专利名称：一种电力线、无线双网路由方法
技术领域：
本发明涉及一种双网路由方法。
背景技术：
在电力行业，AMR(自动抄表系统)已经发展二十多年，只要用于实现对用电用户 的远程抄表， 一般的，每月进行一次读表计费。 AMI(高级测量系统)是智能电网发展的基础，也是开展智能电网的第一步，它包
含了 AMR系统的所有功能，例如，远程抄表，并在此基础上实现降低生活生产能耗、节能减
排。除此之外，还包含了更多的新内容，如，按需实时收集各种用户的用电信息、实施实时电
价，支持分布式电源、停电检测、支持智能家居、远程控制家电、用电数据查询、远程付费、购
电等，上述功能的实现对其所依靠的通信网络的可靠性、实时性提出了更高的要求。 目前，远程抄表所依靠的通信信道主要分为有线和无线两大类。其中，有线信道主
要采用电力线，占市场份额的绝大多数，与此对比，光纤、双绞线以及同轴线缆由于需要新
铺线路，导致成本过高，所以应用也相对较少；还有部分采用无线信道，主要包括ZIGBEE、
GPRS、RFID等，其应用不是很广泛。 毫无疑问，电力线是各种通信信道中覆盖最全面、最广泛的通信网络，而且，对电 力行业来说，具有使用成本低、运营管理方便的优点。因此，无论是过去，还是将来的很长一 段时间内，电力线是AMR系统以及AMI (高级测量系统)的最主要的承载方式，其他通信信 道只能作为他的补充方式之一。 电力线通信(PLC)是利用电力线进行信息双向传递的通信技术统称，该技术通过 调制解调器把载有信息的高频加载于电流，然后用电线传输，接收信息的调制解调器再把 高频信号从电流中分离出来以实现信息传递。在AMR/AMI系统中，集中器、采集器、电表内 置支持电力线通信的调制解调器，实现通过电力线远程传输电表计量数据的功能。
为了提高通信的可靠性，近几年提出了多种组网路由技术(方案)，包括
(1)穷举遍历技术。其方案最简单，出现也最早，该技术通过对几百个通信节点的 一一遍历，进而选择其中某个中继节点，由于电力线通信的低速率特性，使得该技术的效率 十分低下，通信时间过长，不满足业务要求。 (2)人工输入网络路由。该方案也很简单，通过人工排查，把现场的电网结构、拓扑 变成数据信息，输入到通信系统，系统根据拓扑进行动态查询中继，这种方案需要大量的人 力参与，不适合大规模推广，而且很难适应电网结构的动态变化。 (3)信息监听技术。通过实时监听报文发送、应带信号以及通信链路的信噪比，再 通过数学建模计算出电力线通信网络路由，该技术计算量大，由于电网的随机动态变化、中 继路由选择不够优化，使其实际应用效果差强人意。 (4)动态组网技术。通过每个通信节点相互交换路由协议报文，动态计算网络拓 扑，达到中继重选的目的，这种方案网络适应能力较强，能够达到选择最优路径的目的，但 随之而来的是每个通信节点的成本相应增大，并且，路由计算时需要报文多次发送并进行迭代计算，耗时较长。 综上所述，电力线本身并不是为通信目的而设计的，衰减大、噪声强、速率低、阻抗 不匹配等因素导致电力线通信发展了几十年仍然是一种不可靠的通信技术。基于电力线通 信技术的通信网络中，由于通信链路无法保证时刻通畅，使得现有的电力线通信技术无法 在任意时刻100%地保证所有通信节点两两之间通信正常。 为恢复通信节点的通信能力，现有的路由技术采用了反复多次寻找新的中继节点 的方法，其主要问题在于无法找到合适的中继，例如，如果寻找到其他分支上的节点或者不 同相位的通信节点作为中继，则会导致时延过长；另外，还存在需要路由条数过多的问题， 要经过多个通信节点作为中继，统计显示，一次通信中，少则需要2 3个中继，多则需要 6 8个中继，无法保障通信的实时性。 此外，由于全频段的噪声和电磁干扰，以及阻抗的变化，造成通信信道质量实时变 化，出现了通信信号无法到达的节点(信息孤岛)，现有的路由技术也无法解决这种"信息 孤岛"问题。 由此可见，现有的电力通信技术与AMR系统24小时100%抄表成功率的要求之间 还存在很大的差距，更不能满足AMI更高的通信可靠性和实时性要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力线通信网、无线通信网双网互为备份的双网路由 方法，实现较高的通信可靠性、电信级可靠度，保证通信的实时性，解决现有技术中信号孤 岛这一技术问题。
