CN103441781A - 电力线载波自组网方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力线载波自组网方法和系统。该方法包括：在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与周围已入网节点的链路通信状态；根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点；向所述父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。上述电力线载波自组网方法和系统，解决了链路不对称性的问题，实现了数据双向通信，且不需主节点通过遍历方式逐个寻找子节点，节省了开销时间，灵活性高。

Description

电力线载波自组网方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种电力线载波自组网方法和系统。

背景技术

电力线载波通信是电力系统特有的通信方式，是通过载波方式传输模拟或数字信号的技术。该电力线载波最大的优点是无需重新架设网络、成本低、布置维护方便。传统的电力线载波系统中，因为集中器与部分子节点距离较远，需要经过一级或多级中继才能通信，一般采取预先建立起所有子节点与主节点通信的路由路径，当有通信需求时，直接使用事先建立的路径进行数据传输。

然而，电力线并非一种良好的通信介质，节点间通信链路具有不对称性，即上行和下行通信链路的通信质量和具体环境有关，可能存在较大的差异，尤其存在主节点向子节点链路质量良好，而反向链路通信质量很差的情形，沿原路返回时导致数据传输失败。

发明内容

基于此，有必要针对传统的电力线载波通信中链路因存在通信链路具有不对称性导致通信反向链路数据传输失败的问题，提供一种能提高数据双向通信质量的电力线载波自组网方法和系统。

一种电力线载波自组网方法，包括：

在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与周围已入网节点的链路通信状态；

根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点；

向所述父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。

在其中一个实施例中，所述在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与已入网节点的链路通信状态的步骤包括：

在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧；

接收已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧，所述邻居响应帧中包括所述子节点至已入网节点的第一通信质量值和所述已入网节点在网络中的层次数；

获取所述已入网节点至所述子节点的第二通信质量值；

取所述第一通信质量值和第二通信质量值中较小的一个，作为所述子节点与已入网节点间的通信质量值。

在其中一个实施例中，所述根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点的步骤包括：

选取所述子节点与已入网节点间的通信质量值在预定门限范围内、层次数最小且所述通信质量值最大的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点。

在其中一个实施例中，在所述在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧之后，还包括步骤：

设置定时器的定时时间；

所述接收已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧的步骤包括：

接收在定时器的定时时间内已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧。

在其中一个实施例中，所述向所述父节点发送入网请求之后，在所述接收返回的入网响应之前，还包括：

判断所述父节点是否为主节点，若是，则直接接收返回的入网响应，若否，则由所述父节点沿着所述父节点与主节点的通信路径向主节点上报所述入网请求，将所述子节点与父节点的通信路径加上父节点与主节点的通信路径作为所述子节点与主节点的通信路径，再根据所述子节点与主节点的通信路径接收返回的入网响应。

一种电力线载波自组网系统，包括：

获取模块，用于在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与周围已入网节点的链路通信状态；

选取模块，用于根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点；

入网模块，用于向所述父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。

在其中一个实施例中，所述获取模块包括：

发送子模块，用于在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧；

接收子模块，用于接收已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧，所述邻居响应帧中包括所述子节点至已入网节点的第一通信质量值和所述已入网节点在网络中的层次数；

获取子模块，用于获取所述已入网节点至所述子节点的第二通信质量值；

比较子模块，用于取所述第一通信质量值和第二通信质量值中较小的一个，作为所述子节点与已入网节点间的通信质量值。

在其中一个实施例中，所述选取模块还用于选取所述子节点与已入网节点间的通信质量值在预定门限范围内、层次数最小且所述通信质量值最大的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点。

