一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法，包括電力線載波通信系統(tǒng)初始化，配置系統(tǒng)工作頻率；具備主站功能的節(jié)點搜索電力線載波通信網(wǎng)絡，并根據(jù)搜索結(jié)果判斷是否自建新網(wǎng)絡；進入組網(wǎng)模式，組建多頻多跳電力線載波通信網(wǎng)絡；組網(wǎng)結(jié)束，進入常規(guī)通信模式，實現(xiàn)主站與從站的多頻多跳數(shù)據(jù)通信。本方法支持多頻多跳通信，對于改善電力線載波通信系統(tǒng)的可靠性、提高節(jié)點接入率、擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍具有重要作用；且支持主動上報、雙向互動等智能用電業(yè)務，可適應電力線載波通信網(wǎng)絡未來的發(fā)展方向，具有較為廣闊的應用前景。
【專利說明】
一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法
技術領域
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[0001]本發(fā)明涉及一種多頻自組網(wǎng)及通信方法，具體涉及一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法。
【背景技術】
[0002]由于不同地理位置的鏈路長度、負載情況、網(wǎng)絡分支情況不同，電力線載波通信網(wǎng)絡的信道衰減表現(xiàn)出頻率選擇性。此外，電力線載波通信網(wǎng)絡噪聲分布也均不相同，噪聲也表現(xiàn)出頻率選擇性。頻率選擇性衰減和頻率選擇性噪聲直接導致某些頻率在某些區(qū)域無法正常使用。換言之，電力線載波通信網(wǎng)絡具有頻率選擇性的特點，不同鏈路的最佳通信頻率不同。
[0003]在傳統(tǒng)單頻電力線載波通信網(wǎng)絡中，很難找出一個頻率來實現(xiàn)主站和大部分網(wǎng)絡節(jié)點之間的直接通信，也即意味著很多節(jié)點需要通過中繼、經(jīng)過多跳來和主站通信。引入中繼雖然能夠擴大主站的覆蓋范圍，但也帶來了一些問題。例如，在電力線載波通信網(wǎng)絡中，采用最多的信道接入方式為載波監(jiān)聽多址接入(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)和時分多址接入(Time Divis1n Multiple Access，TDMA)。在TDMA網(wǎng)絡中，中繼的跳數(shù)多意味著需要更多的時隙來完成一個數(shù)據(jù)包的端到端傳輸，數(shù)據(jù)包的端到端時延比較大，且由于多個時隙傳輸一個相同的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡的吞吐量較小。在CSMA網(wǎng)絡中，同樣存在因為多跳而導致的端到端時延大、網(wǎng)絡吞吐量較小的問題。此外，CSMA網(wǎng)絡吞吐量和業(yè)務量不成正比，當業(yè)務量大到一定程度時，信道利用率不升反降，而且時延會急劇變大。其主要原因包括以下兩個方面:首先當業(yè)務量較大時，節(jié)點會因為檢測到信道繁忙而增加數(shù)據(jù)發(fā)送的等待時間；其次，信道競爭更激烈，沖突概率會變大。
[0004]綜上所述，在電力線載波通信網(wǎng)絡中，若能夠采用多頻通信技術根據(jù)節(jié)點所處的環(huán)境選擇最佳通信頻率，則必然能夠增加和主站直接通信的節(jié)點個數(shù)，進而減少中繼的個數(shù)和跳數(shù)，提升網(wǎng)絡端到端時延和網(wǎng)絡吞吐量性能。然而，多頻設備需要多個收發(fā)、處理模塊，成本較高，很難能夠滿足消費者的需求，有必要利用單頻設備實現(xiàn)多頻通信。
[0005]因此，亟需一種支持多頻多跳的PLC自組網(wǎng)及通信技術，通過為節(jié)點選擇最佳的工作頻率實現(xiàn)大多從站與主站的直接通信，對抗PLC信道的因時因地變化，提高電力線載波通信網(wǎng)絡的可靠性和穩(wěn)定性，并降低網(wǎng)絡部署成本。同時，支持中繼功能，擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了實現(xiàn)上述需求，本發(fā)明提供一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法，用以解決現(xiàn)有的電力線通信系統(tǒng)傳輸效率低、可靠性低以及性能不穩(wěn)定的問題。其技術方案如下:
[0007]—種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法，所述方法包括:
[0008](I)電力線載波通信系統(tǒng)初始化，配置系統(tǒng)工作頻率；
[0009](2)具備主站功能的節(jié)點搜索電力線載波通信網(wǎng)絡，并根據(jù)搜索結(jié)果判斷是否需要自建新網(wǎng)絡；