为达到上述目的，本发明所采用的第一个技术方案是 —种双网路由方法，包括如下步骤节点初始化，进行通信节点注册并生成路由 表；采用第一通信链路发送数据，如果通信链路中断，则优先地切换至第二通信链路，继续 发送数据。 本发明还可以进一步完善 作为优选，路由表包括第一通信链路路由表和第二通信链路路由表，或者二者中 的一种。 作为优选，如果第一通信链路中断，则由当前节点检测其是否生成有第二通信链 路路由表，如果有，则发送切换路由报文切换至第二通信链路，收到切换路由报文的节点激 活相应的通信链路路由表。进一步地，如果当前节点没有生成第二通信链路路由表，则选择 第一通信链路的备份路由，如果没有第一通信链路的备份路由，则发出寻路由报文。进一步 地，如果收到寻路由报文的中继节点的路由跳数小于设定值，则向发起寻路由报文的节点 发出响应报文。进一步地，如果中心节点收到寻路由报文，则直接将自己的节点地址告知发 送报文的节点。 作为优选，如果第一通信链路中断，则由当前节点检测其是否生成有第二通信链 路路由表，如果有，则发送切换路由报文切换至第二通信链路，收到切换路由报文的节点激 活相应的通信链路路由表。进一步地，如果第一通信链路恢复，则切换回第一通信链路。进 一步地，通信节点收到切换路由报文后，关闭发出报文的源节点的当前链路路由，再激活源 节点的备份链路路由。
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作为优选，如果第一通信链路中断，则由当前节点检测其是否生成有第二通信链 路路由表，如果有，则发送切换路由报文切换至第二通信链路，收到切换路由报文的节点激 活相应的通信链路路由表。进一步地，通信节点收到切换路由报文后，关闭发出报文的源节 点的当前链路路由，再激活源节点的备份链路路由。 作为优选，通信节点注册及路由表生成包括如下步骤广播发送注册报文，等待响 应报文；如果收到相应报文，则根据相应报文中的路由信息选择一条最优路由，并按优先级 保存其余路由为备份路由；向中心节点发送HELLO报文告知路由信息，等待HELLO回应报 文，如果等到，则注册连接建立成功。进一步地，如果收到注册报文的中继节点的路由跳数 小于设定值，则向发起注册报文的节点发出响应报文。进一步地，如果中心节点收到注册报 文，则直接将自己的节点地址告知发送报文的节点。 作为优选，第一通信链路为电力线通信链路和无线通信链路二者中的一个，第二 通信链路为二者中的另一个。
由于上述技术方案的采用，本发明具有以下优点 本发明解决了通信孤岛问题，对于电力载波信号无法到达的孤岛，可以通过无线 信号选择中继，避免了使用硬件成本很高的分布式电力中继器； 本发明解决了通信可靠性的问题，通过双网路由通信方法，可以保障电力线任一 时刻某一节点的通信能力； 本发明解决了通信实时性的问题，通过双网路由通信的切换动作，对于各种上层 业务均无任何影响，把通信实时性从"分"级提高到了亚秒级； 此外，本发明还具有高达99. 999%的通信成功率，能够满足大规模推广的基础要 求。
图1是本发明注册连接的建立方式的工作流程图；
图2是本发明所涉及的网络中通信节点的工作流程图； 图3是本发明当一个通信链路中断时，通信节点进行路由切换的工作流程图。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1 : —种双网路由方法，包括如下步骤节点初始化，进行通信节点注册，并生成路由 表；采用第一通信链路发送数据，如果通信链路中断，则优先地切换至第二通信链路，继续 发送数据，切换时间小于100ms 路由表至少包括第一通信链路路由表和第二通信链路路由表二者中的一种。路由 表包含用户节点与中心节点(在AMR/AMI系统中为集中器通信节点)之间的路由信息。