在其中一个实施例中，所述获取模块还包括：

设置子模块，用于在所述发送子模块发送邻居请求帧后，设置定时器的定时时间；

所述接收子模块还用于接收在定时器的定时时间内已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧。

在其中一个实施例中，所述入网模块还用于在向所述父节点发送入网请求之后，在所述接收返回的入网响应之前，判断所述父节点是否为主节点，若是，则直接接收返回的入网响应，若否，则由所述父节点沿着所述父节点与主节点的通信路径向主节点上报所述入网请求，将所述子节点与父节点的通信路径加上父节点与主节点的通信路径作为所述子节点与主节点的通信路径，再根据所述子节点与主节点的通信路径接收返回的入网响应。

上述电力线载波自组网方法和系统，在组网过程中，未入网的子节点收到入网允许命令帧后，搜索子节点周围已入网节点中上下行链路通信质量满足通信要求、级别最小且通信质量最好的已入网节点作为父节点，再向父节点发送入网请求，根据该入网请求接收入网响应，实现子节点的入网，解决了链路不对称性的问题，实现了数据双向通信，且不需主节点通过遍历方式逐个寻找子节点，节省了开销时间，灵活性高。

附图说明

图1为一个实施例中电力线载波自组网方法的流程图；

图2为在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取该子节点与周围已入网节点的链路通信状态的流程图；

图3为一个实施例中电力线载波自组网系统的结构框图；

图4为图3中获取模块一个实施例中的内部结构框图；

图5为图3中获取模块另一个实施例中的内部结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为一个实施例中电力线载波自组网方法的流程图。该电力线载波自组网方法，包括：

步骤102，在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取该子节点与周围已入网节点的链路通信状态。

首先，主节点启动组网程序后，由主节点发送入网允许命令帧，启动主节点直接通信范围内未入网节点的入网程序，当主节点发现周围节点均入网后，逐个选择已入网的节点作为代理节点，然后由代理节点发送入网允许命令帧，启动代理节点直接通信范围内未入网节点的入网程序。

未入网的子节点收到入网允许命令帧后，与周围已入网节点交互链路通信状态，该链路通信状态可包括该子节点至已入网节点的通信质量值、该已入网节点的层次数即该已入网节点至该子节点的通信质量值等。

其中，主节点为根节点，其余节点与主节点直接或间接相连，一条线路上的相邻的两个节点中，上一个节点作为下一个节点的父节点，下一个节点作为上一个节点的子节点。在一个自组网络中，主节点仅为父节点。

在一个实施例中，如图2所示，步骤102包括：

步骤202，在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧。

具体的，子节点广播邻居请求帧，该邻居请求帧只会被接收到的节点处理，不会被转发。

步骤204，接收已入网节点根据该邻居请求帧返回的邻居响应帧，该邻居响应帧中包括该子节点至已入网节点的第一通信质量值和该已入网节点在网络中的层次数。

首先，每个节点收到数据帧后，会记录源节点地址以及源节点至本节点通信链路的通信质量。源节点地址是指发送数据帧的节点地址，本节点为接收数据帧的节点。源节点至本节点的通信质量可用接收信号强度值表示。一个节点发送数据帧时即为发送节点，接收数据帧时即为接收节点。

为每个节点建立邻居表，该邻居表中包括源节点以及源节点至本节点通信链路的通信质量。获取源节点至本节点通信链路的通信质量包括：若收到一个未记录的节点的数据帧，则建立一个新的记录，记录中的通信质量采用本次通信的信号强度值；若收到一个有记录的节点的数据帧，记录中已有的通信质量用Qold表示，本次通信的信号强度值用Qnew标识，则记录中的通信质量更新为已有的通信质量和本次通信的信号强度值的加权和，计算公式如下：

xQold+（1－x）Qnew，其中，x为（0，1]中的有理数。

已入网节点（该已入网节点作为本节点）收到邻居请求帧后，在自身的邻居表中搜索该子节点（该子节点作为源节点）的记录，获取到该子节点至该已入网节点通信链路的第一通信质量，以及该已入网节点在网络中的层次数，构建邻居响应帧，并将该邻居响应帧发送给该子节点。其中，已入网节点在网络中的层次数为该节点与主节点通信路径中的中继节点数目加1所得的值。

