一种计及设备通信性能的低压电力线载波通信可靠组网方法与流程

本发明属于电力线载波通信领域，涉及低压电力线载波通信领域，尤其是一种计及设备通信性能的低压电力线载波通信可靠组网方法。

背景技术：

电力线载波通信技术是利用已有的低压用电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。其以建设成本低，覆盖面广等优势被广泛应用于远程抄表、用电异常上报等业务中。然而，以共享电力线作通信介质决定了低压电力线载波通信易受用电网络环境影响，导致系统通信误码率较高，制约着信息传输成功率的提升。

在目前对于低压电力线载波通信组网的研究中，并未对载波通信设备性能之间的差异进行分析。但线路环境及设备信噪比共同决定了低压电力线载波通信误码率大小，因此选用高信噪比设备作为路由节点可作为提升网络通信性能的重要方法。同时，载波网络中路由节点数目反映了网络资源使用情况，在保障网络可靠通信的前提下，尽量减少网络中冗余转发节点可作为减少通信时延、提升网络资源利用率的重要方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种计及设备通信性能的低压电力线载波通信可靠组网方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种计及设备通信性能的低压电力线载波通信可靠组网方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤(1)构建网络分析模型：

将双向通信的低压电力线载波通信网络构建为网络分析模型，通信网络中的载波设备对应为网络分析模型中的网络节点；

步骤(2)初始化：

每一个网络中的载波设备分别获取一个网络分析模型的网络节点id编号，同时根据载波设备信噪比数值进行通信性能权重w的赋值，初始化状态将所有载波设备设置自身状态类型为未确定状态节点；

步骤(3)对载波设备进行加权重赋值，构成加权网络：

将设备信噪比大小作为权重为节点v赋权值w，w>0，建立赋权网络可靠性分析模型；

步骤(4)求解电力线载波网络极小连通支配集：

网络中任意载波设备通过广播形式发起组网请求，并获取通信范围内其它载波设备id及权重信息，网络中任意载波设备与通信范围内其他载波设备权重进行比较，更新各载波设备的状态信息，载波设备的状态分为支配节点、受支配节点、未确定状态节点三种类型；实现少数高性能载波设备作为网络中路由节点；

步骤(5)网络优化：

当网络中载波设备状态不再包含未确定状态节点时，进行支配集优化并构成连通图；

结束。

而且，所述步骤(1)构建网络分析模型，将双向通信的低压电力线载波通信网络建模为无向连通图g＝(v,e)，其中，v表示所有具有载波设备的集合，包含采集终端、三相电表、单相电表和采集器；e是边集合，每条边e∈e表示载波节点之间存在可以通信的路径。

而且，所述双向通信的低压电力线载波通信网络中的载波设备包含一台采集终端和多台采集器、多台单相电表、多台三相电表，各载波设备分别通过电力线进行连接。

而且，所述步骤(2)中网络节点id编号按数字顺序选取或者选取智能电表的表号做为载波设备编号进行网络初始化设置。

而且，所述步骤(3)中网络节点权重取值为设备信噪比值，信噪比越高表明混杂在信号里的噪声越小。

而且，所述步骤(4)网络中任意载波设备与通信范围内其他载波设备权重进行比较后，

若确认自身权重数值为通信范围内载波设备权重中的最大值，则更新自身状态类型为支配节点，并向通信范围内载波设备广播自身状态信息，否则依据以下规则进行判定；

若载波设备收到通信范围内支配节点发出的状态广播消息，且自身状态为未确定状态节点，则将更新自身状态成为受支配节点；

若载波设备收到通信范围内受支配节点发出的状态广播消息，且自身状态为未确定节点状态，判断通信范围内载波设备中权重大于自身的设备是否为支配节点，若是支配节点，更新此载波设备的状态信息成为支配节点，并向通信范围内其他载波设备广播自身状态；若不是支配节点则继续等待；

而且，所述步骤(5)支配集优化的具体执行规则为：对于任意受支配节点u，若通信范围内存在u1、u2两台载波设备不能通过支配节点集合中的载波设备连通，则更新该载波设备状态为支配节点。

本发明的优点和积极效果是：

本发明将双向通信的低压电力线载波通信网络建模为无向连通图，计及设备信噪比与对载波通信误码率的反比例关系，建立以设备信噪比大小为权重的赋权网络可靠性分析模型，结合图论中极小连通支配集概念，采用求解极大权的极小连通支配集方法，实现用电信息采集系统低压电力线载波网络的可靠组网，并实现降低通信误码率、提升网络资源利用率的目的。

附图说明

图1是本发明组网方法的流程图；

图2是台区下载波设备物理连接图；

图3是基于本方法的组网结果示意图；

图4是基于非加权的分簇算法组网结果示意图；

图5是不同台区规模下低压电力线载波网络支配节点占比变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种计及设备通信性能的低压电力线载波通信可靠组网方法，参见图1为本发明实施例的方法流程示意图，本方法可实现不同规模台区的低压电力线载波通信网络的可靠组网。

计及设备信噪比与对载波通信误码率的反比例关系，将双向通信的低压电力线载波网络建模为以设备信噪比大小为权重的赋权网络分析模型，结合图论中极小连通支配集概念，采用求解图论中极大权的极小连通支配集方法，实现少数高性能载波设备作为网络中路由节点，保障了低压电力线载波通信网络的高效、可靠连通，实现用电信息采集系统低压电力线载波网络的可靠组网，本组网方法的各阶段具体描述如下：