[0010](3)進入組網(wǎng)模式，組建多頻多跳電力線載波通信網(wǎng)絡；
[0011](4)組網(wǎng)結(jié)束，進入常規(guī)通信模式，實現(xiàn)主站與從站的多頻多跳數(shù)據(jù)通信。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(I)中，電力線載波通信系統(tǒng)同時使用多種工作頻率進行通信；
[0013]所述多種工作頻率具體指:多個中心頻點和/或帶寬不相同的頻率;其中，不同工作頻率相互重疊或不重疊。
[0014]優(yōu)選的，按照節(jié)點的軟硬件能力分類，電力線載波通信網(wǎng)絡包括認知節(jié)點、主站節(jié)點、非主站節(jié)點和從站節(jié)點中的一種或多種;任一電力線載波通信網(wǎng)絡至少包括一個主站節(jié)點或認知節(jié)點，至多包括一個主站節(jié)點；
[0015]所述認知節(jié)點，具備通過軟件將自身配置為主站、中繼或從站的能力；
[0016]所述非主站節(jié)點，具備通過軟件將自身配置為中繼或從站的能力；
[0017]所述主站節(jié)點僅具備主站功能；
[0018]所述從站節(jié)點僅具備從站功能。
[0019]進一步地，所述認知節(jié)點、主站節(jié)點、非主站節(jié)點和從站節(jié)點可以是寬帶節(jié)點、窄帶節(jié)點或跨頻帶節(jié)點中的一種;其中，
[0020]所述寬帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在高頻范圍內(nèi)的節(jié)點；
[0021 ]所述窄帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在低頻范圍內(nèi)的節(jié)點；
[0022]所述跨頻帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在跨頻帶范圍內(nèi)的節(jié)點。
[0023]進一步地，所述寬帶節(jié)點間可實現(xiàn)直接通信，所述窄帶節(jié)點間可實現(xiàn)直接通信;所述跨頻帶節(jié)點與所述任一節(jié)點可實現(xiàn)直接通信，所述寬帶節(jié)點與所述窄帶節(jié)點可通過所述跨頻帶節(jié)點實現(xiàn)間接通信。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟(2)包括，主站節(jié)點上電后進入組網(wǎng)模式，自建新的電力線載波通信網(wǎng)絡;所述認知節(jié)點上電后搜索周圍的電力線載波通信網(wǎng)絡，若搜索到，與所述電力線載波通信網(wǎng)絡進行同步并請求加入，否則通過軟件將自身配置為主站，進入組網(wǎng)模式，自建新的電力線載波通信網(wǎng)絡;所述非主站節(jié)點、所述從站節(jié)點上電后搜索周圍的電力線載波通信網(wǎng)絡，直至搜索到，然后與所述電力線載波通信網(wǎng)絡進行同步并請求加入。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟(3)包括，電力線載波通信網(wǎng)絡按照組網(wǎng)模式下的時隙結(jié)構進行工作；
[0026]所述組網(wǎng)模式下的時隙結(jié)構包括頻率同步時隙和網(wǎng)絡接入時隙；其中，
[0027]所述頻率同步時隙依次包括第一下行前導時隙、上行前導時隙和第二下行前導時隙;所述上行前導時隙與第一、二下行前導時隙的結(jié)構相同；
[0028]所述第一下行前導時隙和第二下行前導時隙，用于主站或授權站點通過下行工作頻率發(fā)送前導信號；
[0029]所述上行前導時隙，用于未接入從站通過上行工作頻率發(fā)送前導信號；
[0030]所述授權站點，是指已加入電力線載波通信網(wǎng)絡且收到主站授權命令的中繼或從站。
[0031]進一步地，組網(wǎng)模式中的消息發(fā)送過程為:
[0032]在第一下行前導時隙中，主站或授權從站依次通過多種工作頻率發(fā)送前導信號；
[0033]在上行前導時隙中，未連接從站從其在第一下行前導時隙中接收到前導信號的頻率中選取一種，并在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導信號；
[0034]在第二下行前導時隙中，主站或授權從站從其在上行前導時隙中接收到前導信號的頻率中選取一種，并在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導；
[0035]在網(wǎng)絡接入時隙中，所述電力線載波通信網(wǎng)絡節(jié)點采用第二下行前導時隙中主站或授權從站發(fā)送前導的頻率，通過競爭算法發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)注冊請求/注冊確認消息。
