次发送该帧突发数据；

S35：T-alteration_routing_timer定时器超时，则节点优先选择备选路由转化到优先选择主路由进行传输帧突发数据。

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