一种用于电力线载波通信的快速组网方法技术

本发明专利技术提供了一种用于电力线载波通信的快速组网方法及其具体实施步骤，解决了电力线载波通信系统组网效率低、网络结构复杂和可靠性差的问题。与以往的组网方式相比，本发明专利技术提供的快速组网方法，在完成分级管理、形成系统路由的过程中便已经同步进行了节点关联过程，形成了节点关联表，在提高组网效率的同时保证了系统的通信可靠性；网络的局部重构范围小、效率高，自愈能力较强。本发明专利技术适用于电力线载波系统的数据通信。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电力线载波通信的快速组网方法
本专利技术属于通信领域，具体涉及一种可用于但不局限于电力线载波通信的快速组网方法。
技术介绍
随着全球经济的快速发展、电网建设规模的扩大、对用电质量、用电安全和用电智能要求的不断增长，同时在节能环保的意识驱动下，智能电网的发展与建设已成为世界公认的发展趋势。作为智能电网通信技术的一个重要分支，电力线载波通信(PLC)技术利用现有广泛分布的配电网络作为传输媒介，具有建设速度快、覆盖范围广、投资少、无需重新布线等优势，适用于智能电网中的多种应用服务，如远程抄表(AMR)、家庭局域网(HAN)和城市路灯智能照明系统等等。随着技术的发展，PLC网络的通信速率也由最初的几Kbps迅速发展到目前最高200Mbps(宽带PLC)，近年来，随着多载波窄带PLC技术的出现，电力线载波通信的抗干扰能力大大增强，成为智能电网建设中非常有力的技术方案。为达到高可靠的载波通信效果，不仅需要考虑物理层的滤波设计和调制解调方式，还需要在网络层选择合适的中继组网方式。有别于传统的电话公共网络或计算机通信网络，电力线信道噪声显著且信号衰减严重，频率选择性强且具有时变特征，输入阻抗变化率大，配电网中各台区网络拓扑结构复杂多变，因此传统的静态中继组网方式是不适用的。近年来研究较多的动态中继组网算法多来自无线传感网络(WSN)技术，包括粒子群算法、交叠/非交叠的分簇路由算法、蚁群/类蚁群算法。目前的研究以改进的类蚁群算法为主。这些中继组网的方法各有优缺点，如公开号为CN103874291A、名称为《基于电力线载波的智能组网控制系统和方法》的专利技术专利，公开号为CN102075215A、名称为《一种电力线载波通信中的自动中继组网方法》的专利技术专利，公开号为CN104022955A、名称为《一种中心点征召方法及树簇型网络路由与组网方法》的专利技术专利，公开号为CN103441781、名称为《电力线载波自组网方法和系统》的专利技术专利及公开号为CN103345836、名称为《基于低压电力线载波的自组网抄表方法》的专利技术专利均可认为是非交叠的分簇方法，使用这些方法组网将得到类似树形的网络拓扑图，其网络结构清晰，组网效率高，但链路单一、抗毁性较差，当配电网中某一中继节点发生故障时，将出现部分网络的失效，这部分失效的网络的节点在无人为干预(重新组网)的情况下，即会失联；而如《基于改进蚁群算法的配电网络规划的研究》所描述的类蚁群算法，可以避免传统蚁群算法的早熟性，其连通性、负载均衡要好于其余组网方式，但网络结构复杂，且系统组网低效，因此更适用于局部的网络重构。考虑到我国配电网覆盖范围广、网络容量大，对网络的强度和组网效率都提出了较高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于正针对目前电力线载波通信组网方法存在的不足，提供一种快速可靠的组网方法，通过该方法组成的网络在部分节点发生故障时，能够实现无人工干预地局部重构，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：电力线载波主节点向系统中的全体从节点发起“主节点组网”广播，各个从节点根据接收到的信号强度以及节点内预设的信号阈值选择是否响应，若当前从节点接受到的组网报文信号强度大于其所设的信号阈值，则回复主节点“入网请求”报文；进一步地，考虑到电力线载波通信信道的共用，此处回复“入网请求”的从节点可根据自身的物理ID号来分时回复，若使用OFMD调制解调方式，也可考虑通过使用不同频率的子载波来实现同时回复。步骤二：主节点收到“入网请求”的节点回复报文，分析其报文信息后确定可作为一级中继的第一中继层内的所有从节点，而后发送广播“入网确认”报文，报文包括所有第一中继层内的从节点ID号，各从节点收到包含自身ID的“入网确认”广播报文后，确定自身已加入第一中继层；步骤三：主节点在第一中继层内选择某一从节点，向其发送“中继组网”命令；步骤四：收到“中继组网”命令的当前从节点作为中继节点，向电力线网络中发送“从节点组网”广播，告知网络中其余节点可以加入该子网。