[0036]進一步地，所述授權從站接收到未連接節(jié)點的注冊請求后將其轉(zhuǎn)發(fā)至主站，當所述授權從站非中繼時，所述主站根據(jù)當前網(wǎng)絡規(guī)模、接收誤碼率等因素判定是否允許所述未連接節(jié)點加入網(wǎng)絡，以及是否將所述授權從站提升為中繼；當所述授權從站為中繼且接收到注冊請求的頻率和其對下頻率相同時，所述主站根據(jù)當前網(wǎng)絡規(guī)模、接收誤碼率因素判定是否允許所述未連接節(jié)點加入網(wǎng)絡;否則，所述主站暫不處理注冊請求。
[0037]優(yōu)選的，所述步驟(4)包括:電力線載波通信網(wǎng)絡切換為常規(guī)通信模式，中繼通過對上頻率與主站或上級節(jié)點通信，通過對下頻率與下級節(jié)點進行通信;其中，
[0038]所述上級節(jié)點是指所述節(jié)點與所述主站通信時必須經(jīng)過的節(jié)點；
[0039]所述下級節(jié)點是必須通過所述節(jié)點才能與所述主站通信的節(jié)點。
[0040]進一步地，所述常規(guī)通信模式下的MAC時隙結(jié)構由一個接入時隙和若干傳輸時隙構成，傳輸時隙的個數(shù)由主站根據(jù)信道、網(wǎng)絡負載情況確定;其中，
[0041]所述接入時隙的時隙結(jié)構與組網(wǎng)模式下的MAC時隙結(jié)構相同，用于進行網(wǎng)絡維護；
[0042]所述傳輸時隙，用于進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0043]進一步地，所述傳輸時隙由隨機接入子時隙、上行前導子時隙和數(shù)據(jù)傳輸子時隙三部分構成;其中，
[0044]所述隨機接入子時隙，用于發(fā)送主動上報消息;在所述隨機接入子時隙中，中繼或從站若無數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則將工作頻率調(diào)整至對下頻率，處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài);否則將工作頻率調(diào)整至對上頻率，通過競爭算法發(fā)送消息；
[0045]所述上行前導子時隙，用于和主站直接通信的中繼或從站向主站告知上行數(shù)據(jù)傳輸請求;在所述上行前導子時隙中，有數(shù)據(jù)發(fā)送請求的中繼或從站采用其對上頻率在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導；
[0046]所述數(shù)據(jù)傳輸子時隙，用于進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0047]進一步地，所述數(shù)據(jù)傳輸子時隙的信道資源使用由主站決定，其包括:所述主站通過預設的頻率以廣播形式發(fā)送競爭接入控制包，所有中繼或從站收到所述控制包后在預設的時間內(nèi)采用所述預設頻率通過競爭算法發(fā)送數(shù)據(jù)包;或者，
[0048]所述主站授權某特定節(jié)點在預設時間范圍內(nèi)獨享信道使用權;或者，
[0049]所述主站對網(wǎng)絡節(jié)點進行輪詢，依次和每個網(wǎng)絡節(jié)點進行通信。
[0050]進一步地，在所述主站對網(wǎng)絡節(jié)點輪詢的過程中，當中繼需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，判斷所述數(shù)據(jù)是否需要進行確認，并將工作頻率調(diào)至對下頻率，發(fā)送所述數(shù)據(jù)；
[0051]若所述數(shù)據(jù)不需要確認，所述中繼發(fā)送完所述數(shù)據(jù)后將工作頻率調(diào)整至對上頻率，進入接收狀態(tài);否則將工作頻率保持在對下頻率，直至接收到確認數(shù)據(jù)或當前數(shù)據(jù)傳輸子時隙結(jié)束。
[0052]進一步地，當中繼或從站產(chǎn)生主動上報數(shù)據(jù)、或接收到目的地址是其自身地址且需要響應的數(shù)據(jù)時，判斷當前時刻在MAC時隙結(jié)構中的位置:
[0053]處于隨機接入子時隙時，若所述中繼或從站不能直接與主站進行通信，則采用對上頻率通過競爭算法發(fā)送所述數(shù)據(jù)，否則暫不處理；
[0054]處于上行前導子時隙中且所述中繼或從站能夠直接與主站進行通信時，所述中繼或從站在其對上頻率對應的預設時間范圍內(nèi)發(fā)送上行前導信號，否則暫不處理；
[0055]處于數(shù)據(jù)傳輸子時隙時，若所述中繼或從站通過其對上頻率接收到了來自主站的競爭接入控制包，則在預設時間內(nèi)采用對上頻率通過競爭算法發(fā)送所述數(shù)據(jù);若接收到主站的輪詢命令，則采用對上頻率發(fā)送所述數(shù)據(jù)，否則暫不處理。
[0056]與最接近的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0057](I)本發(fā)明支持多頻多跳通信，增加了節(jié)點可通信率，適應電力線載波網(wǎng)絡信道特性，改善網(wǎng)絡覆蓋范圍及可靠性。