这里，优先地切换至第二通信链路是指，如果第一通信链路中断，则首先由当前节 点检测其是否生成有第二通信链路路由表，如果有，则发送切换路由报文切换至第二通信 链路，收到切换路由报文的节点激活相应的通信链路路由；当第二通信链路发生中断时或 者当前节点没有生成第二通信链路路由表，则选择第一通信链路的备份路由，如果没有第一通信链路的备份路由，则发出寻路由报文。如图2所示，如果收到寻路由报文的中继节点 的路由跳数小于设定值，则向发起寻路由报文的节点发出响应报文。 上述第一通信链路的中断是当前节点根据设定的条件进行判断得出的，这里，设 定条件是指一个预先设定的阈值，如果通信节点判定通信速率、误码率、信噪比、载噪比低 于预先设定的阈值，则判定第一通信链路中断，；；也可以对上述各项因素(还可以进一步 包括传输时延、线路带宽)设置优先级，按照优先级的高低进行一一考虑，当较高优先级的 因素相同或类似时，再考虑下一较低优先级进行考虑；还可以根据手动操作设置来进行通 信链路的切换。 在本实施例中，路由跳数的最大值设定为7。 如图1所示的通信节点注册及路由表生成过程包括如下步骤广播发送注册报 文，等待响应报文；如果收到相应报文，则根据相应报文中的路由信息选择一条最优路由， 按优先级保存其余路由为备份路由；向中心节点发送HELLO报文告知路由信息，等待HELLO 回应报文，如果等到，则注册连接建立成功。如图2所示，如果收到注册报文的中继节点的 路由跳数小于设定值，则向发起注册报文的节点发出响应报文，相应报文包含本中继节点 到中心节点之间的路由路径信息。如果中心节点收到注册报文或寻路由报文，则直接将自 己的节点地址告知发送报文的节点，跳数为1。本实施例中，路由跳数的最大值为7。通过 上述流程，可以快速建立路由表项。 广播发送注册报文的节点定时地接收响应报文，如果广播发送注册报文的节点没 有收到响应报文，则延迟一定时间后，再次广播发送注册报文，如果尝试广播发送注册报文 的次数达到设定值，但仍未收到响应报文，则判定路由注册连接建立失败，在本实施例中， 尝试广播发送注册报文次数的设定值为10。 如果向中心节点发送HELLO报文的节点没有收到HELLO回应报文，则延迟一定时 间后，再次向中心节点发送HELLO报文，如果尝试发送HELL0报文的次数达到设定值，但仍 未收到HELLO报文，则判定路由注册连接建立失败，在本实施例中，尝试发送HELL0报文次 数的设定值为3。 第一通信链路为电力线通信链路和无线通信链路二者中的一个，第二通信链路为 二者中的另一个。 由于电力线和无线的物理链路均无法保持每时每刻的稳定状态，双网路由协议支
持电力线、无线双网备份以及自动的中继选择。举例来说，假设当前通信业务需要较高的可
靠性，则优先选择在电力线链路上建立路由注册连接并发送报文，当通信节点根据链路信
噪比、传输时延、路由跳数、线路带宽、误码率等因素综合判断电力线通信信道中断需要路
由切换时，由当前节点发起切换报文，数据链路优先切换到已生成的无线路由上，保证数据
流无感知切换。 实施例2 —种双网路由方法，包括如下步骤节点初始化，进行通信节点注册，并生成路由 表；采用第一通信链路发送数据，如果通信链路中断，则优先地切换至第二通信链路，继续 发送数据。 其中，生成路由表的类型至少包括第一通信链路路由表和第二通信链路路由表二 者中的一种。路由表包含用户节点与中心节点(在AMR/AMI系统中为集中器通信节点)之间的路由信息。 这里，优先地切换至第二通信链路是指如果第一通信链路中断，则首先由当前节 点检测其是否生成有第二通信链路路由表，如果有，则首先发送切换路由报文，将数据传输 切换至第二通信链路，收到切换路由报文的节点激活相应的通信链路路由表，如果当前节 点没有生成第二通信链路路由表，则选择第一通信链路的备份路由，如果没有第一通信链 路的备份路由，则发出寻路由报文。 进一步地，如图3所示，当第一通信链路恢复后，则再次发起切换路由报文，将数 据传输切换回第一通信链路上。 通信节点收到切换路由报文后，关闭发出报文的源节点的当前链路路由，再激活 源节点的备份链路路由。 如图2所示，如果收到寻路由报文的中继节点的路由跳数小于设定值，则向发起 寻路由报文的节点发出响应报文。 