一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電力線載波通信組網(wǎng)方法和載波通信模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低壓電力線載波通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于低壓電力集中抄表系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電力線載波通信組網(wǎng)方法和載波通信模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓電力線載波(Power Line Carrier，PLC)通信是以低壓配電線(380V/220V)電力線作為信息傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。
[0003]國(guó)外各大公司紛紛推出PLC調(diào)制解調(diào)芯片，其中主要有美國(guó)Intellon公司、西班牙DS2公司的芯片，但都不適合中國(guó)國(guó)情，不適合國(guó)內(nèi)低壓配電網(wǎng)時(shí)變、強(qiáng)干擾的通信環(huán)境。
[0004]我國(guó)低壓集中抄表系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面:
1.通信終端量大面廣
低壓載波集中抄表系統(tǒng)是非常復(fù)雜的通信系統(tǒng)。一個(gè)通信單元(臺(tái)變范圍)有幾百個(gè)甚至上千個(gè)終端，而一個(gè)系統(tǒng)中更有幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)個(gè)終端。特別是載波電能表應(yīng)用之后，增加了通信終端的數(shù)量，對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行極為不利。
[0005]2.連續(xù)的信號(hào)采集和數(shù)據(jù)傳送
電能表的工作是連續(xù)的，要求系統(tǒng)24小時(shí)不間斷地采集脈沖信號(hào)，大大提高了系統(tǒng)抗干擾的要求。
[0006]3.線路環(huán)境惡劣，信號(hào)衰減嚴(yán)重
目前我國(guó)對(duì)限制電器設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的污染沒(méi)有強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致低壓電網(wǎng)被污染嚴(yán)重。每個(gè)臺(tái)變的線路負(fù)載、分支節(jié)點(diǎn)、線路范圍也不盡相同。
[0007]4.數(shù)據(jù)源抗干擾性差，電磁兼容性差異較大
系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自電能表，而不同廠家的產(chǎn)品質(zhì)量差異較大，導(dǎo)致電磁兼容不過(guò)關(guān)，抗干擾能力差。
[0008]因此，雖然電力線載波通信在國(guó)內(nèi)電力用戶低壓集中抄表系統(tǒng)(電力用戶用電信息采集系統(tǒng))中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但由于國(guó)內(nèi)居民用戶的低壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、干擾種類多樣，且時(shí)變大，規(guī)律性差，因而對(duì)電力線載波通信的性能造成了很大影響，成為了亟待解決的問(wèn)題。
[0009]目前國(guó)內(nèi)外載波芯片廠商采用了擴(kuò)頻通信等技術(shù)試圖解決上述問(wèn)題，但因?yàn)橥ㄐ怒h(huán)境惡劣，未能抓住關(guān)鍵問(wèn)題等因素，而不能從根本上解決問(wèn)題。
[0010]國(guó)內(nèi)低壓電網(wǎng)環(huán)境的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、干擾強(qiáng)度大而多變；單一技術(shù)或者幾項(xiàng)技術(shù)的固定應(yīng)用方式無(wú)法應(yīng)對(duì)這一復(fù)雜的環(huán)境。
[0011]我國(guó)相關(guān)專利及廣品存在的缺點(diǎn):
1.專利號(hào)201210584521.7，專利名稱低壓電力線載波通信電路。該專利的發(fā)明涉及一種低壓電力線載波通信電路，該電路包括載波控制電路、過(guò)零檢測(cè)電路和信號(hào)耦合電路，所述的載波控制電路與信號(hào)耦合電路之間連接有信號(hào)放大濾波電路和接收濾波電路，該發(fā)明電路簡(jiǎn)單，增加了信號(hào)放大濾波電路和限流電路。但該專利沒(méi)有考慮載波信道出現(xiàn)時(shí)變干擾時(shí)該如何處理，更沒(méi)有通過(guò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)主從節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)與所用頻組，進(jìn)而激活整個(gè)組網(wǎng)狀態(tài)的重構(gòu)，從而避開(kāi)干擾，保證通信的暢通。
[0012]2.深圳芯瓏電子技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)的DM630 FSK/PSK雙模多頻率載波專利產(chǎn)品采用了雙模多頻方式:雙模指的是PSK和FSK調(diào)制方式；多頻指的是上述兩種調(diào)制方式采用不同的頻點(diǎn)。該深圳芯瓏公司的專利中，兩種調(diào)制方式是獨(dú)立同時(shí)工作的，兩種頻點(diǎn)也被同時(shí)使用。其主要目的是實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的FSK和PSK制式產(chǎn)品的互聯(lián)互通，用戶在采購(gòu)和招標(biāo)時(shí)不再需要因?yàn)橹剖讲煌謩e采購(gòu)。另外，該深圳芯瓏公司的專利中只支持兩種頻點(diǎn)。