[0058](2)本發(fā)明中電力線載波通信網(wǎng)絡工作頻率的帶寬、中心頻點均可以不同，不同的頻率可以相互重疊，頻率使用靈活，對于適應PLC惡劣的信道條件，保障PLC的穩(wěn)定性和可靠性具有重要作用。
[0059](3)本發(fā)明使用單頻設備支持多頻通信，且可支持不同類型的節(jié)點，可根據(jù)實際需求進行部署，在滿足業(yè)務需求的同時降低建網(wǎng)成本。
[0060](4)本發(fā)明中大部分節(jié)點可實現(xiàn)與主站的直接通信，減少了中繼的跳數(shù)和個數(shù)，進而減少了網(wǎng)絡開銷。
[0061](5)本發(fā)明支持主動上報、雙向交互業(yè)務等，可適應未來智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。
【附圖說明】
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[0062]圖1為適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法流程圖；
[0063]圖2為組網(wǎng)過程中認知節(jié)點工作流程圖；
[0064]圖3為組網(wǎng)過程中的MAC時隙結(jié)構示意圖；
[0065]圖4為組網(wǎng)過程中不具備主站功能的節(jié)點工作流程圖；
[0066]圖5為組網(wǎng)過程中授權站點工作流程圖；
[0067]圖6為電力線載波通信多頻多跳網(wǎng)絡拓撲實例圖；
[0068]圖7為常規(guī)通信時的時隙結(jié)構示意圖；
[0069]圖8為本發(fā)明支持主動上報業(yè)務實例圖。
【具體實施方式】
:
[0070]本發(fā)明提出一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法，支持上行隨機接入，支持主動上報、雙向交互、智能采抄等業(yè)務。本發(fā)明利用單頻設備實現(xiàn)多頻組網(wǎng)，根據(jù)節(jié)點的實際信道情況選擇最佳工作頻率，增加和主站直接通信的從站個數(shù)，減少中繼的個數(shù)和跳數(shù)，提升網(wǎng)絡端到端時延和吞吐量性能。
[0071]所述單頻設備是指設備只有一個收/發(fā)模塊，同時只能在一個頻率內(nèi)接收/發(fā)送，而設備在不同的時間內(nèi)可以調(diào)整收/發(fā)頻率的中心頻點和帶寬。
[0072I 如圖1所示，具體步驟包括:
[0073](I)電力線載波通信系統(tǒng)初始化，配置系統(tǒng)工作頻率；
[0074]步驟(I)中，電力線載波通信系統(tǒng)同時使用多種工作頻率進行通信；
[0075]所述多種工作頻率具體指:多個中心頻點和/或帶寬不相同的頻率;其中，不同工作頻率相互重疊或不重疊。
[0076]按照節(jié)點的軟硬件能力分類，電力線載波通信網(wǎng)絡包括認知節(jié)點、主站節(jié)點、非主站節(jié)點和從站節(jié)點中的一種或多種;任一電力線載波通信網(wǎng)絡至少包括一個主站節(jié)點或認知節(jié)點，至多包括一個主站節(jié)點；
[0077]所述認知節(jié)點，具備通過軟件將自身配置為主站、中繼或從站的能力;其中，
[0078]主站具有網(wǎng)絡管理和控制功能，管理和控制所述電力線載波通信網(wǎng)絡；中繼具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力，能夠轉(zhuǎn)發(fā)所述主站和所述從站間的通信數(shù)據(jù);從站作為網(wǎng)絡終端節(jié)點，具有和所述中繼及主站通信的能力。
[0079]非主站節(jié)點，具備通過軟件將自身配置為中繼或從站的能力；
[0080]主站節(jié)點僅具備主站功能；
[0081 ]從站節(jié)點僅具備從站功能。
[0082]所述認知節(jié)點、主站節(jié)點、非主站節(jié)點和從站節(jié)點可以是寬帶節(jié)點、窄帶節(jié)點或跨頻帶節(jié)點中的一種;其中，
[0083]所述寬帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在高頻范圍內(nèi)的節(jié)點；
[0084]所述窄帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在低頻范圍內(nèi)的節(jié)點；
[0085]所述跨頻帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在跨頻帶范圍內(nèi)的節(jié)點。
[0086]寬帶節(jié)點間可實現(xiàn)直接通信，所述窄帶節(jié)點間可實現(xiàn)直接通信;所述跨頻帶節(jié)點與所述任一節(jié)點可實現(xiàn)直接通信，所述寬帶節(jié)點與所述窄帶節(jié)點可通過所述跨頻帶節(jié)點實現(xiàn)間接通信。