上述第一通信链路的中断是当前节点根据设定的条件进行判断得出的，这里，设 定条件是指一个预先设定的阈值，如果通信节点判定通信速率、误码率、信噪比、载噪比低 于预先设定的阈值，则判定第一通信链路中断，；；也可以对上述各项因素(还可以进一步 包括传输时延、线路带宽)设置优先级，按照优先级的高低进行一一考虑，当较高优先级的 因素相同或类似时，再考虑下一较低优先级进行考虑；还可以根据手动操作设置来进行通 信链路的切换。 在本实施例中，路由跳数的最大值设定为7。 如图1所示的通信节点注册及路由表的生成过程包括如下步骤广播发送注册 报文，等待响应报文；如果收到相应报文，则根据相应报文中的路由信息选择一条最优路 由，并按优先级保存其余路由为备份路由；向中心节点发送HELLO报文告知路由信息，等待 HELLO回应报文，如果等到，则注册连接建立成功。如图2所示，收到注册报文的中继节点执 行如下步骤，计算本中继节点到中心节点的跳数，如果路由跳数小于设定值，则向发起注册 报文的节点发出响应报文，相应报文包含本中继节点到中心节点之间的路由路径信息。如 果中心节点收到注册报文或寻路由报文，则直接将自己的节点地址告知发送报文的节点， 跳数为l。本实施例中，路由跳数的最小值为7。通过上述流程，可以快速建立路由表项。
广播发送注册报文的节点定时地接收响应报文，如果广播发送注册报文的节点没 有收到响应报文，则延迟一定时间后，再次广播发送注册报文，如果尝试广播发送注册报文 的次数达到设定值，但仍未收到响应报文，则判定路由注册连接建立失败，在本实施例中， 尝试广播发送注册报文次数的设定值为10。 如果向中心节点发送HELLO报文的节点没有收到HELLO回应报文，则延迟一定时 间后，再次向中心节点发送HELLO报文，如果尝试发送HELL0报文的次数达到设定值，但仍 未收到HELLO报文，则判定路由注册连接建立失败，在本实施例中，尝试发送HELLO报文次 数的设定值为3。 第一通信链路为电力线通信链路和无线通信链路二者中的一个，第二通信链路为 二者中的另一个。 由于电力线和无线的物理链路均无法保持每时每刻的稳定状态，双网路由协议支 持电力线、无线双网备份以及自动的中继选择。举例来说，假设当前通信业务需要较高的可
7靠性，则优先选择在电力线链路上传输数据，当通信节点根据链路信噪比、传输时延、路由 跳数、线路带宽、误码率等因素综合判断电力线通信信道中断需要路由切换时，由当前节点 发起切换报文，数据链路优先切换到已生成的无线路由上，保证数据流无感知切换。同时路 由协议根据路由优先级依次选择电力线等价路由或重新选择电力线新路由。当电力线通信 信道恢复，双网路由协议再发起切换报文，数据流重新无感知地切换到电力线路由上，保证 了业务的可靠性。在本实施例中，无线、电力线路由双向切换时间为50ms，达到电信传输骨 干网的安全要求，充分保证了业务的实时性。
实施例3 本发明所涉及的双网路由网络，包括多个通信节点，每个所述的通信节点至少支 持无线通信链路和电力线通信链路两种中的一种。相应的，通信节点至少包括无线通信模 块和电力线通信模块二者中的一个。 双网路由通信支持星型、树形、网型等多种网络拓扑，网络也可以由几个至几百个 通信节点构成，每个通信节点可以只支持无线通信或只支持电力线通信，也可以同时支持 电力线通信和无线通信。在硬件上，通信节点由CPU、 FLASH、 EEROM、电源、交换芯片以及各 种通信模块和其他附件组成。 通信模块可以根据实际情况选配，如果实际业务不需要较高的通信质量，只需要 电力线通信能力，则可以仅选择电力线通信模块。同理，实际情况如果只需要无线通信能 力，则仅需选择无线通信模块即可。如果实际业务需要高可靠、低时延，以保证服务质量，就 需要电力线和无线同时可以通信，相互作为备份，则通信节点应同时配置电力线通信模块 和无线通信模块。 双网路由协议初始运行时，给每个通信节点的各个模块分配不同的地址，并以此 作为通信基础，双网路由协议报文只在相同类型的通信信道上传输，因此电力通信路由表 中不会包含无线路由表，反之亦然。如果单独采用电力线通信链路，则只生成电力线路由 表；如果单独采用无线通信链路，则只生成无线路由表；如果需要两个网络同时通信，则生 成两套独立的路由表项。