CN116054880A - 一种多模异构网络的组网及维护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低压电力线节点设备通信技术领域，尤其涉及一种多模异构网络的组网及维护方法，异构网络主要由HPLC(高速电力线载波)和HRF(高速无线)组成，所述方法包括组网过程和维护过程，组网过程具体包括，首先节点设备发送节点状态信息，同时接收其余节点的状态信息，按近距原则形成第1设备层MESH10；接着第1设备层MESH10通过信道监测，优选出2‑3个节点设备作为本网络的路由接口；直到包含到主节点设备。本发明解决由于突发的电磁干扰带来的节点组网状态的不确定性，以及网络的物理变更带来的孤岛效应，实现较高的稳定性网络和较高的通信成功率。
Description
技术领域
本发明涉及低压电力线节点设备通信技术领域，尤其涉及一种多模异构网络的组网及维护方法。
背景技术
目前对于低压电力线节点设备，包括台区、出线柜、分支箱、表箱及用户末端的设备广泛采取载波通信，尤其最近发展起来的HPLC通信技术，同时存在包括PSK、ASK等调制方式的小无线通信方式，也有的采取蓝牙、WiFi、ZIGBEE等无线和RS485、ETHNET等有线的通信方式。其中主要采取电力线载波通信为主，由于电力线作为天然的传输载体，节省了大量因铺设有线网络带来的的投资成本，同时因我国电气产品的标准化，各类电气设备对电网的电磁污染也越来越低，给电力线的载波通信铺平了道路。同时由于互联互通的有线环境，也避免了因遮挡带来的无线通信的孤岛效应，因此低压电力线载波通信成为其上安装设备的数据传输的首选。在实际应用中，由于部分家用设备对电网输出的传到干扰较大，且频段覆盖了电力线载波，致使传输的信噪比下降，导致误码率升高，此外因电力线上的设备种类复杂，其输入端的阻抗对载波输出呈现的态性区别很大，尤其对于缺乏功率因素补偿的斩波电源电路，对载波信号的破坏更大，致使载波通信的稳定性和成功率下降。
为解决上述问题，通过组网优化技术，例如动态自组网、蚁群最优路径等技术实现网络的稳定性，此外还有通过网络分层优化来减小网络维护的收敛周期等技术手段。目前也存在在原有的电力线载波通信的基础上采取无线通信作为辅助手段来增强通信网的稳定性，即多模异构网络。由于先天电磁环境和安装环境的限制，此类技术的实施效果往往低于预期。
发明内容
本发明提供了一种多模异构网络的组网及维护方法，该方法立足实践环境，在多模异构网络的基础上提出一种多模异构网络的组网及维护方法，解决由于突发的电磁干扰带来的节点组网状态的不确定性，以及网络的物理变更带来的孤岛效应，实现较高的稳定性网络和较高的通信成功率。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种多模异构网络的组网及维护方法，方法包括组网过程和维护过程，所述组网过程具体步骤为：
A、节点设备发送节点状态信息，同时接收其余节点的状态信息，按近距原则形成第1设备层MESH10；
B、第1设备层MESH10通过信道监测，优选出2-3个节点设备作为本网络的路由接口；
C、重复A步骤和B步骤，形成第2、3----n设备层，直到包含到主节点设备；
D、主节点设备根据网络档案信息评估组网是否成功，对于未入网的设备进行搜索，搜索失败上报至业务需求层；
E、主节点设备统计各设备层网络的参数信息，包括通信频率、带宽、节点数量、节点信息和路由接口。
作为本发明的优化方案，本层内及相邻层的层间维护过程具体步骤为：
a、各设备层网络内部节点成员分时发送信标，其余节点进行监听；
b、当某一节点连续3个周期失去信标，则判断此节点已离网记为STA1，同时向所有设备层网络发送此节点离网信息；
c、当某一节点连续3个周期未监测到本设备层网络的路由信标，则此节点STA2切换工作模式进入自由监听状态，当监听到相邻网络节点信息根据组网原则入网；
d、b步骤发送的STA1离网信息已与步骤新入网的STA2相同，则判断网络(此节点的重新入网，代指整个网络的恢复)已恢复；
e、当某一设备的路由接口离网时，根据优选方法再选择本设备层网络的其余节点作为代替。
作为本发明的优化方案，在步骤A中按近距原则通过周期性的信道评估形成第1设备层MESH10，信道评估包括信号强度RSSI、信噪比SN和传输延时t三个状态信息，根据传输延时t判断物理距离，信号强度RSSI和信噪比SN作为辅助指标评估节点设备的通信状态。
作为本发明的优化方案，各设备层内的近距离节点设备之间设备采用HRF通信方式，各设备层之间的节点设备采用HPLC为主，HRF为辅的通信方式。
作为本发明的优化方案，步骤E中：通信频率是指电力线载波和HRF的工作的中心频率。
作为本发明的优化方案，主节点设备是指具备与业务需求层通信能力节点，作为主控设备。