[0087](2)具備主站功能的節(jié)點搜索電力線載波通信網(wǎng)絡，并根據(jù)搜索結(jié)果判斷是否需要自建新網(wǎng)絡；
[0088]步驟(2)包括:主站節(jié)點上電后進入組網(wǎng)模式，自建新的電力線載波通信網(wǎng)絡；如圖2所示，所述認知節(jié)點上電后搜索周圍的電力線載波通信網(wǎng)絡，若搜索到，與所述電力線載波通信網(wǎng)絡進行同步并請求加入，否則通過軟件將自身配置為主站，進入組網(wǎng)模式，自建新的電力線載波通信網(wǎng)絡;所述非主站節(jié)點、所述從站節(jié)點上電后搜索周圍的電力線載波通信網(wǎng)絡，直至搜索到，然后與所述電力線載波通信網(wǎng)絡進行同步并請求加入。
[0089](3)進入組網(wǎng)模式，組建多頻多跳電力線載波通信網(wǎng)絡；
[0090]步驟(3)包括:電力線載波通信網(wǎng)絡按照組網(wǎng)模式下的時隙結(jié)構進行工作；如圖3所示。
[0091 ] 所述組網(wǎng)模式下的時隙結(jié)構包括頻率同步時隙和網(wǎng)絡接入時隙(Network AccessTime，NAT);其中，
[0092]所述頻率同步時隙依次包括第一下行前導時隙(Downlink Preamble Slot，DPS)、上行前導時隙(Uplink Preamble Slot，UPS)和第二下行前導時隙;所述上行前導時隙與第一、二下行前導時隙的結(jié)構相同；
[0093]所述第一下行前導時隙和第二下行前導時隙，用于主站或授權站點通過下行工作頻率發(fā)送前導信號；
[0094]所述上行前導時隙，用于未接入從站通過上行工作頻率發(fā)送前導信號；
[0095]所述授權站點，是指已加入電力線載波通信網(wǎng)絡且收到主站授權命令的中繼或從站。
[0096]結(jié)合圖2、圖3、圖4和圖5所示，組網(wǎng)模式中的消息發(fā)送過程為:
[0097]在第一下行前導時隙中，主站或授權從站依次通過多種工作頻率發(fā)送前導信號；
[0098]在上行前導時隙中，未連接從站從其在第一下行前導時隙中接收到前導信號的頻率中選取一種，并在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導信號；
[0099]在第二下行前導時隙中，主站或授權從站從其在上行前導時隙中接收到前導信號的頻率中選取一種，并在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導；
[0100]在網(wǎng)絡接入時隙中，所述電力線載波通信網(wǎng)絡節(jié)點采用第二下行前導時隙中主站或授權從站發(fā)送前導的頻率，通過競爭算法發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)注冊請求/注冊確認消息。
[0101 ]所述授權從站接收到未連接節(jié)點的注冊請求后將其轉(zhuǎn)發(fā)至主站，當所述授權從站非中繼時，所述主站根據(jù)當前網(wǎng)絡規(guī)模、接收誤碼率等因素判定是否允許所述未連接節(jié)點加入網(wǎng)絡，以及是否將所述授權從站提升為中繼；當所述授權從站為中繼且接收到注冊請求的頻率和其下行頻率相同時，所述主站根據(jù)當前網(wǎng)絡規(guī)模、接收誤碼率等因素判定是否允許所述未連接節(jié)點加入網(wǎng)絡;否則，所述主站暫不處理注冊請求。
[0102]圖6為組網(wǎng)過程中形成的電力線載波通信多頻多跳網(wǎng)絡拓撲實例圖。網(wǎng)絡中大部分從站使用不同的頻率和主站直接通信，圖中從站I和從站2使用頻率f2、從站3使用頻率f I和主站直接通信；小部分從站經(jīng)過中繼和主站間接通信，圖中從站4、從站5通過中繼I和主站實現(xiàn)間接通信。從站作為中繼時，僅使用一個頻率進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，圖中中繼I僅使用頻率f4轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。換言之，中繼可以使用2個頻率，具體包括對上頻率和對下頻率，其中，對上頻率指中繼和主站通信時使用的頻率，對下頻率表示中繼和下級節(jié)點通信時使用的頻率。
[0103](4)組網(wǎng)結(jié)束，進入常規(guī)通信模式，實現(xiàn)主站與從站的多頻多跳數(shù)據(jù)通信。
[0104]步驟(4)包括:電力線載波通信網(wǎng)絡切換為常規(guī)通信模式，常規(guī)通信時的網(wǎng)絡時隙結(jié)構如圖7所示。中繼通過對上頻率與主站或上級節(jié)點通信，通過對下頻率與下級節(jié)點進行通?目；其中，
[0105]所述上級節(jié)點是指所述節(jié)點與所述主站通信時必須經(jīng)過的節(jié)點；
[0106]所述下級節(jié)點是必須通過所述節(jié)點才能與所述主站通信的節(jié)點。
