一种降低载波侦听多路访问资源冲突的方法与流程

本发明涉及电力载波通信系统
技术领域：
，尤其涉及到了宽带电力载波通信系统中的载波侦听多路访问传输资源使用方式。
背景技术：
：载波侦听多路访问(称：CarrierSenseMultipleAccess)，可以分成两种方式，载波监听多路访问/冲突检测方法(称CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection，简称：CSMA/CD)和载波监听多路访问/冲突避免(称：CarrierSensemultipleAccess/CollisionAvoidance，简称：CSMA/CA)。都是争用型的介质访问控制协议，位于数据链路层，前者用于有线网络而后者用于无线网络。在采用分布式控制的网络中，附接总线的各个结点通过竞争的方式，获得总线的使用权。只有获得使用权的结点才可以向总线发送信息帧，该信息帧将被附接总线的所有结点感知。包括以下三个方面内容：载波侦听--发送结点在发送信息帧之前，必须侦听媒体是否处于空闲状态；多路访问--具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收；冲突检测--发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突，即同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧。在实际工程应用中，采用CSMA/CD带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法“避免”冲突。采用CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量“避免”。所以在载波侦听多路访问CSMA系统中，无论采用何种方式都无法避免冲突存在。在某些特定场景中，这种冲突会更加严重，可能导致系统无法进行正常工作。如图1所示，所有的设备都共享系统的传输资源，并且系统中的各个设备都处于同步状态，但是当系统中各个设备需要进行数据传输的时候，由于不知道其他设备的情况，所以在每个设备，每次进行数据传输的时候都需要检查其他设备是否正在使用传输资源，如果存在其他设备正在使用传输资源的情况，则该设备将自动提供退避机制，等待正在传输的数据传输完成之后，再尝试是否可以使用传输资源。在该场景中，每个设备都需要实时监听传输资源上是否有数据帧发送，如果存在数据帧发送，则监听该数据帧，并且判定该数据帧结束时间。在该数据帧传输完毕之后，再检查是否可以使用传输资源。如果是在系统中终端比较少，并且业务量也比较少的情况下，是能够满足数据传输需求的，但是如果系统中设备比较多，并且业务比较繁忙，这就增加了多个设备同时发送数据的情况，也就增加冲突概率，将导致系统传输资源利用率降低，甚至系统无法正常使用。根据上面的描述，本发明提出了一种降低冲突概率的方法，提高系统的传输资源利用率，有效避免由于冲突导致系统阻塞的情况。技术实现要素：本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种降低载波侦听多路访问资源冲突的方法。本发明的技术方案如下：一种降低载波侦听多路访问资源冲突的方法，其包括以下步骤：将共享传输资源的所有设备进行分组，组数为N组；当完成分组后，载波侦听多路访问区域的开始时间区分成N个冲突检测时间片，为每组设备在CSMA传输资源开始区预期分配一段固定的冲突检测时间片，其中每组设备只有在该区域中检测到没有其他设备进行数据传输时才可以进行数据传输，该组设备不能在其他时刻进行冲突检测，也不能开始进行数据传输。进一步的，所述将共享传输资源的所有设备进行分组采用以下三种分组方式之一进行分组，包括：第一种方式：根据设备标识进行分类；第二种方式：根据设备的优先级或设备中业务数据的优先级进行分组；第三种方式：根据设备中数据缓存的数据量大小进行分组。