專利名稱：一種低壓載波中繼優(yōu)化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種低壓載波通信設(shè)備，尤其涉及一種對于低壓載波組網(wǎng)中的中 繼進行優(yōu)化的設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年隨著電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，以及國內(nèi)外資金的大批注入，關(guān)于低壓載 波信道這一塊的科研工作取得了重大突破，為低壓電力載波通信技術(shù)的成熟創(chuàng)造了條件。 但是就目前的低壓載波通信而言仍存在著技術(shù)瓶頸，如，衰減、干擾與動態(tài)變化等都是制約 著低壓載波通信發(fā)展的關(guān)鍵因素。擴頻技術(shù)、多載波調(diào)制、自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)以及正交頻分復(fù) 用技術(shù)等的采用都從物理通道上提高了載波的抗干擾能力及可靠性。組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化也是 載波抗衰減采取的重要措施，目前國內(nèi)外比較推崇的組網(wǎng)技術(shù)主要有三種Echelon的Lonworks技術(shù)。Lonworks技術(shù)自身具有“全網(wǎng)監(jiān)聽、沖突避讓”機制， 在無需了解低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的情況下可以通過隨機搜索的思路，逐步覆蓋全網(wǎng)。 這一技術(shù)中采用隨機中繼的技術(shù)將導(dǎo)致中繼效率不高，而且，對于無法形成鏈路的“孤島”， 它也無能為力。DLC1000。DLC1000組網(wǎng)協(xié)議中，由客戶端周期性維護優(yōu)化路由表，服務(wù)端對路由只 需做很少處理，因此可降低服務(wù)端成本。但客戶端與服務(wù)端通信時需帶上到該服務(wù)端的鏈 路表，這樣，每一個物理幀需要花3個字節(jié)來表示中繼地址，傳輸效率不高。而且路由表相 對靜態(tài)，不能隨電網(wǎng)的變化而實時更改，這就導(dǎo)致通信可靠性不高，同時也無法避免“孤島” 現(xiàn)象。SFN。單頻網(wǎng)SFN的組網(wǎng)思路時提倡一種全網(wǎng)同步齊呼的概念，所以在此過程中， 是可以不考慮沖突避讓的概念，客戶端和所有的服務(wù)端都充當中繼。這一技術(shù)的優(yōu)點在于 齊呼加大了傳輸信號幅度，中繼效率提高，而且通過齊呼，能夠突破芯片物理層通信能力的 桎梏，可以最大程度地避免“孤島”現(xiàn)象的發(fā)生。這一技術(shù)可以很好的解決上述兩種技術(shù)中 存在的問題，但是齊呼也為這一技術(shù)帶來了一個難點，那就是全網(wǎng)齊呼容易導(dǎo)致局部范圍 的電網(wǎng)諧波系數(shù)超標，損害用戶家用電器。

實用新型內(nèi)容本實用新型在SFN組網(wǎng)技術(shù)和IEC61334標準的基礎(chǔ)上提出了部分齊呼，通過靜態(tài) 和動態(tài)分配相結(jié)合優(yōu)化了中繼配置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于全網(wǎng)齊呼可能導(dǎo)致的電網(wǎng)諧波 系數(shù)超標的現(xiàn)象。為解決上述問題，本實用新型的低壓載波中繼優(yōu)化設(shè)備，包括客戶端，基于單頻網(wǎng) 技術(shù)的組網(wǎng)中的從節(jié)點，客戶端設(shè)有一計時發(fā)送模塊，該模塊與各從節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)相連，從 節(jié)點中設(shè)置有計時接收模塊、發(fā)送模塊以及判決控制模塊，從節(jié)點中的計時接收模塊、發(fā)送 模塊分別與判決控制模塊相連接，實現(xiàn)優(yōu)化配置的物理幀是一具有特殊字節(jié)的物理幀。IEC61334標準中定義的自動組網(wǎng)過 ，組網(wǎng)之前所有的服務(wù)端均為中繼，且MAC地址為NEW，即為OxFFE。