[0107]常規(guī)通信模式下的媒體接入控制(Medium Access Control，MAC)時隙結(jié)構由一個接入時隙和若干傳輸時隙構成，傳輸時隙的個數(shù)由主站根據(jù)信道、網(wǎng)絡負載情況確定；其中，
[0108]所述接入時隙的時隙結(jié)構與組網(wǎng)模式下的MAC時隙結(jié)構相同，用于進行網(wǎng)絡維護；
[0109]所述傳輸時隙，用于進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0110]傳輸時隙由隨機接入子時隙、上行前導子時隙和數(shù)據(jù)傳輸子時隙三部分構成；其中，
[0111]所述隨機接入子時隙，用于發(fā)送主動上報消息;在所述隨機接入子時隙中，中繼或從站若無數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則將工作頻率調(diào)整至對下頻率，處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài);否則將工作頻率調(diào)整至對上頻率，通過競爭算法發(fā)送消息；
[0112]所述上行前導子時隙，用于和主站直接通信的中繼或從站向主站告知上行數(shù)據(jù)傳輸請求;在所述上行前導子時隙中，有數(shù)據(jù)發(fā)送請求的中繼或從站采用其對上頻率在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導；
[0113]所述數(shù)據(jù)傳輸子時隙，用于進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0114]所述數(shù)據(jù)傳輸子時隙的信道資源使用由主站決定，其包括:所述主站通過預設的頻率以廣播形式發(fā)送競爭接入控制包，所有中繼或從站收到所述控制包后在預設的時間內(nèi)采用所述預設頻率通過競爭算法發(fā)送數(shù)據(jù)包;或者，
[0115]所述主站授權某特定節(jié)點在預設時間范圍內(nèi)獨享信道使用權;或者，
[0116]所述主站對網(wǎng)絡節(jié)點進行輪詢，依次和每個網(wǎng)絡節(jié)點進行通信。
[0117]在所述主站對網(wǎng)絡節(jié)點輪詢的過程中，當中繼需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，判斷所述數(shù)據(jù)是否需要進行確認，并將工作頻率調(diào)至對下頻率，發(fā)送所述數(shù)據(jù)；
[0118]若所述數(shù)據(jù)不需要確認，所述中繼發(fā)送完所述數(shù)據(jù)后將工作頻率調(diào)整至對上頻率，進入接收狀態(tài);否則將工作頻率保持在對下頻率，直至接收到確認數(shù)據(jù)或當前數(shù)據(jù)傳輸子時隙結(jié)束。
[0119]當中繼或從站產(chǎn)生主動上報數(shù)據(jù)、或接收到目的地址是其自身地址且需要響應的數(shù)據(jù)時，判斷當前時刻在MAC時隙結(jié)構中的位置:
[0120]處于隨機接入子時隙時，若所述中繼或從站不能直接與主站進行通信，則采用對上頻率通過競爭算法發(fā)送所述數(shù)據(jù)，否則暫不處理；
[0121]處于上行前導子時隙中且所述中繼或從站能夠直接與主站進行通信時，所述中繼或從站在其對上頻率對應的預設時間范圍內(nèi)發(fā)送上行前導信號，否則暫不處理；
[0122]處于數(shù)據(jù)傳輸子時隙時，若所述中繼或從站通過其對上頻率接收到了來自主站的競爭接入控制包，則在預設時間內(nèi)采用對上頻率通過競爭算法發(fā)送所述數(shù)據(jù);若接收到主站的輪詢命令，則采用對上頻率發(fā)送所述數(shù)據(jù)，否則暫不處理。因此，如圖8所示，本發(fā)明支持主動上報業(yè)務。
[0123]本發(fā)明支持多頻多跳通信，對于改善電力線載波通信系統(tǒng)的可靠性、提高節(jié)點接入率，擴大PLC網(wǎng)絡覆蓋范圍具有重要作用，本發(fā)明支持主動上報、雙向互動等智能用電業(yè)務，可適應PLC網(wǎng)絡未來的發(fā)展方向，具有較為廣闊的應用前景。
[0124]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種適用于電力線載波通信系統(tǒng)的多頻自組網(wǎng)及通信方法，其特征在于，所述方法包括: (1)電力線載波通信系統(tǒng)初始化，配置系統(tǒng)工作頻率； (2)具備主站功能的節(jié)點搜索電力線載波通信網(wǎng)絡，并根據(jù)搜索結(jié)果判斷是否需要自建新網(wǎng)絡； (3)進入組網(wǎng)模式，組建多頻多跳電力線載波通信網(wǎng)絡； (4)組網(wǎng)結(jié)束，進入常規(guī)通信模式，實現(xiàn)主站與從站的多頻多跳數(shù)據(jù)通信。