进一步的，所述设备的冲突检测时间片长度不小于ΔTdelay+ΔTdetect时间，ΔTdelay表示系统中共享传输资源设备之间的最长传输时间延迟，ΔTdetect表示设备用于检测传输资源上是否存在传输数据块的时间。进一步的，当采用第一种方式即采用站点标识进行分组成N组时，假设第一组和第三组中有站点需要在共享CSMA时隙进行数据传输，那么具体流程如下：步骤一：所有站点搜索信标时隙，根据信标中广播时隙参数，确定TDMA时隙区间、CSMA时隙区间以及绑定CSMA时隙区间；步骤二：在CSMA时隙开始时刻，在第一个CSMA冲突检测时间片，只能是第一个分组站点进行检测使用，其他分组站点不能使用；由于第一组中存在站点发送数据，所以第一组站点在组内进行冲突检测之后，将在第一个CSMA冲突检测时间片开始传输数据；步骤三：虽然第三组中有站点需要传输数据，但是在CSMA时隙开始就收到了第一组中站点发送的数据，所以不能在CSMA时隙上发送数据，但是需要检测第一组中站点发送数据块的结束时间；步骤四：在第一组中站点发送完数据块之后，各个站点继续检测各自的CSMA冲突检测时间片，在该时刻，由于第一分组没有数据传输，第二分组也没有数据传输，所以在第三分组站点CSMA冲突检测时间片中没有发现其他站点发送数据，那么第三分组中的站点将在第三冲突检测时间片竞争发送数据块；步骤五：第一组中站点发送完数据，第三组中站点也发送完数据，如果在CSMA时隙中还剩余足够时间发送一个数据块，那么第三组中站点数据发送完之后，各个站点将根据自己所在冲突检测时间片进行冲突检测的结果使用传输资源，如果剩余时间不足传输一个数据块，则丢弃剩余时间片。进一步的，在PLC系统中，发送数据采用SOF帧格式，在控制帧中将指明载荷帧长度，由此可以计算出载荷帧的结束时间。本发明的优点及有益效果如下：在实际工程实现中，如果不采用本发明方法，那么系统中所有共享传输资源的设备在CSMA区域开始都进行冲突检测，只要在传输资源上没有检测到数据块正在传输，那么该设备就可以直接使用传输资源，在大量设备系统中，不同设备进行传输数据块的冲突概率大大增加。如果采用本发明方法，首先将系统中设备分成不同的分组，然后给不同分组设备提供一个固定冲突检测时间片，这样分配到每个冲突检测时间片的设备将大大较少，假定将所有设备分成了N组(N大于等于1)，那么CSMA数据传输过程中，冲突概率将降低1/N，所以也就减小了不同设备在传输资源上传输数据块发生冲突的概率。其次，使用该发明中的不同分组方式，可以达到不同传输资源被优先使用的效果，如果根据设备标识进行分组，那么可以将系统中的设备均衡的分布到各个分组中。如果根据设备优先级或是业务数据优先级进行分组，则可以完成在CSMA区域上优先传输高优先级设备的数据或是高优先级业务数据。根据设备中的缓存数据量进行分组，缓存数据量大的设备优先传输数据块，则可以减小系统中存在设备始终得不到传输资源的概率。所以采用该发明专利能够有效减小不同设备使用传输资源发生冲突的概率。附图说明图1是现有技术中CSMA竞争冲突示意图；图2是本发明优选实施例设备分组传输示意图；图3本发明优选实施例虚拟载波冲突检测中设备分组传输示意图；图4本发明优选实施例一站点分组示意图；图5本发明优选实施例一数据传输示意图；图6本发明优选实施例二业务报文优先级分组示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。本发明的技术方案如下：本发明提出了一种降低CSMA共享传输资源造成冲突的方法，其特征是将共享传输资源的所有设备进行分组，并且为每组设备在CSMA传输资源开始区预期分配一段固定的冲突检测时间片，该组设备只有在该区域中检测到没有其他设备进行数据传输时才可以进行数据传输，该组设备不能在其他时刻进行冲突检测，也不能开始进行数据传输。