這一組網(wǎng)過程中，客戶端發(fā)現(xiàn)從節(jié)點并按照發(fā)現(xiàn)的順序給各級節(jié) 點分配MAC地址，但是由于這一過程中是所有節(jié)點都充當中繼的，就容易使得作為某一節(jié) 點的中繼節(jié)點過多，造成該節(jié)點附近的電網(wǎng)可能會存在諧波污染嚴重的現(xiàn)象。在中繼開始前，通過人為控制，由客戶端得初始配置模塊發(fā)出指令，對從節(jié)點進行 初始配置，一旦某節(jié)點在中繼優(yōu)化開始前被進行了初始配置，在進行動態(tài)的中繼優(yōu)化過程 中該狀態(tài)時不能被更改的，我們稱之為靜態(tài)配置，這一配置我們可將其再分為兩類，分別是 靜態(tài)中繼配置與靜態(tài)非中繼配置。中繼優(yōu)化過程中如果組網(wǎng)中存在大量的未人工配置的節(jié) 點，動態(tài)中繼就很難覆蓋到每一個節(jié)點，此時靜態(tài)中繼的存在就能夠起到很好的補充效果， 輔助完成對于組網(wǎng)中各節(jié)點的完全覆蓋。除此之外，信號在電力線上傳輸較遠距離后，信號 強度降低，一旦低于有效接收信號強度即閾值將會被視為無效信號，這樣經(jīng)過各級節(jié)點的 轉(zhuǎn)發(fā)就保證了數(shù)據(jù)到達目的節(jié)點時信號強度不會衰減太多，在一定程度上保證了數(shù)據(jù)傳輸 的可靠性。而對于在中繼優(yōu)化開始前被配置為靜態(tài)非中繼的節(jié)點，這些節(jié)點能夠減少優(yōu)化 過程中不必要的中繼節(jié)點，對于產(chǎn)生諧波污染的狀況起到約束效果。本實用新型中，在中繼優(yōu)化過程中，我們涉及到通過模塊自動對從節(jié)點進行配置， 這一配置是動態(tài)的，我們稱其為動態(tài)分配，而靜態(tài)分配是優(yōu)先于動態(tài)分配的?？蛻舳税l(fā)送中繼優(yōu)化開始命令，所有從節(jié)點收到該命令后進入中繼優(yōu)化過程。 在中繼優(yōu)化開始時，客戶端中的計時發(fā)送模塊開始計時并發(fā)送一個子時隙物理幀，即為 0x2E3C，記初始時刻為零，從節(jié)點進入中繼優(yōu)化后提高其有效接收信號強度，與此同時，從 節(jié)點中的計時接收模塊開始計時，這一計時動作貫徹優(yōu)化過程的始終。由于組網(wǎng)過程中客 戶端已為各節(jié)點分配MAC地址，該MAC地址單獨且唯一，靜態(tài)配置的節(jié)點是由人工配置且 相對不變的，而對于動態(tài)配置的節(jié)點，當該動態(tài)配置的從節(jié)點接收到客戶端發(fā)出的0x2E3C 時，這一從節(jié)點的判決控制模塊將計時接收模塊計時的時長與該節(jié)點的MAC地址乘上子時 隙的時間相比較，如果在該從節(jié)點MAC地址個時隙到來之前接收到0x2E3C則判決控制模塊 判定該節(jié)點為動態(tài)非中繼節(jié)點并退出中繼優(yōu)化過程；如果在該從節(jié)點MAC地址個時隙到來 之前如果沒有接收到0x2E3C則判決控制模塊判定該節(jié)點為動態(tài)中繼節(jié)點，并且判決控制 模塊發(fā)出指令給發(fā)送模塊，控制該模塊在時長達到該節(jié)點MAC地址個子時隙時發(fā)送0x2E3C 并退出中繼優(yōu)化過程，如此實現(xiàn)對于組網(wǎng)中節(jié)點的中繼再分配，實現(xiàn)中繼優(yōu)化。在退出中繼 優(yōu)化過程時，各從節(jié)點將其有效接收信號強度恢復(fù)為默認值。因此，這一優(yōu)化過程可歸納為在SFN組網(wǎng)和IEC61334標準的基礎(chǔ)上實現(xiàn)靜態(tài)結(jié)合 動態(tài)的中繼分配，從而達到優(yōu)化的目的。人工靜態(tài)指定必需且相對不變的中繼，動態(tài)中繼優(yōu) 化自動指定最優(yōu)中繼，如此節(jié)點均能得到合理配置，而不是所有從節(jié)點充當中繼。這樣的方 案在避免孤島節(jié)點出現(xiàn)的同時減少了不必要的中繼，從而避免了因過多節(jié)點同時轉(zhuǎn)發(fā)帶來 的諧波污染。作為優(yōu)化，客戶端的計時發(fā)送模塊和從節(jié)點中的計時接收模塊是同步計時的。本 實用新型進行動態(tài)分配時，是針對從節(jié)點中的計時接收模塊與該節(jié)點的MAC地址個子時隙 進行比較的，從節(jié)點中的計時接收模塊與客戶端的計時發(fā)送模塊實現(xiàn)同步，使得比較就有 了意義，可以看做更為有效的參照。