CN110995315B - 一种基于高速电力线载波的通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高速电力线载波的通信方法，包括：S1、所有从节点按功能分为主节点、中继节点和从节点三种角色；S2、不同的节点角色在通信过程中执行角色所规定的行为；S3、通信传输的数据按功能分为不同的类型：数据帧、命令/事件帧、确认帧，且不同的帧类型在规定不同时隙中进行发送；S4、一个通信的完整周期由TDMA和CMSA两种类型时隙构成，并在帧头中记录此次通信周期的时隙安排；S5、通信周期的时隙由主节点进行统一的规划和安排，并且采用传输信号的最后一个符号来作为每段TDMA时隙的结束标志。本发明提供的方法，可根据实际应用的场景特点灵活配置HPLC通信的上、下行的带宽，同时保证HPLC通信可以达到较大的通信范围和通信容量。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种基于高速电力线载波的通信方法。
背景技术
高速电力线载波是将传统电力线作为信息媒介，进行高速数据传输的一种通信方式，该技术的最大优势是依托传统电力线网络、复用现有设施、无需新增布线、施工和运行成本较低等。同时HPLC技术具有传输距离远、通信速率高、时延小、带宽灵活等特点，相较于RS485、CAN总线等有线通信技术，高速电力线载波技术在泛在物联网领域有着更加广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中泛在物联网领域的应用场景需求往往形态各异，受控终数量一般很多，且分布范围广。通常会要求配套的通信系统有灵活的上下行通信带宽分配、足够的通信容量和较大的覆盖范围。因此将高速电力线载波技术应用到上述物联网应用场景中时就需要有一种适合的通信方法来满足场景下通信带宽、容量、覆盖范围等功能需求的问题，提出一种基于高速电力线载波的通信方法。
本发明提出的一种基于高速电力线载波的通信方法，包括：S1，所有从节点按功能分为主节点、中继节点和从节点三种角色，对节点角色进行划分；S2，不同的节点角色在通信过程中执行角色所规定的行为，对不同角色的通信行为进行约定；S3，通信传输的数据按功能分为不同的类型：数据帧、命令/事件帧、确认帧，且不同的帧类型在规定不同时隙中进行发送，对发送的帧类型进行分类；S4，一个通信的完整周期由TDMA和CMSA两种类型时隙构成，并在帧头中记录此次通信周期的时隙安排，包括时隙宽度、TDMA时隙个数、CSMA时隙宽度、当前时隙编号，对通信周期进行规划；S5，通信周期的时隙由主节点进行统一的规划和安排，并且采用传输信号的最后一个符号来作为每段时隙的结束标志，对通信时隙的边界进行约定。
优选地，步骤S1包括：S11、主节点是数据帧、命令帧和确认帧的发起节点，以及从节点事件帧的目的节点，同时进行通信周期内的时隙安排，详细说明主节点的角色内容；S12、中继节点负责转发，包括中继节点负责转发，包括转发主节点的数据帧、命令帧、确认帧，以及从节点的事件帧、确认帧，详细说明中继节点的角色内容；S13、从节点是数据帧、命令帧和确认帧的目的节点，从节点事件帧的发起节点，详细说明从节点的角色内容。
优选地，步骤S2包括：S21、主节点的行为约定：主节点在TDMA时隙0发送数据帧、CSMA时隙中发送命令帧和事件帧的确认帧，详细说明主节点的约定行为内容；S22、从节点的行为约定：从节点不可在TDMA时隙进行发送、只能在CSMA时隙中事件帧和命令帧的确认帧，详细说明从节点的约定行为内容；S23、中继节点的行为约定：对于TDMA时隙的数据帧，中继节点判断TDMA时隙编号和自身的中继ID号来启动发送，如果TDMA时隙编号与自身的中继ID号匹配时，中继节点转发该数据帧，如果不匹配则不转发，对于CSMA时隙的非数据帧，所有的中继节点均可参与竞争转发，详细说明中继节点的约定行为内容；S24、中继节点的选定方法：既可人为指定，又可根据通信距离、信号强度信息来自适应确定，说明中继节点的选定方法。