如图2设备分组传输示意图所示，首先将系统中所有设备分成N组，其次将CSMA区域的开始部分分成N个冲突检测时间片，处于第一组的设备只能在冲突检测时间片1中进行冲突检测，如果在冲突检测时间片1中没有设备使用，则该终端就可以立即启动数据块传输，其他分组设备采用同样的处理方法。在一个CSMA区域中，相同设备或是不同设备可以进行多个数据包的分时传输，没有进行数据传输的设备将实时监视CSMA区域的传输资源占用情况，根据在CSMA区域中传输数据包的特性，计算出正在传输数据块的结束时间，等待该数据包传输结束之后，再根据设备所处分组检查本组的冲突检测时间片，如果本组其他设备没有发送数据块，则该设备可以在传输资源上发送数据块。如图3虚拟载波冲突检测中设备分组传输示意图所示，开始时刻设备分组1、设备分组2到设备分组M-1(M小于等于N)中的设备都没有数据块传输，在M分组中设备L在M冲突检测时间片中没有检测到其他终端进行数据块传输，则设备L在传输资源上发送数据块，等待L设备数据块传输结束之后，所有设备在各自分组的冲突检测时间片上继续检测是否可以进行数据传输。进一步描述：系统中的所有需要传输数据的设备在CSMA区域开始进行传输资源检测，如果设备在传输资源上检测到有数据块传输，则该设备不需要在自己的冲突检测时间片上进行冲突检测，该设备也不能占用传输资源进行数据块的发送。该发明中的系统设备分组存在三种方式第一种方式：根据设备的标识进行分类，在系统中，为了方便进行设备之间相互通信，每个设备都有一个唯一的设备标识，该发明可以根据设备标识将设备分成多组，在CSMA区域中，给每组设备分配固定的冲突检测时间片。第二种方式：根据设备优先级进行分类，在系统中，不同等级设备或是相同等级设备的不同业务数据块，都会被分配不同的优先级，该发明可以根据设备以及设备中业务数据优先级进行分组，优先级高的设备或是业务数据块将分配前面的冲突检测时间片。第三种方式：根据设备中数据缓存的数据量进行分组，在系统中，不同设备采用冲突竞争方式争夺传输资源，可能会造成某些终端始终得不到发送数据块的机会，导致了通信阻塞。本发明将按照缓存数据量大小进行分组，缓存数据量大的分组分配在前面的冲突检测时间片中。在本发明中，根据系统的特征，可以选择其中一种方式进行设备分组，具体分组数目根据系统特征确定。该发明中还涉及到了冲突检测时间片长度，系统的具体冲突检测时间片长度根据不同系统特点确定，从两个方面进行确定。第一方面：系统中共享传输资源设备之间的最长传输时间延迟，或称为设备之间在传输资源上的传输距离。传输时间长或是传输距离远的系统，则冲突检测时间片长度长，假定为：ΔTdelay。第二方面：系统中设备检测到传输资源上是否存在传输数据块的时间，假定为：ΔTdetect。综合上面情况，冲突检测时间片的长度不小于ΔTdelay+ΔTdetect时间。在实际工程实现中，如果不采用本发明方法，那么系统中所有共享传输资源的设备在CSMA区域开始都进行冲突检测，只要在传输资源上没有检测到数据块正在传输，那么该设备就可以直接使用传输资源，在大量设备系统中，不同设备进行传输数据块的冲突概率大大增加。如果采用本发明方法，首先将系统中设备分成不同的分组，然后给不同分组设备提供一个固定冲突检测时间片，这样分配到每个冲突检测时间片的设备将大大较少，所以也就减小了不同设备在传输资源上传输数据块发生冲突的概率。其次，使用该发明中的不同分组方式，可以达到不同传输资源被优先使用的效果，如果根据设备标识进行分组，那么可以将系统中的设备均衡的分布到各个分组中。如果根据设备优先级或是业务数据优先级进行分组，则可以完成在CSMA区域上优先传输高优先级设备或是高优先级业务数据。根据设备中的缓存数据量进行分组，缓存数据量大的设备优先传输数据块，则可以减小系统中存在设备始终得不到传输资源的概率。所以采用该发明专利能够有效减小不同设备使用传输资源发生冲突的概率。为了更好的说明本发明在实际系统中的应用，下面将采用三个实施例具体说明本发明的使用方法。具体实例一：宽带电力载波通信(简称：PLC)，是以输电线路为载波信号的传输媒介的电力通信系统。