作為優(yōu)化，客戶端的計時發(fā)送模塊以及從節(jié)點的發(fā)送模塊發(fā)送的為一具有兩個特 殊字節(jié)的物理幀。首先，子時隙物理幀字節(jié)數(shù)僅為兩個，所占信道小，對整個網(wǎng)絡(luò)的通信影響也就更小，再有，子時隙所占時長較短，縮短了中繼優(yōu)化的時間。作為優(yōu)化，從節(jié)點的判決控制模塊的控制依據(jù)是計時接收模塊的計時時間。判決 控制模塊就是將計時接收模塊接收到客戶端發(fā)出的0x2E3C時的計時時長與節(jié)點的MAC地 址個時隙相比較，然后依照二者之間的大小關(guān)系，做出對動態(tài)配置的從節(jié)點的分配。在節(jié)點 被判為動態(tài)節(jié)點時，判決控制模塊接收到計時接收模塊返回的信息，發(fā)出指令給發(fā)送模塊， 發(fā)送模塊發(fā)出具有兩個特殊字節(jié)的物理幀，即0x2E 3C。中繼優(yōu)化過程所花的時間等于最大MAC地址與子時隙時間的乘積。中繼優(yōu)化過程 中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點利用自身MAC地址個子時隙時長與客戶端計時時長相比較，一旦優(yōu)化完 所有節(jié)點則此次中繼優(yōu)化過程結(jié)束，因而整個中繼優(yōu)化所花的時間等于MAC地址的最大值 與子時隙時間的乘積，通常一次中繼優(yōu)化過程只需要畫上數(shù)秒鐘的時間，可以在短時間內(nèi) 實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的最佳優(yōu)化。本實用新型的低壓載波組網(wǎng)中繼優(yōu)化的實現(xiàn)方法的優(yōu)點在于實用新型在基于 SFN組網(wǎng)和IEC61334標準的基礎(chǔ)上提出了利用提高有效接收信號強度尋找最佳中繼節(jié)點 中繼優(yōu)化方法，實現(xiàn)對電力載波網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)中繼，有SFN中的全網(wǎng)齊呼轉(zhuǎn)變到本技術(shù)中的 部分齊呼，同時結(jié)合人工設(shè)置的靜態(tài)中繼，既最大程度地保證了不出現(xiàn)孤島節(jié)點，又解決了 因齊呼而導(dǎo)致的局部范圍的電網(wǎng)諧波系數(shù)超標的問題，再有就是，整個中繼優(yōu)化過程完成 整個網(wǎng)絡(luò)的最佳優(yōu)化只需要畫上數(shù)秒鐘，在相當短的時間即可完成優(yōu)化過程，優(yōu)化效率很 尚ο

圖1是本實用新型所述的設(shè)備中的模塊連接關(guān)系圖；圖2是基于IEC61334標準的自動組網(wǎng)過程示意圖；圖3是本實用新型中的物理幀與時隙的關(guān)系示意圖；圖4是本實用新型中的中繼優(yōu)化過程的示意圖；圖5是本實用新型中進行中繼優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案做進一步的說明。實施例首先說明的是，本實用新型是基于現(xiàn)有的SFN組網(wǎng)和IEC61334標準的，SFN組網(wǎng) 和IEC61334標準的基礎(chǔ)上實現(xiàn)靜態(tài)結(jié)合動態(tài)的中繼分配，從而達到優(yōu)化的目的。如圖1所示，客戶端設(shè)有一初始配置模塊1與計時發(fā)送模塊2，而在從節(jié)點設(shè)有計 時接收模塊3，該計時接收模塊3與客戶端的計時發(fā)送模塊2相連接，從節(jié)點中還設(shè)有判決 控制模塊4與發(fā)送模塊5，判決控制模塊4與計時接收模塊3相連，用于對接收到客戶端發(fā) 出的物理幀時的計時時長進行判斷，從而向與之相連的發(fā)送模塊5發(fā)出指令，控制發(fā)送模 塊5是否發(fā)出物理幀。在IEC61334標準中定義的自動組網(wǎng)過如圖2所示，圖2所示的為一 3級中繼能滿 足現(xiàn)場拓撲結(jié)構(gòu)的例子。組網(wǎng)之前所有的服務(wù)端均為中繼，且無MAC地址即為NEW，自動組 網(wǎng)開始，客戶端開始發(fā)現(xiàn)1級節(jié)點并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的順序給各級節(jié)點分配MAC地址，圖中1級站點有5個，所以分配1-5的MAC地址。