步骤206，获取该已入网节点至该子节点的第二通信质量值。

具体的，接收到返回的邻居响应帧后，逐个进行处理，对每条邻居响应帧，获取其中子节点（子节点作为本节点）至已入网节点（该已入网节点是指发送邻居响应帧的节点）的第一通信质量值Q1，并在邻居表中搜索该已入网节点的记录，获取该已入网节点至子节点通信链路的第二通信质量值Q2。

步骤208，取该第一通信质量值和第二通信质量值中较小的一个，作为该子节点与已入网节点间的通信质量值。

具体的，取Q=min（Q1，Q2）表示子节点（本节点）与已入网节点（发送邻居响应帧节点）间的通信质量值。

步骤104，根据该链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将该选取的已入网节点作为该子节点的父节点。

具体的，选取该子节点与已入网节点间的通信质量值在预定门限范围内、层次数最小且该通信质量值最大的已入网节点，并将该选取的已入网节点作为该子节点的父节点。该预定门限范围根据需要设定。

步骤106，向该父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。

在一个实施例中，向该父节点发送入网请求之后，在该接收返回的入网响应之前，还包括：判断该父节点是否为主节点，若是，则直接接收返回的入网响应，若否，则由该父节点沿着该父节点与主节点的通信路径向主节点上报该入网请求，将该子节点与父节点的通信路径加上父节点与主节点的通信路径作为该子节点与主节点的通信路径，再根据该子节点与主节点的通信路径接收返回的入网响应。

此外，主节点一段时间内没有收到入围请求，则按照节点入网的顺序依次选择已入网节点作为代理节点，通过代理节点发送入网允许命令帧，启动代理节点附近未入网节点的入网过程。

直到所需组网的节点均入网时组网结束可为主节点获取到所有需要组网的节点均已成功入网，或者所有已入网节点均被选择作为代理节点后，主节点组网结束。

上述电力线载波自组网方法，在组网过程中，未入网的子节点收到入网允许命令帧后，搜索子节点周围已入网节点中上下行链路通信质量满足通信要求、级别最小且通信质量最好的已入网节点作为父节点，再向父节点发送入网请求，根据该入网请求接收入网响应，实现子节点的入网，解决了链路不对称性的问题，实现了数据双向通信，且不需主节点通过遍历方式逐个寻找子节点，节省了开销时间，灵活性高。

进一步的，在一个实施例中，在该在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧之后，还包括步骤：设置定时器的定时时间。该定时时间可根据需要设定。

该接收已入网节点根据该邻居请求帧返回的邻居响应帧的步骤包括：接收在定时器的定时时间内已入网节点根据该邻居请求帧返回的邻居响应帧。

具体的，通过设定时间，该定时时间内接收的邻居响应帧有效，以避免长时间的等待响应，提高响应效率和资源的利用率。

如图3所示，为一个实施例中电力线载波自组网系统的结构框图。该电力线载波自组网系统，包括获取模块320、选取模块340和入网模块360。其中：

获取模块320用于在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取该子节点与周围已入网节点的链路通信状态。具体的，未入网的子节点收到入网允许命令帧后，与周围已入网节点交互链路通信状态，该链路通信状态可包括该子节点至已入网节点的通信质量值、该已入网节点的层次数即该已入网节点至该子节点的通信质量值等。

在一个实施例中，如图4所示，该获取模块320包括发送子模块322、接收子模块324、获取子模块326和比较子模块328。其中：

发送子模块322用于在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧。

具体的，子节点广播邻居请求帧，该邻居请求帧只会被接收到的节点处理，不会被转发。

接收子模块324用于接收已入网节点根据该邻居请求帧返回的邻居响应帧，该邻居响应帧中包括该子节点至已入网节点的第一通信质量值和该已入网节点在网络中的层次数。

首先，每个节点收到数据帧后，会记录源节点地址以及源节点至本节点通信链路的通信质量。源节点地址是指发送数据帧的节点地址，本节点为接收数据帧的节点。源节点至本节点的通信质量可用接收信号强度值表示。一个节点发送数据帧时即为发送节点，接收数据帧时即为接收节点。