优选地，步骤S3包括：S31、数据帧用于传送业务数据，说明数据帧的内容；S32、命令帧用于主节点对从节点进行配置，说明命令帧的内容；S33、事件帧用于从节点主动上报，说明事件帧的内容；S34、确认帧用于从节点收到主节点命令帧后的回复，以及主节点收到从节点上报事件帧的回复，说明确认帧的内容。
优选地，步骤S4包括：S41、通信周期和时隙的划分：一个通信周期包含若干个连续的TDMA时隙和一个CSMA时隙，其中TDMA时隙0为主节点专用，TDMA时隙1为一级中继节点专用，TDMA时隙2为二级中继节点专用，以此类推，而CSMA为主节点、中继节点和从节点共同竞争使用，详细说明时隙划分的约定；S42、通信周期大小，每个TDMA时隙宽度、TDMA时隙数目和CSMA时隙宽度，主节点可根据应用场景的实际情况进行约定和划分，并将时隙规划的信息写入帧头中，帧头的内容包括至少但不仅限于TDMA时隙个数、TDMA时隙宽度、CSMA时隙宽度和当前时隙号信息，说明通信周期相关参数的形成与参数存放。
优选地，步骤S5包括：S51，时隙结束时刻的约定：主节点发送的最后一个符号为TDMA时隙0的结束时刻，一级中继节点发送的最后一个符号为TDMA时隙1的结束时刻，二级中继节点发送的最后一个符号为TDMA时隙2的结束时刻，以此类推，最后一级中继节点发送的最后一个符号，为TDMA时隙的结束时刻，同时也是CSMA时隙开始的时刻，主节点、中继节点和从节点均可根据自身实际的发送或接收到数据帧的情况，以及帧头中携带的TDMA时隙个数、TDMA时隙宽度、CSMA时隙宽度和当前时隙号来估算下一个TDMA时隙、CSMA时隙的开始或结束时刻，详细说明通信周期内各个时间边界的约定。
本发明提供的方法，可根据实际应用的场景特点灵活配置高速电力线载波通信的上、下行的带宽，同时保证高速电力线载波通信可以达到较大的通信范围和通信容量。
附图说明
图1是本发明实施例基于高速电力线载波技术的系统连接示意图。
图2是本发明实施例的主节点、中继节点和从节点角色约定的示意图。
图3是本发明实施例的主节点、中继节点和从节点行为约定的示意图。
图4是本发明实施例的中继节点转发行为的示意图。
图5是本发明实施例的数据帧、命令帧、事件帧、确认帧约定的示意图。
图6是本发明实施例的通信周期及周期内时隙规划的示意。
图7是本发明实施例的通信周期内时隙结束时刻的约定示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明基于高速电力线载波技术的系统连接示意图。在搭建基于高速电力线载波技术的系统时，将系统中使用到的主控器、终端等器件与对应的高速电力线载波终端模块连接，再将系统中所有的高速电力线载波终端模块接入到电力线上。
如图2所示为本发明主节点、中继节点和从节点角色约定的示意。系统中不同的器件连接的高速电力线载波终端模块的角色是不同的。与系统主控器相连的模块角色是主节点，与终端相连的模块角色通常是从节点，另外为了扩展高速电力线载波的通信覆盖范围，系统中会在某些位置插入独立的终端模块，这些模块的角色是中继节点角色，中继节点接入的位置既可人为指定，又可根据通信距离、信号强度等信息来自适应确定。其中主节点、中继节点和从节点角色约定的如下：主节点是数据帧、命令帧和确认帧的发起节点，以及从节点事件帧的目的节点，同时进行通信周期内的时隙安排；中继节点负责转发，包括中继节点负责转发，包括转发主节点的数据帧、命令帧、确认帧，以及从节点的事件帧、确认帧；从节点是数据帧、命令帧和确认帧的目的节点，从节点事件帧的发起节点。