“从节点组网”报文中包含该节点所在层级；在该步骤中，网络中同时收到“从节点组网”广播命令的节点可分为两类：已加入第k中继层的部分节点，和未加入网络的其余普通节点。步骤五：当前节点接收到“从节点组网”报文，根据步骤一中所述的判断条件，判断自身是否向原中继节点发送回复报文。若当前节点未加入任何中继层，则将其定义为普通节点，普通节点可作为下层节点，并向当前中继节点回复“加入子网”报文，该报文包括：“加入子网”命令、当前普通节点ID号、当前普通节点此次接收的信号强度、当前普通节点历史连通概率；若当前节点已加入第k中继层，则将其定义为可通信节点，可通信节点可作为同层或上层关联节点，并向当前中继节点回复“节点关联”报文，报文包括：“节点关联”命令、当前节点ID号、当前节点此次接收的信号强度、当前节点所在层级、当前节点历史连通概率；步骤六：当前中继节点收到回复后，解析出下层节点与同层或上层关联节点，建立路由信息表并存储，而后向所有下层节点发送“同意加入”广播报文和向所有同层或上层关联节点发送“确认关联”广播报文，建立与下层节点的管理关系，以及与同层或上层关联节点的关联关系；该步骤是当前中继节点完成分级管理的过程，同时也是建立该节点的关联关系的过程。步骤七：当前中继节点向主节点发送其所有确认的同层或上层关联节点的信息，包括同层或上层关联节点ID号、关联优先级，和同层或上层关联节点的层级数，主节点中建立或更新该同层或上层关联节点的关联信息表；步骤八：当前中继节点向主节点发送其子网内包含的所有下层节点的ID号，主站建立或更新当前中继节所管理区域的网络拓扑结构；返回重复步骤三至步骤八，直至第一中继层内所有中继节点均完成上述动作，主站检视已加入网络中的节点，若所有节点ID号均已找到，则完成关联组网，向下进行步骤十；若尚有未找到的节点，则向下进行步骤九；步骤九：当前组网层级数为n，主节点选择第n层中的第k个节点进行如步骤四直步骤八所述的“从节点组网”流程；步骤十：主节点确认所有节点均加入网络后，各子网最底层节点依次发送“从节点组网”广播命令，为最底层每个节点找到关联节点，完成关联组网的流程。优选地，组网完成后，主节点或某一中继节点内部存储的内容包括自身的上级中继节点的ID号，和自身子网内的所有从节点ID号及其对应的节点关联表。优选地，在步骤六中，选取关联节点时优先考虑当前中继节点的上级中继节点，以达到保留最短路径的效果；其次优先考虑不共用一个上级中继节点的节点，以增强网络的抗毁性。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种采用上述的组网方法形成的网络当某节点的通信链路失效时的局部重构方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：当前失效节点的第一上层中继节点查询自身内部存储的当前失效节点的节点关联表，若有关联节点在自身子网内的，则进入第三步；若关联节点均不在自身子网，则向上一层中继节点发送“节点失效”报文，进入第二步；第二步、当前失效节点的第二上层中继节点查询自身子网，若关联节点在子网内，则进入第三步，若不在自身子网内，则向再上一层的中继节点发送“节点失效”报文后返回第一步；第三步、若找到的关联节能有效地连通前失效节点，则通过该关联节点向当前失效节点转发命令报文，令当前失效节点归入其关联节点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电力线载波通信的快速组网方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：电力线载波主节点向系统中的全体从节点发起“主节点组网”广播，各个从节点根据接收到的信号强度以及节点内预设的信号阈值选择是否响应，若当前从节点接受到的组网报文信号强度大于其所设的信号阈值，则回复主节点“入网请求”报文；步骤二：主节点收到“入网请求”的回复报文，分析其报文信息后确定可作为一级中继的第一中继层内的所有从节点，而后发送广播报文“入网确认”，报文包括所有第一中继层内的从节点ID号，各从节点收到“入网确认”报文，则确认自身已加入第一中继层；步骤三：主节点在第一中继层内选择某一从节点，向其发送“中继组网”命令；步骤四：将收到“中继组网”命令的当前从节点定义为中继节点，中继节点向电力线网络中发送“从节点组网”广播；步骤五：当前节点接收到“从节点组网”报文，若当前节点未加入任何中继层，则将其定义为普通节点，普通节点可作为下层节点，并向当前中继节点回复