为每个节点建立邻居表，该邻居表中包括源节点以及源节点至本节点通信链路的通信质量。获取源节点至本节点通信链路的通信质量包括：若收到一个未记录的节点的数据帧，则建立一个新的记录，记录中的通信质量采用本次通信的信号强度值；若收到一个有记录的节点的数据帧，记录中已有的通信质量用Qold表示，本次通信的信号强度值用Qnew标识，则记录中的通信质量更新为已有的通信质量和本次通信的信号强度值的加权和，计算公式如下：

xQold+（1－x）Qnew，其中，x为（0，1]中的有理数。

已入网节点（该已入网节点作为本节点）收到邻居请求帧后，在自身的邻居表中搜索该子节点（该子节点作为源节点）的记录，获取到该子节点至该已入网节点通信链路的第一通信质量，以及该已入网节点在网络中的层次数，构建邻居响应帧，并将该邻居响应帧发送给该子节点。其中，已入网节点在网络中的层次数为该节点与主节点通信路径中的中继节点数目加1所得的值。

获取子模块326用于获取该已入网节点至该子节点的第二通信质量值。

具体的，接收到返回的邻居响应帧后，逐个进行处理，对每条邻居响应帧，获取其中子节点（子节点作为本节点）至已入网节点（该已入网节点是指发送邻居响应帧的节点）的第一通信质量值Q1，并在邻居表中搜索该已入网节点的记录，获取该已入网节点至子节点通信链路的第二通信质量值Q2。

比较子模块328用于取该第一通信质量值和第二通信质量值中较小的一个，作为该子节点与已入网节点间的通信质量值。

具体的，取Q=min（Q1，Q2）表示子节点（本节点）与已入网节点（发送邻居响应帧节点）间的通信质量值。

选取模块340用于根据该链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将该选取的已入网节点作为该子节点的父节点。

具体的，选取模块340还用于选取该子节点与已入网节点间的通信质量值在预定门限范围内、层次数最小且该通信质量值最大的已入网节点，并将该选取的已入网节点作为该子节点的父节点。该预定门限范围根据需要设定。

入网模块360用于向该父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。

该入网模块360还用于在向该父节点发送入网请求之后，在该接收返回的入网响应之前，判断该父节点是否为主节点，若是，则直接接收返回的入网响应，若否，则由该父节点沿着该父节点与主节点的通信路径向主节点上报该入网请求，将该子节点与父节点的通信路径加上父节点与主节点的通信路径作为该子节点与主节点的通信路径，再根据该子节点与主节点的通信路径接收返回的入网响应。

此外，主节点一段时间内没有收到入围请求，则按照节点入网的顺序依次选择已入网节点作为代理节点，通过代理节点发送入网允许命令帧，启动代理节点附近未入网节点的入网过程。

直到所需组网的节点均入网时组网结束可为主节点获取到所有需要组网的节点均已成功入网，或者所有已入网节点均被选择作为代理节点后，主节点组网结束。

上述电力线载波自组网系统，在组网过程中，未入网的子节点收到入网允许命令帧后，搜索子节点周围已入网节点中上下行链路通信质量满足通信要求、级别最小且通信质量最好的已入网节点作为父节点，再向父节点发送入网请求，根据该入网请求接收入网响应，实现子节点的入网，解决了链路不对称性的问题，实现了数据双向通信，且不需主节点通过遍历方式逐个寻找子节点，节省了开销时间，灵活性高。

如图5所示，为另一个实施例中获取模块的内部结构框图。该获取模块320除了包括发送子模块322、接收子模块324、获取子模块326和比较子模块328，还包括设置子模块323。

