一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，針對(duì)電力線寬帶載波通信廣播數(shù)據(jù)的傳輸特征和面臨的問題，提出了采用基于TDMA的時(shí)隙分配算法和信號(hào)干擾噪聲比檢測(cè)相結(jié)合的雙重保障機(jī)制，保證了廣播通信的可靠性和通信效率。在TDMA基礎(chǔ)上提出了時(shí)隙同步算法，使得節(jié)點(diǎn)具有唯一的時(shí)隙。廣播數(shù)據(jù)采用時(shí)隙同步算法，使得子節(jié)點(diǎn)在廣播數(shù)據(jù)幀接收結(jié)束時(shí)啟動(dòng)時(shí)隙定時(shí)器，為轉(zhuǎn)發(fā)廣播數(shù)據(jù)幀的時(shí)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確同步，從而最大限度避免了數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)的沖突。
【專利說明】
一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電力線寬帶載波通信領(lǐng)域，具體是一種電力線寬帶載波網(wǎng)絡(luò)廣播通信和時(shí)隙同步方法。本發(fā)明用于解決電力線寬帶載波廣播通信同步的問題。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)電力工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，電力系統(tǒng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)對(duì)用電信息自動(dòng)采集提出了更高要求，不僅需要準(zhǔn)確、準(zhǔn)時(shí)抄錄用電戶的用電量，計(jì)算線損，做好線路的優(yōu)化，還需要了解每天的用電曲線，做好負(fù)荷預(yù)測(cè)，為電廠或者電站進(jìn)行有效的反饋，使其能更有效地制定計(jì)劃發(fā)電。因此，傳統(tǒng)的低速數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)不能滿足商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的要求。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)，從電能表、采集器到集中器大都采取485布線、窄帶低頻電力線載波或無線通信方式。這些抄表系統(tǒng)普遍存在施工難度大、帶寬過窄、速率過低、實(shí)時(shí)性差等問題，難以滿足供電企業(yè)用電預(yù)付費(fèi)、斷復(fù)電和防竊電等高層次的管理要求。
[0004]針對(duì)以上問題，越來越多企業(yè)采用低壓電力線寬帶載波通信技術(shù)運(yùn)用到抄表系統(tǒng)，由于電力線寬帶載波通信技術(shù)采用了 0FDM(正交頻分復(fù)用)、DMT(多載波調(diào)制)等調(diào)制技術(shù)。該技術(shù)的本質(zhì)思想是將信道分成若干個(gè)正交子信道，然后把傳輸速率相對(duì)較高的數(shù)據(jù)流分割成多個(gè)并行傳輸?shù)膫鬏斔俾瘦^低的子數(shù)據(jù)流，分別調(diào)至不同的正交子信道進(jìn)行傳送，這樣就能將多徑衰落信道轉(zhuǎn)換成相對(duì)平坦的子信道，能夠有效的對(duì)抗電力線通信中的多徑衰落。寬帶載波通信具備更好的抗電網(wǎng)噪聲能力、更寬的傳輸帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸速度等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]寬帶載波模塊包括集中器端的主節(jié)點(diǎn)和電表端的子節(jié)點(diǎn)。通信網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)組成，子節(jié)點(diǎn)數(shù)量可到達(dá)1000個(gè)以上。子節(jié)點(diǎn)之間相互不能直接通信，但可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)類型可以是星型網(wǎng)絡(luò)、簇形網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)，網(wǎng)絡(luò)的具體構(gòu)架由主節(jié)點(diǎn)確定。
[0006]在用電信息集抄應(yīng)用中，有時(shí)需要進(jìn)行廣播校時(shí)、組網(wǎng)等廣播通信。電力線寬帶載波通信網(wǎng)絡(luò)按層分為物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。寬帶載波通信網(wǎng)絡(luò)建立以后，廣播通信主要由鏈路層進(jìn)行傳輸控制。廣播通信特點(diǎn)使得多個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈路層會(huì)在相同時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致相互干擾，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，或者無法對(duì)廣播進(jìn)行回復(fù)，存在效率低、可靠性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)電力線寬帶載波網(wǎng)絡(luò)廣播通信的特點(diǎn)和存在的問題，提出了一種檢測(cè)信號(hào)干擾噪聲比并結(jié)合TDMA算法的廣播通信同步方法。
[0008]信號(hào)干擾噪聲比(SINR)是載波通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要參量，信號(hào)干擾噪聲比的準(zhǔn)確估計(jì)是OFDM電力線通信系統(tǒng)進(jìn)行比特加載、功率控制等的主要依據(jù)。信號(hào)干擾噪聲比的評(píng)估方法很多，具體可以參考相關(guān)文獻(xiàn)。例如:專利《一種電力線通信系統(tǒng)中信號(hào)干擾噪聲比的盲估計(jì)方法》。