如图3所示为本发明主节点、中继节点和从节点行为约定的示意图。在系统中，不同角色的行为也是不同的，其中主节点、中继节点和从节点角色的行为约定的如下：主节点在TDMA时隙0发送数据帧、CSMA时隙中发送命令帧和事件帧的确认帧；从节点不可在TDMA时隙进行发送、只能在CSMA时隙中事件帧和命令帧的确认帧；中继节点的行为是转发，但不同时隙条件下，中继节点的转发行为是有区别的。
如图4所示为本发明中继节点转发行为的示意图。对于TDMA时隙的数据帧，中继节点判断TDMA时隙编号和自身的中继ID号来启动发送，如果TDMA时隙编号与自身的中继ID号匹配时，中继节点转发该数据帧，如果不匹配则不转发；例如图4中的一级中继节点只能在TDMA时隙内的时隙1才能进行转发，二级中继节点只能在TDMA时隙内的时隙2才能进行转发，以此类推。而对于CSMA时隙的非数据帧，所有的中继节点均可参与竞争转发。
如图5所示为本发明数据帧、命令帧、事件帧、确认帧约定的示意图。在系统中，根据所传递消息内容的不同，可将所有消息分为数据帧、命令帧、事件帧和确认帧，其中数据帧、命令帧、事件帧和确认帧的约定如下：数据帧用于传送业务数据；命令帧用于主节点对从节点进行配置；事件帧用于从节点主动上报；确认帧用于从节点收到主节点命令帧后的回复，以及主节点收到从节点上报事件帧的回复。
如图6所示为本发明的通信周期及周期内时隙规划的示意图。一个通信周期包含若干个连续的TDMA时隙(S0、S1、S2、S3……)和一个CSMA时隙，其中TDMA时隙0(S0)为主节点专用，TDMA时隙1(S1)为一级中继节点专用，TDMA时隙2(S2)为二级中继节点专用，以此类推，而CSMA为主节点、中继节点和从节点共同竞争使用。通信周期大小，每个TDMA时隙宽度、TDMA时隙数目和CSMA时隙宽度，主节点可根据应用场景的实际情况进行约定和划分，并将时隙规划的信息写入帧头中，帧头的内容包括至少但不仅限于TDMA时隙个数、TDMA时隙宽度、CSMA时隙宽度和当前时隙号等信息。
如图7所示为本发明通信周期内时隙结束时刻的约定示意图。通信周期内各个时隙结束时刻的约定如下：主节点发送的最后一个符号为TDMA时隙0的结束时刻，一级中继节点发送的最后一个符号为TDMA时隙1的结束时刻，二级中继节点发送的最后一个符号为TDMA时隙2的结束时刻，以此类推。最后一级中继节点发送的最后一个符号，为TDMA时隙的结束时刻，同时也是CSMA时隙开始的时刻。主节点、中继节点和从节点均可根据自身实际的发送或接收到数据帧的情况，以及帧头中携带的TDMA时隙个数、TDMA时隙宽度、CSMA时隙宽度和当前时隙号来估算下一个TDMA时隙、CSMA时隙的开始或结束时刻。
根据本发明提供的方法，可直接在电力线上搭建控制系统，节省了重新布线的成本；通过合理地安排系统中各个节点模块的角色，既保证系统的正常通信，又可扩展系统的通信覆盖范围；同时根据实际情况灵活地调整通信周期内的时隙安排，提高了系统的带宽利用率，提升了系统整体的通信效率。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其做出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。
Claims (4)
1.一种基于高速电力线载波的通信方法，其特征在于，包括：
S1，所有从节点按功能分为主节点、中继节点和从节点三种角色，对节点角色进行划分；
S2，不同的节点角色在通信过程中执行角色所规定的行为，对不同角色的通信行为进行约定；
S3，通信传输的数据按功能分为不同的类型：数据帧、命令/事件帧、确认帧，且不同的帧类型在规定不同时隙中进行发送，对发送的帧类型进行分类；
S4，一个通信的完整周期由TDMA和CMSA两种类型时隙构成，并在帧头中记录此次通信周期的时隙安排，包括时隙宽度、TDMA时隙个数、CSMA时隙宽度、当前时隙编号，对通信周期进行规划；