本发明具有积极的效果：1)本发明采取电力线载波和低功率无线通信作为同等技术手段实现网络物理层，采取节点间的多向取主的方式实现网络的横向和纵向的感知建网，采取动态监测的方法实现网络的快速自愈；
2)本发明低压电力线多模通信方式分层组网，有效的的降低了的网络维度，尤其适用于网络规模大，工作环境复杂的场合。通过分层组网能够因组网带来的孤岛效应，同时降低的中级路由的层级，增强了信道的通信能力和数据传输的成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图，其中：
图1为本发明低压电力线分层组网框图；
图2为本发明组网流程图流程图；
图3为本发明网络维护自恢复流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
本发明公开了一种多模异构网络的组网及维护方法，将电力线上的设备分为主节点、节点、叶子节点，分别对应着低压台区总节点设备、线路中间设备、用电负荷设备，按照电磁环境和安装地点进行分层处理，分配在不同工作频段和带宽上，并进行编码，达到细化节点属性的目的。如图1所示为低压电力线分层组网框图。本发明采取电力线载波(HPLC)和低功率无线(HRF)通信作为同等技术手段实现网络物理层，其中实线表示HPLC，虚线表示HRF。采取节点间的多向取主的方式实现网络的横向和纵向的感知建网，图1中每个实线圆圈代表一个分层的网络(MESH10、MESH20 MESH30、……)，圈内实线标识了该网络的路由接口(实线的ROT0、ROT1、ROT2、……)，虚线标识了网络成员(虚线的ROT0、ROT1、ROT2)。
根据环境和设备属性，节点自动获取通信参数列表，包括频率、带宽及地址、入网方式、维护模式。其中频率指电力线载波和HRF的工作的中心频率，入网方式为主动和被动两种，维护模式包括信道监测和节点信息发送周期，进而节点信息包括本节点检测到的信道信息及周边节点状态等网络信息。
分层多点组网，首先根据信道信息及设备间的监测信息，将设备网络节点按近距模式分层，通过周期性的信道评估形成第一设备层，此信道评估包括信号强度、信噪比及传输延时三个指标，评估过程为：周期性发送本节点的状态信息，同时接收其他节点的状态信息，获取节点信号强度、信噪比及传输延时，根据传输延时t判断设备间的物理距离，信号强度RSSI和信噪比SN作为辅助指标评估此设备的通信状态，将此类近距设备优先组成一个网络MESH10，优选采取无线组网的方式。进而MESH10中的设备同时监听临近网络，取其中获取能力最佳的2-3设备作为与上层或同层网络的路由接口。其他节点按此方式形成第二设备层MESH20，第三设备层MESH30，直到包括到主节点设备，所谓主节点设备是指具备与业务需求层具备通信能力节点，一般作为主控设备的存在。
网络细分，在不同的设备层内，根据不同的网络特性采取不同的通信方式，近距设备间采取HRF通信，网络之间根据组网状态优先采取HPLC的组网方式，HRF方式为辅。同时对于环境较好的网络可同时采取两种通信方式，作为上下行的方式使用，进而形成多层细分的网络结构。如图2所示，组网过程具体步骤为：
A、节点设备发送节点状态信息，同时接收其余节点的状态信息，按近距原则形成第1设备层MESH10；
B、第1设备层MESH10通过信道监测，优选出2-3个节点设备作为本网络的路由接口，优选时除了本层设备集合，按监测到的相邻网络节点数量排序，进行优选。
C、重复A步骤和B步骤，形成第2、3----n设备层，直到包含到主节点设备；
D、主节点设备根据网络档案信息评估组网是否成功，对于未入网的设备进行搜索，搜索失败上报至业务需求层；网络档案信息指主节点及下属节点的设备列表，组网前预先发至主节点设备；
E、主节点设备统计各设备层网络的参数信息，包括通信频率、带宽、节点数量、节点信息和路由接口。
分层组网完成后，各层网络内部及其之间进行周期性的监测，采取动态监测的方法实现网络的快速自愈，如图3所示，其步骤为：
a、各设备层网络内部节点成员分时发送信标(在无线网络中，信标是由接入点发送以指示其所在的帧的类型，其余节点进行监听；
b、当某一节点连续3个周期失去信标，则判断此节点已离网记为STA1，同时向所有设备层网络发送此节点离网信息；
c、当某一节点连续3个周期未监测到本设备层网络的路由信标，则此节点STA2切换工作模式进入自由监听状态，当监听到相邻网络节点信息根据组网原则入网；
d、b步骤发送的STA1离网信息已与c步骤新入网的STA2相同，则判断网络已恢复；
当某一设备的路由接口离网时，根据优选方法(优选时除了本层设备集合，按监测到的其他网络节点数量排序，进行优选)再选择本设备层网络的其余节点(本网络的其他节点)作为代替，离网的路由接口按上述步骤a-d进行网络恢复。
网络的分层维护利于减小网络的维护周期，增强网络的健壮性。进而提高网络的通信成功率。