设置子模块323用于在该发送子模块发送邻居请求帧后，设置定时器的定时时间。

该接收子模块324还用于接收在定时器的定时时间内已入网节点根据该邻居请求帧返回的邻居响应帧。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力线载波自组网方法，包括：

在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与周围已入网节点的链路通信状态；

根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点；

向所述父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。

2.根据权利要求1所述的电力线载波自组网方法，其特征在于，所述在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与已入网节点的链路通信状态的步骤包括：

在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧；

接收已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧，所述邻居响应帧中包括所述子节点至已入网节点的第一通信质量值和所述已入网节点在网络中的层次数；

获取所述已入网节点至所述子节点的第二通信质量值；

取所述第一通信质量值和第二通信质量值中较小的一个，作为所述子节点与已入网节点间的通信质量值。

3.根据权利要求2所述的电力线载波自组网方法，其特征在于，所述根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点的步骤包括：

选取所述子节点与已入网节点间的通信质量值在预定门限范围内、层次数最小且所述通信质量值最大的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点。

4.根据权利要求2所述的电力线载波自组网方法，其特征在于，在所述在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧之后，还包括步骤：

设置定时器的定时时间；

所述接收已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧的步骤包括：

接收在定时器的定时时间内已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧。

5.根据权利要求1所述的电力线载波自组网方法，其特征在于，所述向所述父节点发送入网请求之后，在所述接收返回的入网响应之前，还包括：

判断所述父节点是否为主节点，若是，则直接接收返回的入网响应，若否，则由所述父节点沿着所述父节点与主节点的通信路径向主节点上报所述入网请求，将所述子节点与父节点的通信路径加上父节点与主节点的通信路径作为所述子节点与主节点的通信路径，再根据所述子节点与主节点的通信路径接收返回的入网响应。

6.一种电力线载波自组网系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于在未入网的子节点收到入网允许命令帧后，获取所述子节点与周围已入网节点的链路通信状态；

选取模块，用于根据所述链路通信状态选取在上下行链路通信质量满足预设通信要求、级数最小且通信质量最好的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点；

入网模块，用于向所述父节点发送入网请求，并接收返回的入网响应，直到所需组网的节点均入网时组网结束。

7.根据权利要求6所述的电力线载波自组网系统，其特征在于，所述获取模块包括：

发送子模块，用于在子节点收到入网允许命令帧后，发送邻居请求帧；

接收子模块，用于接收已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧，所述邻居响应帧中包括所述子节点至已入网节点的第一通信质量值和所述已入网节点在网络中的层次数；

获取子模块，用于获取所述已入网节点至所述子节点的第二通信质量值；

比较子模块，用于取所述第一通信质量值和第二通信质量值中较小的一个，作为所述子节点与已入网节点间的通信质量值。

8.根据权利要求7所述的电力线载波自组网系统，其特征在于，所述选取模块还用于选取所述子节点与已入网节点间的通信质量值在预定门限范围内、层次数最小且所述通信质量值最大的已入网节点，并将所述选取的已入网节点作为所述子节点的父节点。

9.根据权利要求7所述的电力线载波自组网系统，其特征在于，所述获取模块还包括：

设置子模块，用于在所述发送子模块发送邻居请求帧后，设置定时器的定时时间；

所述接收子模块还用于接收在定时器的定时时间内已入网节点根据所述邻居请求帧返回的邻居响应帧。

10.根据权利要求6所述的电力线载波自组网系统，其特征在于，所述入网模块还用于在向所述父节点发送入网请求之后，在所述接收返回的入网响应之前，判断所述父节点是否为主节点，若是，则直接接收返回的入网响应，若否，则由所述父节点沿着所述父节点与主节点的通信路径向主节点上报所述入网请求，将所述子节点与父节点的通信路径加上父节点与主节点的通信路径作为所述子节点与主节点的通信路径，再根据所述子节点与主节点的通信路径接收返回的入网响应。

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