S5，通信周期的时隙由主节点进行统一的规划和安排，并且采用传输信号的最后一个符号来作为每段时隙的结束标志，对通信时隙的边界进行约定；
步骤S2包括：
S21、主节点的行为约定：主节点在TDMA时隙0发送数据帧、CSMA时隙中发送命令帧和事件帧的确认帧，详细说明主节点的约定行为内容；
S22、从节点的行为约定：从节点不可在TDMA时隙进行发送、只能在CSMA时隙中事件帧和命令帧的确认帧，详细说明从节点的约定行为内容；
S23、中继节点的行为约定：对于TDMA时隙的数据帧，中继节点判断TDMA时隙编号和自身的中继ID号来启动发送，如果TDMA时隙编号与自身的中继ID号匹配时，中继节点转发该数据帧，如果不匹配则不转发，对于CSMA时隙的非数据帧，所有的中继节点均可参与竞争转发，详细说明中继节点的约定行为内容；
S24、中继节点的选定方法：既可人为指定，又可根据通信距离、信号强度信息来自适应确定，说明中继节点的选定方法；
步骤S4包括：
S41、通信周期和时隙的划分：一个通信周期包含若干个连续的TDMA时隙和一个CSMA时隙，其中TDMA时隙0为主节点专用，TDMA时隙1为一级中继节点专用，TDMA时隙2为二级中继节点专用，以此类推，而CSMA为主节点、中继节点和从节点共同竞争使用，详细说明时隙划分的约定；
S42、通信周期大小，每个TDMA时隙宽度、TDMA时隙数目和CSMA时隙宽度，主节点可根据应用场景的实际情况进行约定和划分，并将时隙规划的信息写入帧头中，帧头的内容包括TDMA时隙个数、TDMA时隙宽度、CSMA时隙宽度和当前时隙号信息，说明通信周期相关参数的形成与参数存放。
2.如权利要求1所述的一种基于高速电力线载波的通信方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11、主节点是数据帧、命令帧和确认帧的发起节点，以及从节点事件帧的目的节点，同时进行通信周期内的时隙安排，详细说明主节点的角色内容；
S12、中继节点负责转发，包括中继节点负责转发，包括转发主节点的数据帧、命令帧、确认帧，以及从节点的事件帧、确认帧，详细说明中继节点的角色内容；
S13、从节点是数据帧、命令帧和确认帧的目的节点，从节点事件帧的发起节点，详细说明从节点的角色内容。
3.如权利要求1所述的一种基于高速电力线载波的通信方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31、数据帧用于传送业务数据，说明数据帧的内容；
S32、命令帧用于主节点对从节点进行配置，说明命令帧的内容；
S33、事件帧用于从节点主动上报，说明事件帧的内容；
S34、确认帧用于从节点收到主节点命令帧后的回复，以及主节点收到从节点上报事件帧的回复，说明确认帧的内容。
4.如权利要求1所述的一种基于高速电力线载波的通信方法，其特征在于，步骤S5包括：
S51，时隙结束时刻的约定：主节点发送的最后一个符号为TDMA时隙0的结束时刻，一级中继节点发送的最后一个符号为TDMA时隙1的结束时刻，二级中继节点发送的最后一个符号为TDMA时隙2的结束时刻，以此类推，最后一级中继节点发送的最后一个符号，为TDMA时隙的结束时刻，同时也是CSMA时隙开始的时刻，主节点、中继节点和从节点均可根据自身实际的发送或接收到数据帧的情况，以及帧头中携带的TDMA时隙个数、TDMA时隙宽度、CSMA时隙宽度和当前时隙号来估算下一个TDMA时隙、CSMA时隙的开始或结束时刻，详细说明通信周期内各个时间边界的约定。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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