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体(一般有三相良导体及一或两根架空地线)，所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。为了推广电力载波通信的应用，国家电网也发布了企业标准协议《电力用户用电信息采集系统通信协议》。在协议中明确采用OFDMA方式进行信号调制，在传输资源使用上分成了三类资源，一类是固定的信标资源、一类是时分TDMA资源，最后一类则是采用共享竞争模式的CSMA资源。该发明主要用于提高共享竞争模式CSMA传输资源的使用效率。根据
发明内容，站点分组有三种方式，即按照站点标识进行分类、站点优先级进行分类和站点缓存数据量进行分类。下面首先使用采用站点标识进行分组的方式来说明本发明的使用方法。在PLC系统中站点标识(简称：TEI)采用12比特标识，根据设备的TEI值进行分组，假定该实施例中站点分成N组，那么(TEI％N)+1的数值就是站点具体的分组号(备注：％表示数学模运算)。假设该PLC系统共有80个站点，分成8个分组，根据本发明总计有8个CSMA冲突时间检测区，即N＝8，那么每组有10个站点。站点分组示意图分组结构如图4。假设第一组和第三组中有站点需要在共享CSMA时隙进行数据传输，那么具体流程如下：步骤一：所有站点搜索信标时隙，根据信标中广播时隙参数，确定TDMA时隙区间、CSMA时隙区间以及绑定CSMA时隙区间。步骤二：在CSMA时隙开始时刻，在第一个CSMA冲突检测时间片，只能是第一个分组站点进行检测使用，其他分组站点不能使用。由于第一组中存在站点发送数据，所以第一组站点在组内进行冲突检测之后，将在第一个CSMA冲突检测时间片开始传输数据。步骤三：虽然第三组中有站点需要传输数据，但是在CSMA时隙开始就收到了第一组中站点发送的数据，所以不能在CSMA时隙上发送数据，但是需要检测第一组中站点发送数据块的结束时间，在PLC系统中，发送数据采用SOF帧格式，在控制帧中将指明载荷帧长度，由此可以计算出载荷帧的结束时间。步骤四：在第一组中站点发送完数据块之后，各个站点继续检测各自的CSMA冲突检测时间片。如图5所示。在该时刻，由于第一分组没有数据传输，第二分组也没有数据传输，所以在第三分组站点CSMA冲突检测时间片中没有发现其他站点发送数据，那么第三分组中的站点将在第三冲突检测时间片竞争发送数据块。图5数据传输示意图中，回应帧间隔(RIFS)指需要等待回应帧的场景中，在报文和报文的回应帧之间，物理层的协议帧之间需要保证的最小帧间隔。竞争帧间隔(CIFS)指在需要竞争的时隙中，当站点需要发送报文时，物理层的协议帧之间需要保证的最小帧间隔。步骤五：第一组中站点发送完数据，第三组中站点也发送完数据，如果在CSMA时隙中还剩余足够时间发送一个数据块，那么第三组中站点数据发送完之后，各个站点将根据自己所在冲突检测时间片进行冲突检测的结果使用传输资源。如果剩余时间不足传输一个数据块，则丢弃剩余时间片。采用本发明的方法，将第一组和第三组站点分配到不同的冲突检测时间片，在第一组中站点发送数据的时候，第三组中站点不参与竞争发送，所以减小了第一组中站点由于冲突导致发送失败的概率。具体实施例二：在具体实施例一中采用了站点标识分组的方法，在实际工程应用中，也可以采用站点优先级或是业务优先级进行分组，下面就采用了优先级方式进行分组。在PLC系统中，传输的数据报文可以分成两大类，一类是应用报文、另外一类是网络管理子层报文。在竞争信道时，优先级越高的报文或设备相对于优先级低的应该具有更高的信道竞争能力，即应该优先占有冲突检测时间片。在帧起始(简称：SOF)的可变区域有一个链路标识符字段，用来表示不同的优先级或者不同的业务。报文的优先级由分类规则确定见表1.表1报文分类规则表虚拟局域网(简称：Vlan)标签用于报文分类和划分优先级。