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，電力線載波通信系統(tǒng)同時使用多種工作頻率進行通信； 所述多種工作頻率具體指:多個中心頻點和/或帶寬不相同的頻率;其中，不同工作頻率相互重疊或不重疊。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，按照節(jié)點的軟硬件能力分類，電力線載波通信網(wǎng)絡包括認知節(jié)點、主站節(jié)點、非主站節(jié)點和從站節(jié)點中的一種或多種;任一電力線載波通信網(wǎng)絡至少包括一個主站節(jié)點或認知節(jié)點，至多包括一個主站節(jié)點； 所述認知節(jié)點，具備通過軟件將自身配置為主站、中繼或從站的能力； 所述非主站節(jié)點，具備通過軟件將自身配置為中繼或從站的能力； 所述主站節(jié)點僅具備主站功能； 所述從站節(jié)點僅具備從站功能。4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述認知節(jié)點、主站節(jié)點、非主站節(jié)點和從站節(jié)點可以是寬帶節(jié)點、窄帶節(jié)點或跨頻帶節(jié)點中的一種;其中， 所述寬帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在高頻范圍內(nèi)的節(jié)點； 所述窄帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在低頻范圍內(nèi)的節(jié)點； 所述跨頻帶節(jié)點，是指工作頻率范圍在跨頻帶范圍內(nèi)的節(jié)點。5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述寬帶節(jié)點間可實現(xiàn)直接通信，所述窄帶節(jié)點間可實現(xiàn)直接通信;所述跨頻帶節(jié)點與所述任一節(jié)點可實現(xiàn)直接通信，所述寬帶節(jié)點與所述窄帶節(jié)點可通過所述跨頻帶節(jié)點實現(xiàn)間接通信。6.如權利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括:主站節(jié)點上電后進入組網(wǎng)模式，自建新的電力線載波通信網(wǎng)絡;所述認知節(jié)點上電后搜索周圍的電力線載波通信網(wǎng)絡，若搜索到，與所述電力線載波通信網(wǎng)絡進行同步并請求加入，否則通過軟件將自身配置為主站，進入組網(wǎng)模式，自建新的電力線載波通信網(wǎng)絡;所述非主站節(jié)點、所述從站節(jié)點上電后搜索周圍的電力線載波通信網(wǎng)絡，直至搜索到，然后與所述電力線載波通信網(wǎng)絡進行同步并請求加入。7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)包括:電力線載波通信網(wǎng)絡按照組網(wǎng)模式下的時隙結(jié)構進行工作； 所述組網(wǎng)模式下的時隙結(jié)構包括頻率同步時隙和網(wǎng)絡接入時隙;其中， 所述頻率同步時隙依次包括第一下行前導時隙、上行前導時隙和第二下行前導時隙；所述上行前導時隙與第一、二下行前導時隙的結(jié)構相同； 所述第一下行前導時隙和第二下行前導時隙，用于主站或授權站點通過下行工作頻率發(fā)送前導信號； 所述上行前導時隙，用于未接入從站通過上行工作頻率發(fā)送前導信號； 所述授權站點，是指已加入電力線載波通信網(wǎng)絡且收到主站授權命令的中繼或從站。8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述組網(wǎng)模式中的消息發(fā)送過程為: 在第一下行前導時隙中，主站或授權從站依次通過多種工作頻率發(fā)送前導信號； 在上行前導時隙中，未連接從站從其在第一下行前導時隙中接收到前導信號的頻率中選取一種，并在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導信號； 在第二下行前導時隙中，主站或授權從站從其在上行前導時隙中接收到前導信號的頻率中選取一種，并在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導； 在網(wǎng)絡接入時隙中，所述電力線載波通信網(wǎng)絡節(jié)點采用第二下行前導時隙中主站或授權從站發(fā)送前導的頻率，通過競爭算法發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)注冊請求/注冊確認消息。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述授權從站接收到未連接節(jié)點的注冊請求后將其轉(zhuǎn)發(fā)至主站，當所述授權從站非中繼時，所述主站根據(jù)當前網(wǎng)絡規(guī)模、接收誤碼率等因素判定是否允許所述未連接節(jié)點加入網(wǎng)絡，以及是否將所述授權從站提升為中繼；當所述授權從站為中繼且接收到注冊請求的頻率和其對下頻率相同時，所述主站根據(jù)當前網(wǎng)絡規(guī)模、接收誤碼率等因素判定是否允許所述未連接節(jié)點加入網(wǎng)絡;否則，所述主站暫不處理注冊請求。