一种级联型电力线载波通讯方法及装置与流程

本发明涉及级联型电力载波通讯技术领域，特别涉及一种级联型电力线载波通讯方法及装置。

背景技术：

级联型PLC(Power Line Carrier，电力线载波)通讯，与传统PLC不同，传统PLC采用并联的电压耦合方式，即其PLC模块直接并联在L线和N线两端；而级联型PLC模块则是串联在一个环路中，采用电流环的通讯方式，当需要通过通讯实现实时控制时，就需要通讯主机对其下多个通讯从机进行统一调度，逐个控制，故对通讯主机与每个通讯从机之间通讯的实时性和可靠性要求非常高。

目前级联型PLC的通讯机制比较有代表性的主要有：主从式通讯(如RS485通讯等)机制和多主竞争式通讯(如CAN通讯等)机制。其中，主从式通讯机制采用的是一主多从的通讯模式，整个通讯网络的通讯控制权限全部由通讯主机进行控制，其通讯从机不能主动向通讯主机发起数据通讯，只能在每个控制周期内被动的等待通讯主机轮询至该节点，询问其是否需要发起数据通讯且得到通讯主机的确认之后才可以向通讯主机发送数据。而多主竞争式通讯机制采用多主多从的通讯模式，也就是整个总线下的各个通讯节点是相互平等的，只是由各个通讯节点的优先级权限来决定谁占用总线。

然而，主从式通讯机制，当通讯从机较多的情况下，轮询一次将会耗费大量的时间，拖慢通讯带宽。而多主竞争式通讯机制，其数据帧较为复杂，数据冗余较大，通讯带宽利用率不高。

技术实现要素：

本发明提供一种级联型电力线载波通讯方法及装置，以解决现有技术中通讯带宽速度低和利用率低的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种级联型电力线载波通讯方法，应用于级联型电力线载波通讯装置，所述级联型电力线载波通讯装置包括：通讯主机和多个通讯从机；所述级联型电力线载波通讯方法包括：

通讯主机采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；

各个通讯从机根据所述控制命令和所述对应关系，按照各自的优先级，依次向所述通讯主机上传数据。

优选的，所述各个通讯从机根据所述控制命令和所述对应关系，按照各自的优先级，依次向所述通讯主机上传数据，包括：

根据所述对应关系，优先级最高的通讯从机根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据，并触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

优先级其次的通讯从机在被触发的第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；

若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则优先级其次的通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲；

若侦听结果为所述通讯信道空闲，则优先级其次的通讯从机向所述通讯主机上传数据，并触发优先级再其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节，直至全部通讯从机退出数据发送环节。

优选的，所述触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，包括：

将上传的数据作为令牌，发送给所述优先级其次的通讯从机；

所述优先级其次的通讯从机根据所述令牌，进入数据发送环节。

优选的，所述优先级其次的通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听之后，还包括：

若所述侦听结果仍然为所述通讯信道非空闲，则重复执行所述再等待一个所述第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听的步骤；

直至等待的总时长超过其对应的第二预设时长后，执行对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲的步骤。

优选的，还包括：

当所述通讯主机与通讯从机发生数据冲突时，所述通讯主机立即重新进行数据的发送，所述通讯从机等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则所述通讯从机重新进行数据的发送；

当通讯从机之间发生数据冲突时，优先级高的通讯从机立即重新进行数据的发送，优先级低的通讯从机等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述优先级低通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则所述优先级低通讯从机重新进行数据的发送。

一种级联型电力线载波通讯装置，包括：通讯主机和多个通讯从机；其中：

所述通讯主机用于采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；

各个通讯从机用于根据所述控制命令和所述对应关系，按照各自的优先级，依次向所述通讯主机上传数据。

优选的，各个通讯从机中，根据所述对应关系，优先级最高的通讯从机用于根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据，并触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

优先级其次的通讯从机用于在被触发的第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲；若侦听结果为所述通讯信道空闲，则向所述通讯主机上传数据，并触发优先级再其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节。

优选的，所述优先级最高的通讯从机用于触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，具体用于：

将上传的数据作为令牌，发送给所述优先级其次的通讯从机；

所述优先级其次的通讯从机根据所述令牌，进入数据发送环节；

所述优先级其次的通讯从机用于触发优先级再其次的通讯从机进入数据发送环节，具体用于：

将上传的数据作为令牌，发送给所述优先级再其次的通讯从机；

所述优先级再其次的通讯从机根据所述令牌，进入数据发送环节。

优选的，所述优先级其次的通讯从机还用于：

再等待一个所述第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听，若所述侦听结果仍然为所述通讯信道非空闲，则重复执行所述再等待一个所述第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；