“加入子网”报文，该报文包括：“加入子网”命令、当前普通节点ID号、当前普通节点此次接收的信号强度、当前普通节点历史连通概率；若当前节点已加入第k中继层，则将其定义为可通信节点，可通信节点可作为同层或上层关联节点，并向当前中继节点回复“节点关联”报文，报文包括：“节点关联”命令、当前节点ID号、当前节点此次接收的信号强度、当前节点所在层级、当前节点历史连通概率；步骤六：当前中继节点收到回复后，解析出下层节点与同层或上层关联节点，建立路由信息表并存储，而后向所有下层节点发送“同意加入”广播报文和向所有同层或上层关联节点发送“确认关联”广播报文，建立与下层节点的管理关系，以及与同层或上层关联节点的关联关系；步骤七：当前中继节点向主节点发送其所有确认的同层或上层关联节点的信息，包括同层或上层关联节点ID号、关联优先级，和同层或上层关联节点的层级数，主节点中建立或更新该同层或上层关联节点的关联信息表；步骤八：当前中继节点向主节点发送其子网内包含的所有下层节点的ID号，主站建立或更新当前中继节所管理区域的网络拓扑结构；返回重复步骤三至步骤八，直至第一中继层内所有中继节点均完成上述动作，主站检视已加入网络中的节点，若所有节点ID号均已找到，则完成关联组网，向下进行步骤十；若尚有未找到的节点，则向下进行步骤九；步骤九：当前组网层级数为n，主节点选择第n层中的第k个节点进行如步骤四直步骤八所述的“从节点组网”流程；步骤十：主节点确认所有节点均加入网络后，各子网最底层节点依次发送“从节点组网”广播命令，为最底层每个节点找到关联节点，完成关联组网的流程。...

【技术特征摘要】
1.一种用于电力线载波通信的快速组网方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：电力线载波主节点向系统中的全体从节点发起“主节点组网”广播，各个从节点根据接收到的信号强度以及节点内预设的信号阈值选择是否响应，若当前从节点接受到的组网报文信号强度大于其所设的信号阈值，则回复主节点“入网请求”报文；步骤二：主节点收到“入网请求”的回复报文，分析其报文信息后确定可作为一级中继的第一中继层内的所有从节点，而后发送广播报文“入网确认”，报文包括所有第一中继层内的从节点ID号，各从节点收到“入网确认”报文，则确认自身已加入第一中继层；步骤三：主节点在第一中继层内选择某一从节点，向其发送“中继组网”命令；步骤四：将收到“中继组网”命令的当前从节点定义为中继节点，中继节点向电力线网络中发送“从节点组网”广播；步骤五：当前节点接收到“从节点组网”报文，若当前节点未加入任何中继层，则将其定义为普通节点，普通节点可作为下层节点，并向当前中继节点回复“加入子网”报文，该报文包括：“加入子网”命令、当前普通节点ID号、当前普通节点此次接收的信号强度、当前普通节点历史连通概率；若当前节点已加入第k中继层，则将其定义为可通信节点，可通信节点可作为同层或上层关联节点，并向当前中继节点回复“节点关联”报文，报文包括：“节点关联”命令、当前节点ID号、当前节点此次接收的信号强度、当前节点所在层级、当前节点历史连通概率；步骤六：当前中继节点收到回复后，解析出下层节点与同层或上层关联节点，建立路由信息表并存储，而后向所有下层节点发送“同意加入”广播报文和向所有同层或上层关联节点发送“确认关联”广播报文，建立与下层节点的管理关系，以及与同层或上层关联节点的关联关系；步骤七：当前中继节点向主节点发送其所有确认的同层或上层关联节点的信息，包括同层或上层关联节点ID号、关联优先级，和同层或上层关联节点的层级数，主节点中建立或更新该同层或上层关联节点的关联信息表；步骤八：当前中继节点向主节点发送其子网内包含的所有下层节点的ID号，主站建立或更新当前中继节所管理区域的网络拓扑结构；返回重复步骤三至步骤八，直至第一中继层内所有中继节点均完成上述动作，主站检视已加入网络中的节点，若所有节点ID号均已找到，则完成关联组网，向下进行步骤十；若尚有未找到的节点，则向下进行步骤九；步骤九：当前组网层级数为n，主节点选择第n层中的第j个节点进行如步骤四直步骤八所述的“从节点组网”流程；步骤十：主节点确认所有节点均加入网络后，各子网最底层节点依次发送“从节点组网”广播命令，为最底层每个节点找到关联节...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小东，鞠晨，张伟，李乙，侯斌，
申请(专利权)人：上海电器科学研究院，上海电器科学研究所集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31