一種適用于高丟包率環(huán)境的plc鏈路層通信方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通信方法，具體涉及一種適用于高丟包率環(huán)境的PLC鏈路層通信 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力線載波通信（Power Line Communication，PLC)環(huán)境惡劣，物理層的丟包率通 常在5~20%。承載電力通信業(yè)務的數(shù)據(jù)包通常較短，很難通過編碼、交織技術(shù)對抗信道突 發(fā)干擾。此外，在電力線載波通信網(wǎng)絡中，大規(guī)模的節(jié)點部署，業(yè)務的高可靠性、高實時性需 求，有限的通信帶寬和惡劣的載波信道環(huán)境，對傳輸媒體的利用率提出了更高的要求[1]。 大部分窄帶電力線載波通信系統(tǒng)采用基于IEEE 802. 15. 4的媒體接入控制（Media Access Control，MAC)協(xié)議，如PRME、PLC-G3、IEEE P1901.2[2-3]。數(shù)據(jù)傳輸通常采用競爭期的 載波監(jiān)聽多址接入 / 沖突避免（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance， CSMA/CA)方式。由于隱藏終端等問題，采用CSMA/CA方式時不可避免地會發(fā)生一些數(shù)據(jù)傳 輸沖突，且接收端無法判定數(shù)據(jù)包丟失是由于沖突、干擾或者信道衰減造成的。對于IEEE 802. 11無線系統(tǒng)來說，當系統(tǒng)中包含若干個節(jié)點時，信道的利用率僅為20-40% [4]。與此 同時，在非競爭期采用非競爭信道接入方式時，額外開銷同樣會降低智能讀表和智能控制 的效率。
[0003] 采用集中式資源管理時隙系統(tǒng)的信道利用率很高，例如GSM/GPRS系統(tǒng)等[5]。也 有研宄者將時隙傳輸模式引入到PLC系統(tǒng)中[6]。時隙系統(tǒng)的時隙長度通常是固定的，但每 項傳輸任務占用的時隙個數(shù)是可變的。為了適應電力線載波信道狀態(tài)，幾乎所有的電力線 載波通信技術(shù)都支持多種調(diào)制編碼方式。不同傳輸模式的頻帶效率不同，這導致了各模式 下固定時隙的長度依賴于包長，故要求鏈路層能夠處理這種不同。
[0004] 此外，基于IEEE 802. 15. 4的MAC協(xié)議使用停止等待協(xié)議重傳數(shù)據(jù)包。當且 僅當傳播時延可以忽略時，停止等待協(xié)議是有效的。在電力線載波通信網(wǎng)絡中，當使用 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，0FDM)調(diào)制方式時，有相當大的處 理時延，相當于有較大的傳播時延。對于經(jīng)濟、能量有效的系統(tǒng)來說，處理時延相當于1~ 2個OFDM符號的長度[6]。
[0005] 因此，研宄高丟包率環(huán)境下鏈路層的可靠、有效重傳非常有意義。
[0006] 參考文獻如下：
[0007] [1]W. Liu, G. Bumiller，H. Gao, " On (Power-) Line Defined PLC System"，IEEE ISPLC 2014, International Symposium on Power Line Communication and its Applica tions, Glasgow, Scottland, April 2014.
[0008] [2]DKE AK 0· 141，PLC of K461, "National Requirements for narrowband PLC solutions^；www. dke. de/de/Service/Installationstechnik/Seiten/NationaleAnforde rungenanSchmalbandPLC. asp x.
[0009] [3]IEEE Standard P1901. 2, December 2013.
[0010] [4]BumiHer, G. , "Single Frequency Network Technology for Fast ad-hoc Networks over Power Lines^1ISBN 978-3-86553-346-3, WiKu Verlag, Koln, 2010.
[0011] [5]Siegmund M. Redl, Matthias K. Weber, Malcolm W. Oliphant: An Introduction to GSM, Artech House, March 1995, ISBN 978-0-89006-785-7.