对于应用层各种业务报文的优先级定义如表2所示，而对于网络管理子层的报文的优先级可以自己定义。表2业务报文优先级在该实时例中定义网络管理子层报文优先级高于应用报文，并将“从节点主动注册”归类到“网络管理子层报文”，那么可以将各种报文分组如下：表3根据优先级进行分组根据本发明的描述，那么将PLC传输资源CSMA时隙的冲突检测时间片分成5个部分，即CSMA冲突检测时间片1、CSMA冲突检测时间片2、CSMA冲突检测时间片3、CSMA冲突检测时间片4、CSMA冲突检测时间片5。如表3，图6业务报文优先级分组示意图所示。在该实施例中，假定有不同站点需要进行抄表报文和通信测试报文同时需要CSMA传输资源，具体操作步骤如下。步骤一：假定站点L需要发送抄表报文，站点M需要发送通信测试报文，在站点M和站点L开机完成组网之后，两个站点都同步到中央控制站点上，并且将收到来自中央控制站点的中央信标。在中央信标中，中央控制站点给出了信标时隙、TDMA时隙、CSMA时隙以及绑定CSMA时隙具体参数，每个站点将计算出每个传输资源区的开始和结束时间点。步骤二：站点L和站点M等到CSMA时隙到达时刻，由于站点L传输抄表报文，而站点M传输通信测试报文，所以站点L在CSMA冲突检测时间片2上检测是否存在其他站点发送数据，如果没有，则站点L将在分组2站点间竞争使用CSMA时隙资源。如果存在站点已经使用CSMA时隙，则需要等待下一次机会。步骤三：站点L和站点M，从CSMA时隙开始检测是否存在其他站点发送数据，在该实施例中，站点L在CSMA冲突检测时间片2开始发送的数据，将被站点M接收到，站点M将解析站点L发送的控制帧，并且计算出站点L发送抄表报文的具体时间。步骤四：站点M等待站点L发送完成抄表报文，站点M在CSMA冲突检测时间片5上检测是否存在其他站点发送数据，如果没有，则站点M发送通信检测报文。否则站点M将等待下一次发送机会。采用本发明方法，使用站点发送报文的优先级进行分组，为不同优先级的站点分配固定的CSMA冲突检测时间片。有效避免了不同站点发送不同报文时的冲突，提高了CSMA时隙的利用率。具体实施例三：除了上面两个例子进行分组的方式以外，根据本发明还可以采用站点中数据缓存的数据量进行分组。在该实施例中，假定最大待发数据量为K字节，将站点分成L组，那么具体分组如表4所示。表4根据待发数据量进行分组数据量(M)分组(K/L)(L-1)＝<M1(K/L)(L-2)＝<M<(K/L)(L-1)2......0＝<M<K/LL其中涉及参数K字节和L分组数，可以在站点设备设计中固定，也可以在中央控制站点的中央信标中广播。在实际中，假定站点STA1和STA2两个站点分别待传输数据量是K1和K2字节，根据表4计算，假定STA1落入到第一分组和STA2落入到第二分组中。那么STA1和STA2共享CSMA时隙发送数据步骤如下：步骤一：站点STA1和站点STA2开机完成入网之后将同步到中央控制站点，并且根据中央控制站点广播的中央信标，计算出信标时隙、CSMA时隙、TDMA时隙以及绑定CSMA时隙的起始和结束时刻。步骤二：在CSMA时隙到来时，STA1在CSMA冲突检测时间片1中检测是否有其他站点使用传输资源，如果没有，则STA1在CSMA时隙上发送数据。步骤三：站点STA2检测CSMA时隙，如果在CSMA冲突检测时间片1中收到STA1发送的数据，那么STA2将不在CSMA冲突检测时间片2上检测发送数据，将等待STA1发送完成之后，再检测是否可以发送数据。采用该分组方式可以有效的缓解由于系统传输的数据量过大而带来的通信阻塞问题。该分组方式与前两种分组方式的思想一致，根据设备中缓存的数据量的大小进而对设备进行分组，缓存的数据量越大的设备所占有的冲突检测时间片越靠前，即当没有设备进行数据传输时该组设备优先于后面的分组进行冲突检测。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。当前第1页1 2 3