接著客戶端發(fā)現(xiàn)2級節(jié)點并給它們分配MAC地址，再 3級節(jié)點。至此，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)已形成。所有節(jié)點都充當中繼，避免了“孤島”節(jié)點的出現(xiàn)， 但3級節(jié)點MAC15、MAC16由過多的2級節(jié)點充當其中繼，在它們附近的電網(wǎng)可能會存在諧 波污染嚴重的現(xiàn)象，在這一組網(wǎng)基礎(chǔ)上對該網(wǎng)絡(luò)進行中繼優(yōu)化。中繼優(yōu)化時，物理層將打破原有的物理幀格式，將一個時隙分為21個子時隙即 Tsub，物理幀與時隙的關(guān)系如如2所示由于原先的物理幀固定為42個字節(jié)，因而每個子時 隙傳輸2個字節(jié)即0x2E3C，并且有效接收信號強度(有效接收信號強度即用來判斷是否為 有效信號的閾值，單位為dBuv)將比一般傳輸情況下的值要大，此處增加至IOOdBuv,該數(shù) 據(jù)將由客戶端宣布進入中繼優(yōu)化時下發(fā)給各節(jié)點。如圖3所示，物理幀固定為42個字節(jié)，其中4個字節(jié)物理幀標識，38個字節(jié)物理數(shù) 據(jù)單元，每個時隙包括1個物理幀和3個字節(jié)的停頓，本實施例中采用波特率為1200bit/s 的信號，所以一個時隙為300ms，一個子時隙為13. 33ms。客戶端宣布進入中繼優(yōu)化，客戶端發(fā)出0x2E3C并開始計時等待中繼優(yōu)化的結(jié)束， 如圖4、圖5所示的網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的MAC地址最大值為18，因而整個中繼優(yōu)化的過程所花的時 間等于最大MAC地址與子時隙的乘積，約為240ms。在進行中繼優(yōu)化前，客戶端通過初始配置模塊對從節(jié)點進行人工配置，完成配置 后，靜態(tài)配置的節(jié)點被分為靜態(tài)中繼與靜態(tài)非中繼兩類。其中，靜態(tài)非中繼從節(jié)點不參與中 繼優(yōu)化過程，仍然維持原狀態(tài)不變，靜態(tài)中繼從節(jié)點在被通知進入中繼優(yōu)化后，在該從節(jié)點 MAC地址個時隙時發(fā)送0x2E3C，然后退出中繼優(yōu)化過程。靜態(tài)中繼可以起到回復(fù)信號強度 的效果，這樣經(jīng)過各級靜態(tài)中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)就保證了數(shù)據(jù)到達目的節(jié)點時信號強度不會衰 減太多，使得信號在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)母h。而對于在中繼優(yōu)化開始前被配置為靜態(tài)非中繼的 節(jié)點，這些節(jié)點能夠減少路由中不必要的中繼，防止諧波污染的產(chǎn)生。而在中繼優(yōu)化開始前未進行配置的節(jié)點即動態(tài)配置節(jié)點，在中繼優(yōu)化開始后，更 新有效接收信號強度并計時等待0x2E3C的到來，這一有效接收信號強度要大于有效接收 信號強度的默認值。提高了有效接收信號強度，亦即降低了信號對于動態(tài)配置節(jié)點的有效 性，當某一動態(tài)配置節(jié)點接收到的信號強度小于該有效接收信號強度時，該節(jié)點原先的路 由線路被截斷。開始計時等待的動態(tài)配置的節(jié)點，若在該從節(jié)點MAC地址個子時隙到來之前收到 了 0x2E3C，這一從節(jié)點的中繼狀態(tài)更改為動態(tài)非中繼并退出中繼優(yōu)化過程；反之，在該從 節(jié)點MAC地址個子時隙到來之前如果沒有收到0x2E3C，那么該從節(jié)點在其MAC地址個子時 隙時發(fā)送0x2E3C且中繼狀態(tài)更改為動態(tài)中繼，然后該動態(tài)中繼節(jié)點退出中繼優(yōu)化過程。在退出中繼優(yōu)化過程時，所有從節(jié)點將有效接收信號強度恢復(fù)至默認值即 60dbuvo本實施例中我們還是以IEC61334標準進行自動組網(wǎng)的3級中繼為例，如圖4所 示，為這一 3級中繼網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)從節(jié)點組網(wǎng)過程，設(shè)此網(wǎng)絡(luò)中無靜態(tài)中繼。