直至等待的总时长超过其对应的第二预设时长后，向所述通讯主机上传数据。

优选的，当所述通讯主机与通讯从机发生数据冲突时，所述通讯主机还用于：立即重新进行数据的发送；

所述通讯从机还用于：等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则所述通讯从机重新进行数据的发送；

当通讯从机之间发生数据冲突时，各个通讯从机还用于：按照发生数据冲突的通讯从机的优先级，由优先级高的通讯从机立即重新进行数据的发送，由优先级低的通讯从机等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述优先级低通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则所述优先级低通讯从机重新进行数据的发送。

本发明提供的所述级联型电力线载波通讯方法，通过通讯主机采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；再由各个通讯从机根据所述控制命令和所述对应关系，按照各自的优先级，依次向所述通讯主机上传数据；避免了通讯主机在轮询过程中对需要每一个通讯从机进行的点对点通讯，通讯主机只需对所有通讯从机进行一次广播，各个通讯从机即可根据各自的优先级顺序依次完成数据的上传，有效减少了依次轮询需要花费的时间，提高了通讯带宽；同时继承了主从机制数据帧结构简单的优点，每一帧的有效数据占比较高，大大提高了通讯带宽的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的级联型电力线载波通讯方法的流程图；

图2是本发明另一实施例提供的另一级联型电力线载波通讯方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的另一级联型电力线载波通讯方法的流程图；

图4是本发明另一实施例提供的级联型电力线载波通讯装置的状态示意图；

图5是本发明另一实施例提供的级联型电力线载波通讯装置的另一状态示意图；

图6是本发明另一实施例提供的级联型电力线载波通讯装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种级联型电力线载波通讯方法，以解决现有技术中通讯带宽速度低和利用率低的问题。

具体的，所述级联型电力线载波通讯方法，应用于级联型电力线载波通讯装置，所述级联型电力线载波通讯装置包括：通讯主机和多个通讯从机；所述级联型电力线载波通讯方法，如图1所示，包括：

S101、通讯主机采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；

S102、各个通讯从机根据所述控制命令和所述对应关系，按照各自的优先级，依次向所述通讯主机上传数据。

本实施例提供的所述级联型电力线载波通讯方法，结合了主从通讯机制和多主竞争通讯机制的优点，首先所有通讯从机根据各自设备的ID号进行排序，该排序结果即为通讯从机向通讯主机上传数据的顺序，也即各自的优先级。

然后通讯主机将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令，对各个通讯从机进行一次广播，使得各个通讯从机得知自身的任务及完成各自任务的顺序，避免了通讯主机在轮询过程中对需要每一个通讯从机进行的点对点通讯，有效减少了依次轮询需要花费的时间，提高了通讯带宽。

并且，本实施例提供的所述级联型电力线载波通讯方法，继承了主从机制数据帧结构简单的优点，每一帧的有效数据占比较高，大大提高了通讯带宽的利用率。

本发明另一具体的实施例提供了另外一种具体的级联型电力线载波通讯方法，如图2所示，包括：

S201、通讯主机采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；

S202、根据所述对应关系，优先级最高的通讯从机根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据，并触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

具体的，优先级最高的通讯从机在根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据的同时，可以将上传的数据作为触发优先级其次的通讯从机的令牌，发送给所述优先级其次的通讯从机；所述优先级其次的通讯从机接收所述令牌后，根据所述令牌，进入数据发送环节。

S203、优先级其次的通讯从机在被触发的第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；

若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则说明上一优先级的通讯从机仍然占用通讯信道，也即尚未将其数据上传至所述通讯主机，此时，执行步骤S204、优先级其次的通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听；若所述侦听结果仍然为所述通讯信道非空闲，则重复执行步骤S204，直至所述通讯信道空闲；

若侦听结果为所述通讯信道空闲，则执行步骤S205、优先级其次的通讯从机向所述通讯主机上传数据，并触发优先级再其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

然后，重复执行步骤S203至S205，直至全部通讯从机将各自的数据上传至所述通讯主机，退出数据发送环节，并由优先级最低的通讯从机将其上传的数据作为令牌，发送给优先级最高的通讯从机，至此完成了一次上传周期。