因此，双网路由技术支持电力线组网模式和无线组网模式以及二 者组合组网模式，能够依据实际条件灵活应用于各种环境下的多种业务需求，应用范围比 单一网络的通信方式广阔很多。 本发明采用模块化设计，其适用范围很广，适应各种无线、电力线通信芯片，适应 单独无线组网模式、电力线组网模式，以及两网混合组网模式，可以满足全国各种接入网的 要求。 无线路由和电力线路由在物理上完全隔离，相对于其他载波技术，没有任何噪音 和谐波干扰，不影响电力供电的安全性。 双网路由的路由协议报文由报文头和报文内容组成，报文头包含版本信息、报文 类型、报文长度、路由信息等，报文内容包含通信节点本地地址和目的地址、传输的数据内 容以及校验码。 双网路由协议是一种动态路由协议，支持通信节点自动组网，支持节点动态加入 和退出，每个节点具备自动选路由功能。通信信道以电力线和无线二者中的一个为主，另一 个为辅，协议报文可以在各个节点同类型通信端口间时刻互通。 同时，对于整个网络，无论是采用电力线通信链路还是无线通信链路，均无须重新布线，在达到双网覆盖这一效果的同时，解决了通信布线难的问题。 现有的无线或电力线通信技术在噪音干扰下带宽会显著下降，通过双网路由技 术，在信道低于保障带宽时，重新切换路由，实时地保障了业务的QOS。
权利要求
一种双网路由方法，包括如下步骤节点初始化，进行通信节点注册并生成路由表；采用第一通信链路发送数据，如果通信链路中断，则优先地切换至第二通信链路，继续发送数据。
2. 根据权利要求1所述的双网路由方法，其中，所述的路由表包括第一通信链路路由 表和第二通信链路路由表，或者二者中的一种。
3. 根据权利要求1所述的双网路由方法，进一步包括如下步骤，如果所述的第一通信 链路中断，则由当前节点检测其是否生成有第二通信链路路由表，如果有，则发送切换路由 报文切换至所述的第二通信链路，收到所述的切换路由报文的节点激活相应的通信链路路 由表。
4. 根据权利要求3所述的双网路由方法，进一步包括如下步骤，如果当前节点没有生 成第二通信链路路由表，则选择第一通信链路的备份路由，如果没有所述的第一通信链路 的备份路由，则发出寻路由报文。
5. 根据权利要求3所述的双网路由方法，进一步包括如下步骤，如果所述的第一通信 链路恢复，则切换回所述的第一通信链路。
6. 根据权利要求3或5所述的双网路由方法，进一步包括如下步骤，通信节点收到切换 路由报文后，关闭发出报文的源节点的当前链路路由，再激活源节点的备份链路路由。
7. 根据权利要求1所述的双网路由方法，其中，所述的通信节点注册及路由表生成包 括如下步骤广播发送注册报文，等待响应报文；如果收到相应报文，则根据所述的相应报文中的路由信息选择一条最优路由，并按优 先级保存其余路由为备份路由；向中心节点发送HELLO报文告知路由信息，等待HELLO回应报文，如果等到，则注册连 接建立成功。
8. 根据权利要求4或7所述的双网路由方法，其中，如果收到所述的注册报文或所述的 寻路由报文的中继节点的路由跳数小于设定值，则向发起注册和寻路由报文的节点发出响 应报文。9根据权利要求7所述的双网路由方法，其中，如果中心节点收到所述的注册报文 或所述的寻路由报文，则直接将自己的节点地址告知发送报文的节点。
9. 根据权利要求1所述的双网路由方法，其中，所述的第一通信链路为电力线通信链 路和无线通信链路二者中的一个，所述的第二通信链路为二者中的另一个。
全文摘要
本发明涉及一种双网路由方法，包括如下步骤节点初始化，建立路由注册连接并生成路由表；采用第一通信链路发送数据，如果通信链路中断，则优先地切换至第二通信链路，继续发送数据。第一通信链路为无线通信链路，第二通信链路为电力线通信链路，反之亦成立。实现较高的通信可靠性、电信级可靠度，保证通信的实时性，解决现有技术中信号孤岛这一技术问题。
文档编号H04L12/56GK101707571SQ200910307530
公开日2010年5月12日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者李悦 申请人:李悦