10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括:電力線載波通信網(wǎng)絡切換為常規(guī)通信模式，中繼通過對上頻率與主站或上級節(jié)點通信，通過對下頻率與下級節(jié)點進行通信;其中， 所述上級節(jié)點是指所述節(jié)點與所述主站通信時必須經(jīng)過的節(jié)點； 所述下級節(jié)點是必須通過所述節(jié)點才能與所述主站通信的節(jié)點。11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述常規(guī)通信模式下的MAC時隙結(jié)構由一個接入時隙和若干傳輸時隙構成，傳輸時隙的個數(shù)由主站根據(jù)信道、網(wǎng)絡負載情況確定;其中， 所述接入時隙的時隙結(jié)構與組網(wǎng)模式下的MAC時隙結(jié)構相同，用于進行網(wǎng)絡維護； 所述傳輸時隙，用于進行數(shù)據(jù)傳輸。12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述傳輸時隙由隨機接入子時隙、上行前導子時隙和數(shù)據(jù)傳輸子時隙三部分構成;其中， 所述隨機接入子時隙，用于發(fā)送主動上報消息;在所述隨機接入子時隙中，中繼或從站若無數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則將工作頻率調(diào)整至對下頻率，處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài);否則將工作頻率調(diào)整至對上頻率，通過競爭算法發(fā)送消息； 所述上行前導子時隙，用于和主站直接通信的中繼或從站向主站告知上行數(shù)據(jù)傳輸請求;在所述上行前導子時隙中，有數(shù)據(jù)發(fā)送請求的中繼或從站采用其對上頻率在預設的時間內(nèi)發(fā)送前導； 所述數(shù)據(jù)傳輸子時隙，用于進行數(shù)據(jù)傳輸。13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸子時隙的信道資源使用由主站決定，其包括:所述主站通過預設的頻率以廣播形式發(fā)送競爭接入控制包，所有中繼或從站收到所述控制包后在預設的時間內(nèi)采用所述預設頻率通過競爭算法發(fā)送數(shù)據(jù)包;或者， 所述主站授權某特定節(jié)點在預設時間范圍內(nèi)獨享信道使用權;或者， 所述主站對網(wǎng)絡節(jié)點進行輪詢，依次和每個網(wǎng)絡節(jié)點進行通信。14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，在所述主站對網(wǎng)絡節(jié)點輪詢的過程中，當中繼需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，判斷所述數(shù)據(jù)是否需要進行確認，并將工作頻率調(diào)至對下頻率，發(fā)送所述數(shù)據(jù)； 若所述數(shù)據(jù)不需要確認，所述中繼發(fā)送完所述數(shù)據(jù)后將工作頻率調(diào)整至對上頻率，進入接收狀態(tài)；否則將工作頻率保持在對下頻率，直至接收到確認數(shù)據(jù)或當前數(shù)據(jù)傳輸子時隙結(jié)束。15.如權利要求10所述的方法，其特征在于，當中繼或從站產(chǎn)生主動上報數(shù)據(jù)、或接收到目的地址是其自身地址且需要響應的數(shù)據(jù)時，判斷當前時刻在MAC時隙結(jié)構中的位置: 處于隨機接入子時隙時，若所述中繼或從站不能直接與主站進行通信，則采用對上頻率通過競爭算法發(fā)送所述數(shù)據(jù)，否則暫不處理； 處于上行前導子時隙中且所述中繼或從站能夠直接與主站進行通信時，所述中繼或從站在其對上頻率對應的預設時間范圍內(nèi)發(fā)送上行前導信號，否則暫不處理； 處于數(shù)據(jù)傳輸子時隙時，若所述中繼或從站通過其對上頻率接收到了來自主站的競爭接入控制包，則在預設時間內(nèi)采用對上頻率通過競爭算法發(fā)送所述數(shù)據(jù);若接收到主站的輪詢命令，則采用對上頻率發(fā)送所述數(shù)據(jù)，否則暫不處理。
【文檔編號】H04B3/54GK106059624SQ201610364733
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】安春燕, 李建岐, 趙勇, 李超, 陶鋒, 楊會峰, 曹勇敢
【申請人】全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)河北省電力公司, 國網(wǎng)河南省電力公司, 國家電網(wǎng)公司