参见图4，通讯主机通过广播broadcast的方式，下发优先级与ID号之间的对应关系及控制命令，各个通讯从机根据其ID号得知自身的优先级，比如ID＝0的通讯从机为优先级最高的通讯从机，ID＝1的通讯从机为优先级其次的通讯从机，ID＝2的通讯从机为优先级再其次的通讯从机，ID＝n的通讯从机为优先级最低的通讯从机。

然后，由优先级最高的通讯从机，即ID＝0的通讯从机，根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据Sampling data，并将上传的数据作为触发优先级其次的通讯从机的令牌token，发送给所述优先级其次的通讯从机。

所述优先级其次的通讯从机，即ID＝1的通讯从机，接收令牌token后，根据令牌token，进入数据发送环节；进入数据发送环节后，首先等待第一预设时长t_CD，即Delay由Delay＝t_CD变化为Delay＝0的状态之后，所述优先级其次的通讯从机对通讯信道进行侦听；若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则再等待一个第一预设时长t_CD，直至所述通讯信道空闲Channel free，则向所述通讯主机上传数据，并触发优先级再其次的通讯从机，即ID＝2的通讯从机，进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；直至优先级最低的通讯从机，即ID＝n的通讯从机，接收令牌token，进入数据发送环节，再经历上述等待和数据上传过程，然后退出数据发送环节，并由优先级最低的通讯从机将其上传的数据作为令牌token，发送给优先级最高的通讯从机，至此完成了一次上传周期。

本实施例提供的所述级联型电力线载波通讯方法，采用了交令牌的机制，避免了通讯主机在轮询过程中对需要每一个通讯从机进行的点对点通讯；另外，所有的通讯从机完成数据发送后都会立即退出数据发送环节，保证同一时刻最多只有一个通讯从机处在数据发送环节，引入的数据发送环节退出机制和信道侦听机制，有效的避免了总线数据冲突。

本发明另一具体的实施例提供了另外一种优选的级联型电力线载波通讯方法，如图3所示，包括：

S301、通讯主机采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；

S302、根据所述对应关系，优先级最高的通讯从机根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据，并触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

具体的，优先级最高的通讯从机在根据所述控制命令向所述通讯主机上传数据的同时，可以将上传的数据作为触发优先级其次的通讯从机的令牌，发送给所述优先级其次的通讯从机；所述优先级其次的通讯从机接收所述令牌后，根据所述令牌，进入数据发送环节。

S303、优先级其次的通讯从机在被触发的第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；

若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则说明上一优先级的通讯从机仍然占用通讯信道，也即尚未将其数据上传至所述通讯主机，此时，执行步骤S304、优先级其次的通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听；

若所述侦听结果仍然为所述通讯信道非空闲，则重复执行步骤S304，直至等待的总时长超过其对应的第二预设时长后(认为上一优先级的通讯从机故障)，所述通讯信道空闲，则执行步骤S305、优先级其次的通讯从机向所述通讯主机上传数据，并触发优先级再其次的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

若侦听结果为所述通讯信道空闲，则执行步骤S305；

然后，重复执行步骤S303至S305，直至全部通讯从机将各自的数据上传至所述通讯主机，退出数据发送环节，并由优先级最低的通讯从机将其上传的数据作为令牌，发送给优先级最高的通讯从机，至此完成了一次上传周期。

参见图5，在图4的基础之上，通讯主机通过广播broadcast的方式，下发优先级与ID号之间的对应关系及控制命令，各个通讯从机根据其ID号得知自身的优先级，并通过ID号得知各自对应的第二预设时长t_delay，比如对于ID＝1的通讯从机，其第二预设时长t_delay＝t×ID＝t×1，而对于ID＝n的通讯从机，其第二预设时长t_delay＝t×ID＝t×n。

以ID＝1的通讯从机为例进行说明，在其接收令牌token、且等待多个第一预设时长t_CD之后，所述侦听结果仍然为所述通讯信道非空闲，其等待的总时长已经超过其第二预设时长，此时其t_delay由t_delay＝t变化为t_delay＝0的状态，则认为上一优先级(ID＝0)的通讯从机故障，再侦听到所述通讯信道为空闲时，向所述通讯主机上传数据，并触发ID＝2的通讯从机进入数据发送环节，同时退出数据发送环节。