步骤1：构建网络分析模型：

本实施例选取用电信息采集系统中远程抄表系统作为实施例进行分析，在实际的双向通信的低压电力线载波网络中的载波设备包括多种计量仪表，将网络中的各种计量仪表统一表述为载波设备，将双向通信的低压电力线载波通信网络建模为无向连通图g＝(v,e)，其中，v表示所有具有载波设备的集合，包含采集终端、三相电表、单相电表和采集器；e是边集合，每条边e∈e表示载波节点之间存在可以通信的路径。

步骤2：初始化：

每一个网络中的载波设备分别获取一个网络分析模型的网络节点id编号，同时根据载波设备信噪比数值进行通信性能权重w的赋值，初始化状态将所有载波设备设置自身状态类型为未确定状态节点；

以图2所示台区为例，算法初始化阶段，台区下采集器及、单/三相电表通过信息交互获取各自通信范围内载波设备网络节点编号及通信性能权重指标信息；

需要说明的是，图2中台区系统包含一台采集终端和多台采集器、多台单相电表、多台三相电表，各载波设备分别通过电力线进行连接。

需要说明的是，图2中台区载波节点编号id为0～50随机选取，也可选取智能电表的表号做为载波设备编号进行网络初始化设置。

步骤3：对载波设备进行加权重赋值，构成加权网络：

考虑到设备间通信能力的差异性，计及设备信噪比与对载波通信误码率的反比例关系，将设备信噪比大小作为权重为节点v赋权值w，w>0，建立赋权网络可靠性分析模型，则g构成加权网络，载波设备即该加权网络中的网络节点，将载波设备的状态分为支配节点、受支配节点、未确定状态节点三种类型。

需要说明的是，在本实施例中，网络节点权重取值为设备信噪比值(db)，信噪比越高表明混杂在信号里的噪声越小，信号质量越好。

步骤4：求解电力线载波网络极小连通支配集：

网络中任意载波设备通过广播形式发起组网请求，并获取通信范围内其它载波设备id及权重信息，网络中任意载波设备与通信范围内其他载波设备权重进行比较，

若确认自身权重数值为通信范围内载波设备权重中的最大值，则更新自身状态类型为支配节点，并向通信范围内载波设备广播自身状态信息，否则依据以下规则进行判定；

若载波设备收到通信范围内支配节点发出的状态广播消息，且自身状态为未确定状态节点，则将更新自身状态成为受支配节点；

若载波设备收到通信范围内受支配节点发出的状态广播消息，且自身状态为未确定节点状态，判断通信范围内载波设备中权重大于自身的设备是否为支配节点，若是支配节点，更新此载波设备的状态信息成为支配节点，并向通信范围内其他载波设备广播自身状态；若不是支配节点则继续等待；

采用求解图论中极大权的极小连通支配集方法，获得电力线载波网络极小连通支配集，保证少数高性能载波设备作为网络中路由节点。

举例说明：以载波设备0出发进行实例分析，通过对通信范围内载波设备权重比较结果可得，载波设备0在其通信范围为权重最大的载波设备，因此更新载波设备0状态为支配节点；转向载波设备0通信范围内的载波设备7，载波设备7收到支配节点0发出的广播信息，且自身状态为未确定状态节点，因此更新载波设备7状态成为受支配节点；转向载波设备0通信范围内的载波设备18，因通信范围内载波设备中权重大于自身的载波设备0状态已确定为支配节点，因此更新载波设备18状态为支配节点。

步骤5：网络优化，完成组网

当网络中载波设备状态不再包含未确定状态节点时，进行支配集优化并构成连通图，具体按照以下规则执行：对于任意受支配节点u，若通信范围内存在u1、u2两台载波设备不能通过支配节点集合中的载波设备连通，则更新该载波设备状态为支配节点。

需要说明的是，网络优化前需满足网络中所有载波设备状态不再包含未确定状态节点。

对比效果：本方法与传统非加权算法相比，本方法的算法从影响误码率的因素出发，建立以设备信噪比大小为权重的赋权网络模型，并实现载波网络组网。算法仿真结果如图3、4所示，以单一链路为例进行分析，与分簇算法选取22号载波节点作为二级路由节点相比，本方法选取的36号节点信噪比较大，对于降低通信误码率具有明显优势。

在实际应用中，载波信道状态直接决定了载波设备有效通信距离的大小，因此本方法选取有效通信距离lstand作为表征载波信道综合状态的变量。设网络路由(支配)节点占比η＝m/n，其中m为路由节点数、n为载波节点总数。随着低压电力线信道条件的改善，载波设备通信范围将会不同程度地扩大，导致部分路由设备成为冗余节点，即与网络实际需求相比，存在路由节点占比过大的现象。

采用本方法的算法进行组网，可保证当网络条件变化时网络中路由节点由极少数的高性能载波设备构成，从而达到降低网络中路由节点占比的效果。选取设备有效通信距离分别等于70、90m时执行本文算法，试验结果如图5所示，随着信道条件的改善，同规模载波网络中支配节点占比均有所减少。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。