[0012] [6]Power Line Communications, Theory and Applications for Narrowband and Broadband Communications over Power Lines ；Editors:Hendrik C. Ferreira, Lutz Lampe,John Newbury,Theo G.Swart.John Wiley&Sons Ltd, Chichester,United Kingdom, 2010, ISBN 978-0-470-74030-9.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種適用于高丟包率環(huán)境的PLC鏈路 層通信方法，可在高丟包率環(huán)境中為智能電網(wǎng)監(jiān)測、遠程控制等業(yè)務提供可靠的通信服務， 主要應用于中低壓電力通信領域。
[0014] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0015] 本發(fā)明提供一種適用于高丟包率環(huán)境的PLC鏈路層通信方法，所述方法包括以下 步驟：
[0016] 步驟1 :發(fā)送端接收到數(shù)據(jù)包時，首先將數(shù)據(jù)包映射到某個虛擬連接中；
[0017] 步驟2 :發(fā)送端將每個虛擬連接中的數(shù)據(jù)包匯聚成數(shù)據(jù)流；
[0018] 步驟3 :發(fā)送端鏈路層將數(shù)據(jù)流進行分段封裝；
[0019] 步驟4 :發(fā)送端選擇虛擬連接，并進行數(shù)據(jù)包傳輸。
[0020] 所述步驟1中，數(shù)據(jù)包包括上層應用數(shù)據(jù)包和鏈路層控制數(shù)據(jù)包。
[0021] 所述步驟2中，發(fā)送端采用P2SP協(xié)議將每個虛擬連接中的數(shù)據(jù)包匯聚成數(shù)據(jù)流。
[0022] 所述發(fā)送端采用P2SP協(xié)議將每個虛擬連接中的數(shù)據(jù)包匯聚成數(shù)據(jù)流的具體過程 如下：
[0023] 所述發(fā)送端根據(jù)數(shù)據(jù)包的類型填充P2SP協(xié)議頭，將所有數(shù)據(jù)包串聯(lián)，將數(shù)據(jù)包匯 聚成數(shù)據(jù)流。
[0024] 所述P2SP協(xié)議頭長度為2個字節(jié)，其由關鍵字和碼字構(gòu)成；關鍵字長度為12位， 為固定的序列，表示數(shù)據(jù)包的開始；碼字長度為4位，表示數(shù)據(jù)包的類型。
[0025] 所述步驟3中，發(fā)送端鏈路層將數(shù)據(jù)流進行分段封裝，具體是將數(shù)據(jù)流分裝成長 度相同的數(shù)據(jù)段，并在數(shù)據(jù)段之前添加鏈路層包頭。
[0026] 所述數(shù)據(jù)段的長度和系統(tǒng)采用的調(diào)制模式有關；具體為：
[0027] 1)當系統(tǒng)采用增強模式時，數(shù)據(jù)段的長度是常規(guī)模式時的二倍；
[0028] 2)當系統(tǒng)采用魯棒模式時，數(shù)據(jù)段的長度是常規(guī)模式的二分之一。
[0029] 所述鏈路層包頭包括重啟標識、初始標識、連接ID、起始地址、數(shù)據(jù)包長度、響應標 識和發(fā)送標識。
[0030] 所述步驟4中，有數(shù)據(jù)包發(fā)送需求時，發(fā)送端選擇發(fā)送虛擬連接，被選中的虛擬連 接開始進行數(shù)據(jù)包傳輸。
[0031] 單個虛擬連接包含4種數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)，分別為：調(diào)制、發(fā)送、解調(diào)、上層數(shù)據(jù)處 理。
[0032] 所述發(fā)送端選擇虛擬連接時，確保不同的虛擬連接處于不同的數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)。
[0033] 被選中的虛擬連接開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，若收到確認消息，則表明數(shù)據(jù)包發(fā)送成功，重 置發(fā)送標識；否則，等待發(fā)送端再次選擇該虛擬連接時重傳數(shù)據(jù)包。
[0034] 一種適用于高丟包率環(huán)境的PLC鏈路層通信方法，所述方法包括以下步驟：
[0035] 步驟1 :接收端接收到物理層數(shù)據(jù)包后，檢驗CRC是否正確，若正確，則向發(fā)送端發(fā) 送確認消息，進入步驟2,否則直接將物理層數(shù)據(jù)包丟棄；
[0036] 步驟2 :接收端將接收到的物理層數(shù)據(jù)包上傳至鏈路層；
[0037] 步驟3 :鏈路層去掉鏈路層包頭，并將數(shù)據(jù)包映射到相應的虛擬連接中；
[0038] 步驟4 :虛擬連接根據(jù)P2SP協(xié)議對接收到的數(shù)據(jù)包進行解析，并根據(jù)數(shù)據(jù)包的類 型將其傳輸至對應的上層。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0040] (1)可在高丟包率環(huán)境下實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，且傳輸媒體利用率接近100% ;
[0041] (2)P2SP協(xié)議將同一連接中的不同數(shù)據(jù)包匯聚起來，可以提高短數(shù)據(jù)包的抗干擾 能力，在時隙系統(tǒng)中解決因短數(shù)據(jù)包傳輸造成信道利用率低下的問題；
[0042] (3)多條虛擬連接獨立運行停止等待協(xié)議，且重傳次數(shù)不限，這保證了數(shù)據(jù)包在惡 劣的環(huán)境中能夠順利到達接收端；
[0043] (4)支持多條虛擬連接的并行傳輸，從系統(tǒng)角度來看，鏈路層采用的是選擇重傳協(xié) 議，可以在一定程度