[0009]技術(shù)方案:一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，介質(zhì)訪問控制層(MAC)在進(jìn)行廣播通信時(shí)，采用時(shí)分多址(TDMA)和檢測(cè)信號(hào)干擾噪聲比(SINR)相結(jié)合的方法:
[0010]介質(zhì)訪問控制層(MAC)采用時(shí)分多址(TDMA)時(shí)隙分配算法進(jìn)行廣播數(shù)據(jù)發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)，子節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行傳輸時(shí)，等到節(jié)點(diǎn)自身的時(shí)隙后，先隨機(jī)延遲0-80個(gè)字節(jié)發(fā)送的時(shí)間Tr，然后在Tc的時(shí)間內(nèi)通過檢測(cè)信號(hào)干擾噪聲比(SINR)是否超出設(shè)定閾值判斷是否有時(shí)隙碰撞，如果檢測(cè)到?jīng)]有碰撞則進(jìn)行傳輸，其中:
[0011 ] Tr: (O?80隨機(jī)數(shù))X 8 X (I/通信波特率)；
[0012]Tc:信號(hào)干擾噪聲比(SINR)檢測(cè)時(shí)間；
[0013]如果檢測(cè)到有時(shí)隙碰撞，數(shù)據(jù)沒有發(fā)送成功，那么子節(jié)點(diǎn)等待下一輪時(shí)隙，重復(fù)檢測(cè)過程。
[0014]優(yōu)選的，所述子節(jié)點(diǎn)時(shí)隙分配算法為:
[0015]通過式子n = mod (MID，m)計(jì)算序列數(shù)η，得到時(shí)間片Tn，節(jié)點(diǎn)在時(shí)間片Tn有權(quán)進(jìn)行傳輸，式中:
[0016]MID:子節(jié)點(diǎn)地址的低兩個(gè)字節(jié)數(shù)值；
[0017]m:網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
[0018]優(yōu)選的，電力線通信系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用調(diào)制(OFDM)，并且電力線通信信道采用多徑模型。
[0019]在一些實(shí)施方式中，信號(hào)干擾噪聲比(SINR)采用信號(hào)干擾噪聲比的盲估計(jì)方法，具體參照專利申請(qǐng)“201410020945.X”，《一種電力線通信系統(tǒng)中信號(hào)干擾噪聲比的盲估計(jì)方法》;在一些實(shí)施方式中，信號(hào)干擾噪聲比(SINR)采用以檢測(cè)信號(hào)的均值與方差的比值作為信干噪比的方法進(jìn)行評(píng)估。
[0020]優(yōu)選的，各個(gè)子節(jié)點(diǎn)在廣播數(shù)據(jù)幀接收結(jié)束時(shí)啟動(dòng)一個(gè)時(shí)隙定時(shí)器進(jìn)行準(zhǔn)確同步。
[0021]有益效果:鏈路層通信采用TDMA算法，解決了廣播傳輸和對(duì)廣播的單個(gè)回復(fù)等問題。鏈路層采用TDMA算法為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)設(shè)備在自己的時(shí)隙進(jìn)行廣播傳輸和數(shù)據(jù)響應(yīng)。在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)通過信號(hào)干擾噪聲比檢測(cè)和判斷，提高了發(fā)送成功率。這樣可以在充分提升廣播通信可靠性的情況下提高通信效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是寬帶載波通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
[0023]圖2是時(shí)隙同步機(jī)制結(jié)構(gòu)圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0025]在進(jìn)行寬帶載波廣播通信時(shí)，鏈路層等待到當(dāng)前時(shí)間為節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)隙的開始時(shí)間，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)前采用信號(hào)干擾噪聲比SINR檢測(cè)當(dāng)前信道是否有沖突。如果信道評(píng)估結(jié)果為占用，則隨機(jī)退避一定的時(shí)間再次檢測(cè)。經(jīng)過幾次檢測(cè)如果一直為信道占用，則發(fā)送失敗。如果檢測(cè)到信道空閑(信號(hào)干擾噪聲小于設(shè)定值)，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0026]如圖2所示，寬帶載波通信網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)過程中以及數(shù)據(jù)廣播過程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間采用基于TDMA的時(shí)隙同步算法進(jìn)行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0027]TDMA 算法
[0028]I)時(shí)隙(Tb)的定義:一個(gè)時(shí)隙是分配給一個(gè)子節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)送廣播幀的固定時(shí)間，總計(jì)為Tb，具體定義如圖2所示。
[0029]說明:
[0030]Tb固定為一個(gè)時(shí)間段，例如300ms，其中包括信號(hào)發(fā)送時(shí)間Ts(例如200ms)和保護(hù)時(shí)隙Tp (例如100ms)。
[0031]2)節(jié)點(diǎn)時(shí)隙定位
[0032]節(jié)點(diǎn)時(shí)隙定位是將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的子節(jié)點(diǎn)分配到不同的時(shí)隙內(nèi)，盡可能的使多個(gè)子節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙離散，以減少其在傳輸時(shí)沖突的概率。時(shí)隙定位計(jì)算的方式是:
[0033]計(jì)算序列數(shù)n，得到時(shí)間片Tn，節(jié)點(diǎn)在時(shí)間片Tn有權(quán)進(jìn)行傳輸。序列數(shù)η計(jì)算公式為:
[0034]n=mod(MID,m)；
[0035]其中:
[0036]MID:子節(jié)點(diǎn)地址的低兩個(gè)字節(jié)數(shù)值；
[0037I m:網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
[0038]子節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行傳輸時(shí)，等到節(jié)點(diǎn)自身的時(shí)隙后，先隨機(jī)延遲0-80個(gè)字節(jié)發(fā)送的時(shí)間Tr，然后在Tc的時(shí)間內(nèi)通過檢測(cè)信號(hào)干擾噪聲比SINR是否超出設(shè)定閾值判斷是否有時(shí)隙碰撞，如果檢測(cè)到?jīng)]有碰撞則進(jìn)行傳輸，其中:
[0039]Tr: (O?80隨機(jī)數(shù))X8X (I/通信波特率)；
[0040]Tc:信道沖突檢測(cè)時(shí)間。
[0041]如果檢測(cè)到有時(shí)隙碰撞，數(shù)據(jù)沒有發(fā)送成功，那么子節(jié)點(diǎn)等待下一輪時(shí)隙重復(fù)這個(gè)檢測(cè)判斷過程。網(wǎng)絡(luò)組建完成后，因?yàn)橛辛宋ㄒ坏臅r(shí)隙，不需要隨機(jī)等待時(shí)間Tr。
[0042]在優(yōu)選的實(shí)施例中，信號(hào)干擾噪聲比(SINR)采用信號(hào)干擾噪聲比的盲估計(jì)方法，具體實(shí)施參照專利申請(qǐng)“201410020945.X”，《一種電力線通信系統(tǒng)中信號(hào)干擾噪聲比的盲估計(jì)方法》;在其它的實(shí)施例中，信號(hào)干擾噪聲比(SINR)采用以檢測(cè)信號(hào)的均值與方差的比值作為信干噪比的方法進(jìn)行評(píng)估。
[0043]節(jié)點(diǎn)具有唯一的時(shí)隙。廣播數(shù)據(jù)采用時(shí)隙同步算法，使得子節(jié)點(diǎn)在廣播數(shù)據(jù)幀接收結(jié)束時(shí)啟動(dòng)時(shí)隙定時(shí)器，為轉(zhuǎn)發(fā)廣播數(shù)據(jù)幀的時(shí)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確同步。從而最大限度避免了數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)的沖突。
[0044]盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)例進(jìn)行了說明，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改、變化，和等同物有所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
[0045]本發(fā)明未涉及技術(shù)均與現(xiàn)有技術(shù)相同，或可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，其特征在于介質(zhì)訪問控制層(MAC)在進(jìn)行廣播通信時(shí)，采用時(shí)分多址(TDMA)和檢測(cè)信號(hào)干擾噪聲比(SINR)相結(jié)合的方法: 介質(zhì)訪問控制層(MAC)采用時(shí)分多址(TDMA)時(shí)隙分配算法進(jìn)行廣播數(shù)據(jù)發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)，子節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行傳輸時(shí)，等到節(jié)點(diǎn)自身的時(shí)隙后，先隨機(jī)延遲0-80個(gè)字節(jié)發(fā)送的時(shí)間Tr，然后在Tc的時(shí)間內(nèi)通過檢測(cè)信號(hào)干擾噪聲比(SINR)是否超出設(shè)定閾值判斷是否有時(shí)隙碰撞，如果檢測(cè)到?jīng)]有碰撞則進(jìn)行傳輸，其中: Tr: (O?80隨機(jī)數(shù))X 8 X (I/通信波特率)； Tc:信號(hào)干擾噪聲比(SINR)檢測(cè)時(shí)間； 如果檢測(cè)到有時(shí)隙碰撞，數(shù)據(jù)沒有發(fā)送成功，那么子節(jié)點(diǎn)等待下一輪時(shí)隙，重復(fù)檢測(cè)過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，其特征在于所述子節(jié)點(diǎn)時(shí)隙分配算法為: 通過式子n=mod(MID，m)計(jì)算序列數(shù)n，得到時(shí)間片Tn，節(jié)點(diǎn)在時(shí)間片Tn有權(quán)進(jìn)行傳輸，式中: MID:子節(jié)點(diǎn)地址的低兩個(gè)字節(jié)數(shù)值； m:網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子節(jié)點(diǎn)數(shù)量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，其特征在于電力線通信系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用調(diào)制(OFDM)，并且電力線通信信道采用多徑模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，其特征在于信號(hào)干擾噪聲比(SINR)采用信號(hào)干擾噪聲比的盲估計(jì)方法或以檢測(cè)信號(hào)的均值與方差的比值作為信干噪比的方法進(jìn)行評(píng)估。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力線寬帶載波廣播通信同步方法，其特征在于各個(gè)子節(jié)點(diǎn)在廣播數(shù)據(jù)幀接收結(jié)束時(shí)啟動(dòng)一個(gè)時(shí)隙定時(shí)器進(jìn)行準(zhǔn)確同步。
【文檔編號(hào)】H04W74/02GK105873230SQ201610187564
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】薛軍, 陸寒熹, 蔣長(zhǎng)獻(xiàn)
【申請(qǐng)人】南京林洋電力科技有限公司, 江蘇林洋能源股份有限公司