本实施例提供的所述级联型电力线载波通讯方法，在接到通讯主机通过广播方式群发的控制命令后，每一个通讯从机在等待数据上传的过程中，通过第二预设时长t_delay进行一个防超时的计时，一旦超时计时结束，则不再重复执行步骤S304，待所述通讯信道空闲后，立即进入发送数据环节。

当然，在具体的实际应用中，各个通讯从机对应的第二预设时长可以是t_delay＝t×ID，也可以是各自均从进入数据发送环节后开始计时，则此时各个通讯从机对应的第二预设时长可以为相同的时长；此处不做具体限定，图5仅为一种示例，可以视其具体应用环境而定。

本发明另一具体的实施例提供了另外一种优选的级联型电力线载波通讯方法，优选的，在上述两个实施例的基础之上，还包括：

当所述通讯主机与通讯从机发生数据冲突时，所述通讯主机立即重新进行数据的发送，所述通讯从机等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则所述通讯从机重新进行数据的发送；

当通讯从机之间发生数据冲突时，优先级高的通讯从机立即重新进行数据的发送，优先级低的通讯从机等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述优先级低通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则所述优先级低通讯从机重新进行数据的发送。

本实施例提供的所述级联型电力线载波通讯方法，通过上述结合优先级的数据重发机制，解决了当发生数据冲突后面临的总线陷入瘫痪的问题。

本发明另一实施例还提供了一种级联型电力线载波通讯装置，如图6所示，包括：通讯主机101和多个通讯从机102；

具体的工作原理为：

通讯主机101采用广播机制，将各个通讯从机的优先级与ID号的对应关系以及控制命令下发至各个通讯从机；

各个通讯从机102根据所述控制命令和所述对应关系，按照各自的优先级，依次向通讯主机101上传数据。

本实施例提供的所述级联型电力线载波通讯装置，通过上述工作原理，避免了通讯主机101在轮询过程中对需要每一个通讯从机102进行的点对点通讯，通讯主机101只需对所有通讯从机102进行一次广播，各个通讯从机102即可根据各自的优先级顺序依次完成数据的上传，有效减少了依次轮询需要花费的时间，提高了通讯带宽；同时继承了主从机制数据帧结构简单的优点，每一帧的有效数据占比较高，大大提高了通讯带宽的利用率。

优选的，各个通讯从机102中，根据所述对应关系，优先级最高的通讯从机102用于根据所述控制命令向通讯主机101上传数据，并触发优先级其次的通讯从机102进入数据发送环节，同时退出数据发送环节；

优先级其次的通讯从机102用于在被触发的第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲；若侦听结果为所述通讯信道空闲，则向通讯主机101上传数据，并触发优先级再其次的通讯从机102进入数据发送环节，同时退出数据发送环节。

优选的，优先级最高的通讯从机102用于触发优先级其次的通讯从机进入数据发送环节，具体用于：

将上传的数据作为令牌，发送给优先级其次的通讯从机102；

优先级其次的通讯从机102根据所述令牌，进入数据发送环节；

优先级其次的通讯从机102用于触发优先级再其次的通讯从机102进入数据发送环节，具体用于：

将上传的数据作为令牌，发送给优先级再其次的通讯从机102；

优先级再其次的通讯从机102根据所述令牌，进入数据发送环节。

优选的，优先级其次的通讯从机102还用于：

再等待一个所述第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听，若所述侦听结果仍然为所述通讯信道非空闲，则重复执行所述再等待一个所述第一预设时长之后，对通讯信道进行侦听；

直至等待的总时长超过其对应的第二预设时长后，向所述通讯主机上传数据。

优选的，当通讯主机101与通讯从机102发生数据冲突时，通讯主机101还用于：立即重新进行数据的发送；

通讯从机102还用于：等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则所述通讯从机再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则通讯从机102重新进行数据的发送；

当通讯从机102之间发生数据冲突时，各个通讯从机102还用于：按照发生数据冲突的通讯从机102的优先级，由优先级高的通讯从机102立即重新进行数据的发送，由优先级低的通讯从机102等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，若侦听结果为所述通讯信道非空闲，则优先级低通讯从机102再等待一个所述第一预设时长之后，对所述通讯信道进行侦听，直至所述通讯信道空闲，则优先级低通讯从机102重新进行数据的发送。

具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。