异构网络主要由HPLC(高速电力线载波)和HRF(高速无线)组成，在不同层网络间的节点设备根据自身监测到的通信环境进行评估采取HPLC还是采取HRF的通信方式，孤岛效应---不能收到其他层设备信道信息，仅限于本层。在实际应用中，两种孤岛效应都存在，在遮挡衰减严重的环境下HRF通信孤岛效应居多，在距离远、强干扰的环境下HPLC孤岛效应偏多。通过分层组网，可通过HPLC和HRF两种方式减小因组网而带来的孤岛效应。
自下而上的组网方法避免了先前自上而下的组网带来的时间长、效率低下的问题，将节点设备分为多层，避免了先前按台区分类的单一办法，实现了电力线上的设备群组，满足了实际的设备分布的客观情况。
节点设备分层，因在各层内对网络进行维护，缩短了网络维护时间。同时通过降低信标帧的发送频率，减小了通信带宽的占用时间。
如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多模异构网络的组网及维护方法，其特征在于：所述方法包括组网过程和维护过程，所述组网过程具体步骤为：
A、节点设备发送节点状态信息，同时接收其余节点的状态信息，按近距原则形成第1设备层MESH10；
B、第1设备层MESH10通过信道监测，优选出2-3个节点设备作为本网络的路由接口；
C、重复A步骤和B步骤，形成第2、3----n设备层，直到包含到主节点设备；
D、主节点设备根据网络档案信息评估组网是否成功，对于未入网的设备进行搜索，搜索失败上报至业务需求层；
E、主节点设备统计各设备层网络的参数信息，包括通信频率、带宽、节点数量、节点信息和路由接口。
2.根据权利要求1所述的一种多模异构网络的组网及维护方法，其特征在于：所述维护过程具体步骤为：
a、各设备层网络内部节点成员分时发送信标，其余节点进行监听；
b、当某一节点连续3个周期失去信标，则判断此节点已离网记为STA1，同时向所有设备层网络发送此节点离网信息；
c、当某一节点连续3个周期未监测到本设备层网络的路由信标，则此节点STA2切换工作模式进入自由监听状态，当监听到相邻网络节点信息根据组网原则入网；
d、b步骤发送的STA1离网信息已与步骤新入网的STA2相同，则判断网络已恢复；
e、当某一设备的路由接口离网时，根据优选方法再选择本设备层网络的其余节点作为代替。
3.根据权利要求2所述的一种多模异构网络的组网及维护方法，其特征在于：在步骤A中按近距原则通过周期性的信道评估形成第1设备层MESH10，信道评估包括信号强度RSSI、信噪比SN和传输延时t三个状态信息，根据传输延时t判断物理距离，信号强度RSSI和信噪比SN作为辅助指标评估节点设备的通信状态。
4.根据权利要求3所述的一种多模异构网络的组网及维护方法，其特征在于：各设备层内的近距离节点设备之间设备采用HRF通信方式，各设备层之间的节点设备采用HPLC为主，HRF为辅的通信方式。
5.根据权利要求4所述的一种多模异构网络的组网及维护方法，其特征在于：步骤E中：通信频率是指电力线载波和HRF的工作的中心频率。
6.根据权利要求5所述的一种多模异构网络的组网及维护方法，其特征在于：主节点设备是指具备与业务需求层通信能力节点，作为主控设备。
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| CN202310077630.8A CN116054880A (zh) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 一种多模异构网络的组网及维护方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116708274A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-05 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 多模异构网络的路由规划方法及系统、通信设备 |
| CN118381761A (zh) * | 2024-06-24 | 2024-07-23 | 浙江恒业电子股份有限公司 | 用于提升hplc与hrf通信效率的混合通信网络的优化方法 |
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2023
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| CN116708274B (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-20 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 多模异构网络的路由规划方法及系统、通信设备 |
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