如圖4所示，客戶端進入中繼優(yōu)化過程，客戶端開始計時，這一初始時刻計為第0 個子時隙時刻并發(fā)出0x2E3C，從節(jié)點接收到中繼優(yōu)化指令后開始計時；MAC地址為1的從節(jié) 點在第1個子時隙時刻接收到了 0x2E3C，是在該從節(jié)點的MAC地址個子時隙到來之前接收 到的，因而該從節(jié)點的中繼狀態(tài)改為動態(tài)非中繼，并退出中繼優(yōu)化過程；MAC地址為2的從節(jié)點在第1個子時隙時刻接收到了 0x2E3C，是在該從節(jié)點的MAC地址個子時隙到來之前接 收到的，因而該從節(jié)點的中繼狀態(tài)改為動態(tài)非中繼，并退出中繼優(yōu)化過程；MAC地址為3的 從節(jié)點在第3個子時隙時刻到來之前沒有接收到0x2E3C，是在該從節(jié)點的MAC地址個子時 隙到來前沒有接收到的，因而該從節(jié)點的中繼狀態(tài)改為動態(tài)中繼，同時該節(jié)點發(fā)出0x2E3C 并退出中繼優(yōu)化過程。如此，實現(xiàn)這一 3級中繼網(wǎng)絡(luò)的中繼優(yōu)化過程。在18個子時隙即 240ms后，中繼優(yōu)化過程結(jié)束，退出中繼優(yōu)化過程時所有節(jié)點的有效接收信號強度恢復(fù)至 60dBuvo 上述網(wǎng)絡(luò)進行中繼優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示，優(yōu)化后的動態(tài)中繼節(jié)點為 MAC3、MAC5、MAC8、MAC10、MAC12、MAC16、MAC18，其余則為動態(tài)非中繼節(jié)點。
權(quán)利要求一種低壓載波中繼優(yōu)化設(shè)備，包括客戶端，基于單頻網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)的從節(jié)點，其特征在于，客戶端設(shè)有一初始配置模塊和計時發(fā)送模塊，所述計時發(fā)送模塊與各從節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)相連，從節(jié)點中設(shè)置有計時接收模塊、發(fā)送模塊以及判決控制模塊，從節(jié)點中的計時接收模塊、發(fā)送模塊分別與判決控制模塊相連接，實現(xiàn)優(yōu)化配置的物理幀是一具有兩個特殊字節(jié)的物理幀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓載波中繼優(yōu)化設(shè)備，其特征在于，客戶端的計時發(fā) 送模塊和從節(jié)點中的計時接收模塊是同步計時的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低壓載波中繼優(yōu)化設(shè)備，其特征在于，客戶端的計時 發(fā)送模塊以及從節(jié)點的發(fā)送模塊發(fā)送的為一具有兩個特殊字節(jié)的物理幀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓載波中繼優(yōu)化設(shè)備，其特征在于，從節(jié)點的判決控 制模塊的控制依據(jù)是計時接收模塊的計時時間。
專利摘要本實用新型公開了一種對低壓載波通信中的組網(wǎng)進行動態(tài)中繼優(yōu)化的設(shè)備。本實用新型克服了現(xiàn)有組網(wǎng)技術(shù)中的缺點，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于全網(wǎng)齊呼可能導(dǎo)致的電網(wǎng)諧波系數(shù)超標的現(xiàn)象。本實用新型采用部分齊呼的方法，通過靜態(tài)和動態(tài)分配相結(jié)合優(yōu)化中繼配置，利用提高有效信號強度截斷正常的路由線路，找到關(guān)鍵中繼點，從而減少組網(wǎng)中的中繼節(jié)點。該實用新型技術(shù)新穎，能夠在保證原組網(wǎng)技術(shù)的覆蓋有效性的同時，降低網(wǎng)絡(luò)中的電網(wǎng)諧波污染。
文檔編號H04L12/56GK201663608SQ201020168429
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者劉鵬, 周良璋, 姚青, 葛宗光 申請人:杭州海興電器有限公司;杭州海興電力科技有限公司