因此，該深圳芯瓏公司的專利既不能在感知到出現(xiàn)通信障礙區(qū)后，自主發(fā)起動(dòng)態(tài)重構(gòu)過(guò)程，在從節(jié)點(diǎn)中選出關(guān)口節(jié)點(diǎn)，自適應(yīng)調(diào)整通信頻組，消除障礙區(qū)；也不支持多種頻組、多種工作狀態(tài)，以及這些頻組與狀態(tài)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電力線載波通信組網(wǎng)方法和載波通信模塊，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0014]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電力線載波通信組網(wǎng)方法，所述電力線載波通信組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)包括主節(jié)點(diǎn)和位于電力線載波通信組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)各層級(jí)的從節(jié)點(diǎn)，所述主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)均為部署于電力線載波通信裝置中的載波通信模塊；所述從節(jié)點(diǎn)在邏輯上包括邊緣從節(jié)點(diǎn)、用于對(duì)命令幀或響應(yīng)幀進(jìn)行放大和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的中繼從節(jié)點(diǎn)，中繼從節(jié)點(diǎn)在一次交互事務(wù)中為非目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)；從節(jié)點(diǎn)通過(guò)解析命令幀的中繼級(jí)數(shù)字段值，確定在網(wǎng)絡(luò)中由主節(jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn)傳遞方向中所處的邏輯位置，再通過(guò)解析接收到的來(lái)自其它從節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值判斷自身是否為邊緣從節(jié)點(diǎn)；若在多次交互事務(wù)中，中繼從節(jié)點(diǎn)收到的響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值均為較小數(shù)值時(shí)，中繼從節(jié)點(diǎn)確定為邊緣從節(jié)點(diǎn)，或者從節(jié)點(diǎn)頻繁作為命令幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)、很少中繼轉(zhuǎn)發(fā)命令幀和響應(yīng)幀、收到的響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值都為較小數(shù)值時(shí)，所述從節(jié)點(diǎn)也確定為邊緣從節(jié)點(diǎn)；
所述電力線載波通信組網(wǎng)包括以下步驟:(1)主節(jié)點(diǎn)通過(guò)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)交互事務(wù)，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由學(xué)習(xí)和組網(wǎng)過(guò)程；(2)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)局部通信障礙時(shí)，局部通信障礙區(qū)邊緣的中繼從節(jié)點(diǎn)變?yōu)檫吘墢墓?jié)點(diǎn)，所述邊緣從節(jié)點(diǎn)包括處于暢通網(wǎng)絡(luò)的左岸節(jié)點(diǎn)和處于局部通信障礙區(qū)的右岸節(jié)點(diǎn)，所述左岸節(jié)點(diǎn)判斷來(lái)自主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的命令幀中的重傳次數(shù)字段值達(dá)到最大預(yù)設(shè)值后，主動(dòng)調(diào)整切換通信方式與頻組以適合當(dāng)前通信環(huán)境，并向右岸節(jié)點(diǎn)發(fā)起中繼轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，同時(shí)右岸節(jié)點(diǎn)和局部通信障礙區(qū)中的從節(jié)點(diǎn)將從全部預(yù)設(shè)的通信方式和頻組上進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，消除局部通信障礙；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)局部通信障礙消除后，左岸節(jié)點(diǎn)和右岸節(jié)點(diǎn)恢復(fù)為中繼從節(jié)點(diǎn)。
[0015]步驟(I)包括:a、數(shù)據(jù)交互的發(fā)起方主節(jié)點(diǎn)，向指定的從節(jié)點(diǎn)即目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)或者詢問(wèn)狀態(tài)的命令幀；b、中繼從節(jié)點(diǎn)對(duì)命令幀進(jìn)行放大、中繼和轉(zhuǎn)發(fā)，命令幀每次被中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，中繼級(jí)數(shù)字段值從預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)最大級(jí)數(shù)值開(kāi)始逐級(jí)減1，直到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到此命令幀，或者命令幀因中繼級(jí)數(shù)字段值減到O而被拋棄，中繼從節(jié)點(diǎn)同時(shí)依據(jù)該中繼級(jí)數(shù)字段值確定在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲杏芍鞴?jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn)傳遞方向中所處的邏輯層數(shù)；c、目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)接收到此命令幀后，執(zhí)行相應(yīng)操作，根據(jù)結(jié)果拼裝響應(yīng)幀，用O值作為響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值初始值，并發(fā)送該響應(yīng)幀到電網(wǎng)中；d、各中繼從節(jié)點(diǎn)接收到此響應(yīng)幀后進(jìn)行放大、中繼和轉(zhuǎn)發(fā)，保證主節(jié)點(diǎn)能接收到響應(yīng)幀；在從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)被中繼節(jié)點(diǎn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，響應(yīng)幀的中繼級(jí)數(shù)字段值逐級(jí)加I ;中繼從節(jié)點(diǎn)接收到的響應(yīng)幀在中繼級(jí)數(shù)字段值增加到預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)最大級(jí)數(shù)值時(shí)被丟棄；e、主節(jié)點(diǎn)接收到響應(yīng)幀后進(jìn)行處理并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的邏輯確定是否結(jié)束本次事務(wù)；當(dāng)主節(jié)點(diǎn)在一次交互事務(wù)中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)返回響應(yīng)幀后，將重發(fā)同一命令幀，并將命令幀中設(shè)置的重傳次數(shù)字段值加1，直到重傳若干次后，重傳次數(shù)字段值大于預(yù)設(shè)最大重傳次數(shù)值時(shí)，才放棄本次通信交互事務(wù)。
[0016]所述左岸節(jié)點(diǎn)和右岸節(jié)點(diǎn)稱為關(guān)口節(jié)點(diǎn)，關(guān)口節(jié)點(diǎn)在通信障礙區(qū)中至少存在一對(duì)。
[0017]關(guān)口節(jié)點(diǎn)所使用的通信方式和頻組可以隨著通信環(huán)境的不斷變化而動(dòng)態(tài)改變，當(dāng)左岸節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)原有通信方式與頻組不可用時(shí)，會(huì)嘗試并調(diào)整為適合當(dāng)前環(huán)境特點(diǎn)的通信方式與頻組，所述通信方式與頻組若與初始使用的、與暢通網(wǎng)絡(luò)區(qū)使用的通信方式與頻組相同，即恢復(fù)到初始狀態(tài)，調(diào)整回中繼節(jié)點(diǎn)的角色，通信障礙區(qū)消失；關(guān)口節(jié)點(diǎn)也可以通過(guò)人為靜態(tài)設(shè)定，實(shí)施變換通信方式與頻組。
[0018]所述預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)最大級(jí)數(shù)、判斷是否為邊緣從節(jié)點(diǎn)時(shí)使用的較小數(shù)值、預(yù)設(shè)最大重傳次數(shù)均為可調(diào)整數(shù)值。
[0019]一種載波通信模塊，包括載波芯片，所述載波芯片連接電源、存儲(chǔ)器、本地接口、收發(fā)狀態(tài)指示模塊；載波芯片將輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)輸出放大電路放大后，通過(guò)信號(hào)耦合電路進(jìn)入低壓電力線信道中傳輸，信號(hào)耦合電路將從低壓電力線信道中接收的信號(hào)進(jìn)行變換，經(jīng)接收濾波電路消除高頻干擾后輸出到信號(hào)輸出處理電路，最后輸出到載波芯片；所述載波芯片執(zhí)行如下電力線載波通信組網(wǎng)方法:
當(dāng)載波通信模塊作為電力線載波通信組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)時(shí)，向從節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)交互事務(wù)，進(jìn)行路由學(xué)習(xí)和組網(wǎng)過(guò)程；
當(dāng)載波通信模塊作為電力線載波通信組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的從節(jié)點(diǎn)時(shí)，與主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互事務(wù)，進(jìn)行路由學(xué)習(xí)和組網(wǎng)過(guò)程；從節(jié)點(diǎn)在邏輯上包括邊緣從節(jié)點(diǎn)、用于對(duì)命令幀或響應(yīng)幀進(jìn)行放大和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的中繼從節(jié)點(diǎn)，中繼從節(jié)點(diǎn)在一次交互事務(wù)中為非目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)；從節(jié)點(diǎn)通過(guò)解析主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的命令幀的中繼級(jí)數(shù)字段值，確定在網(wǎng)絡(luò)中由主節(jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn)傳遞方向中所處的邏輯位置，再通過(guò)解析接收到的來(lái)自其它從節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值判斷自身是否為邊緣從節(jié)點(diǎn)；若在多次交互事務(wù)中，中繼從節(jié)點(diǎn)收到的響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值均為較小數(shù)值時(shí)，中繼從節(jié)點(diǎn)確定為邊緣從節(jié)點(diǎn)，或者從節(jié)點(diǎn)頻繁作為命令幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)、很少中繼轉(zhuǎn)發(fā)命令幀和響應(yīng)幀、收到的響應(yīng)幀中的中繼級(jí)數(shù)字段值都為較小數(shù)值時(shí)，所述從節(jié)點(diǎn)也確定為邊緣從節(jié)點(diǎn)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)局部通信障礙時(shí)，局部通信障礙區(qū)邊緣的中繼從節(jié)點(diǎn)變?yōu)檫吘墢墓?jié)點(diǎn)，所述邊緣從節(jié)點(diǎn)包括處于暢通網(wǎng)絡(luò)的左岸節(jié)點(diǎn)和處于局部通信障礙區(qū)的右岸節(jié)點(diǎn)，所述左岸節(jié)點(diǎn)判斷來(lái)自