一种基于G3-PLC通信网络的上下行分时通信的方法与流程

本专利涉及电力线载波通信技术领域，尤其是一种基于g3-plc通信网络的上下行分时通信的方法。

背景技术：

现有g3-plc通信技术标准中，定义了pancoordinator和pandevice两种设备，在ami(advancedmeteringinfrastructure)系统中，分别集成于集中器设备和电表设备中，通过标准的dlms/cosem协议和g3-plc协议进行组网和通信。但在需要电表同时支持通过户内用户终端访问的应用场景中，需要电表同时支持上行与集中器组网通信并且下行与户内终端一对一通信，则g3-plc标准协议架构无法支持，此时，电表中需要集成两个g3-plc通信模块分别与上行集中器通信和下行与户内终端通信，或者下行使用独立的另外一种通信方式。

但是，无论是电表中集成上下行两个g3-plc通信模块，还是采用下行独立的另外一种通信方式，都会因为增加了一路下行通信模块，提高电表设备的成本，增加系统的复杂度，增加维护工作量。另外，如果电表中采用上下行两个g3-plc通信模块，那么两个g3-plc通信网络同时组网和通信，增加冲突概率，降低通信可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中g3-plc标准协议架构不能同时支持上下行通信，电表中支持上下行通信时同时集成两路g3-plc通信模块难于维护且通信质量差，而同时集成上下行两种通信方式增加系统复杂度和成本的问题，提出一种基于g3-plc通信网络的上下行分时通信方法，通过对电表中g3-plc模块软件mac子层协议的扩展和硬件的上下行电力线分路耦合，借助g3-plcmac子层中的csma/ca机制，并且引入了通信数据优先级划分机制和aes128加密机制及密码认证机制，完成基于g3-plc单一通信网络的上下行分时通信方法。

本发明的技术方案是：

一种基于g3-plc网络的上下行分时通信的方法，所述的g3-plc网络中，电表中集成一个用于上下行通信的g3-plc模块，户内终端集成一个g3-plc模块，所述的电表g3-plc模块在上行通信链路中与集中器采用标准的g3-plc协议通信，在下行通信链路中与户内终端的g3-plc模块通信采用基于g3-plcmac子层的协议通信。

进一步地，电表g3-plc模块下行与户内终端g3-plc模块采用g3-plcmac子层的csma/ca通信机制，保证在整个g3-plc通信网络中，电表上下行并发通信时，都基于同一套标准的g3-plc冲突避让机制，减少冲突概率。

进一步地，前述电表g3-plc模块采用上下行电力线分路耦合结构，

该模块包括二极管d9、电容c2、变压器t1、安规电容ec1和ec3，所述二极管d9的两端与变压器t1的输入端并联，并联点txoutn和txoutp作为控制信号收发端与电表的plc控制器的差分信号收发端相连，变压器t1的引脚2和引脚4之间接入电容c2，以平衡线路阻抗，变压器t1的一组输出端为引脚10和引脚7，引脚10串接安规电容ec1后与引脚7作为电表的入线端line_in和neutral_in与集中器相连，变压器t1的另一组输出端为引脚9和引脚6，引脚9串接安规电容ec3后与引脚6作为电表的出线端line_out和neutral_out与户内终端相连，以实现一路plc控制信号对上下行同时分路耦合。

进一步地，电表g3-plc模块的数据发送采用通信数据优先级划分机制，根据优先级大小优先发送优先级较高的数据；包括：0-上行事件上报数据和控制命令，1-下行事件上报数据和控制命令，2-下行抄读数据，3-上行抄读数据，其中优先级0最高而优先级3最低，这样，既减少了冲突概率，又提高了网络并发通信时对重要数据的优先可靠的传输。

进一步地，电表g3-plc模块和户内终端g3-plc模块的通信协议引入aes128加密机制，进行加密通信数据，用于加密电表和户内终端链路上的用户数据，由于电表g3-plc模块上行与集中器的通信中采用标准的g3-plc协议，已具备完善的加密机制，这样，就保证了整个g3-plc协议架构中数据通信的安全性。

进一步地，电表中g3-plc模块和户内终端g3-plc模块的通信协议中，引入电表设备的密码访问机制，在户内终端对电表访问时，进行加密认证。户内终端对电表的密码访问机制具体是指：电表中g3-plc模块下行和户内终端g3-plc模块通信中，户内终端用户需要输入电表的访问密码，才能读取电表中的数据和更改电表的配置。

本发明的有益效果：

本发明采用基于g3-plc通信网络的上下行分时通信的方法，有效地解决了标准g3-plc协议架构不支持上下行同时通信，电表要支持上下行同时通信集成两个g3-plc通信模块时通信效果差、难于维护，或采用两种独立的通信方式增加系统复杂度和成本的缺陷。通过对g3-plc的扩展，和对硬件上下行电力线分路耦合，采用上行基于标准g3-plc协议架构，下行基于g3-plcmac子层，借助mac子层的csma/ca机制，并引入了通信数据优先级划分机制，以及aes128加密机制和用户密码访问机制，实现了基于g3-plc网络的上下行分时、可靠、安全的通信架构，并且降低了系统架构的复杂度，降低了电表设备的成本。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为本专利基于g3-plc的网络架构示意图；

图2为基于g3-plc的上下行通信扩展协议架构示意图；

图3为电表g3-plc模块的上下行分路耦合电路图；

图4为电表上下行通信数据按优先级发送流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

一种基于g3-plc网络的上下行分时通信方法，包括对电表中g3-plc模块的g3-plc协议mac子层协议扩展，是指电表在集成的一路g3-plc模块中，上行采用标准的g3-plc协议和集中器通信，而下行则基于g3-plc标准mac子层协议和户内终端通信，同时户内终端的g3-plc模块也基于g3-plc标准mac子层。

对电表中g3-plcpandevice模块硬件采用上下行电力线分路耦合，是指电表中在集成的一个g3-plc模块中，在保持上行与电表电力线进线端(如图3中line_in，neutral_in)电路耦合的基础上，增加一路下行与电表电力线出线端(如图3中line_out，neutral_out)耦合的电路。图3中，txoutp和txoutn用于plc发送时输出差分信号，再经过后续的耦合电路发送到电力线上；此处的plc信号耦合电路t1采用了多线圈耦合方式，使一路plc收发信号同时耦合到电表的入线端line_in和neutral_in，以及电表的出线端line_out和neutral_out，由于在实际应用场景中，集中器和电表入线端连接，户内终端和电表出线端连接，这样就实现了一路plc信号对上下行同时分路耦合。

电表和户内终端通信协议架构基于g3-plcmac子层，借助g3-plcmac子层csma/ca机制，是指电表中g3-plc模块下行与户内终端通信的g3-plcmac子层协议中，采用g3-plc标准中的csma/ca机制，保证在整个g3-plc通信网络中，电表上下行并发通信时，都基于同一套标准的g3-plc冲突避让机制，减少冲突概率。

通信数据优先级划分机制是指电表中g3-plc模块在发送数据时，对发送的数据划分优先级，包括0-上行事件上报数据和控制命令，1-下行事件上报数据和控制命令，2-下行抄读数据，3-上行抄读数据，其中优先级0最高、优先级3最低，用于优先保证事件上报数据和控制命令的传输以及用户的实时通信体验。这样，既减少了冲突概率，又提高了网络并发通信时对重要数据的优先可靠的传输。

电表下行和户内终端通信的aes128加密机制是指电表中g3-plc模块下行和户内终端g3-plc模块通信中，在基于g3-plcmac子层的基础上，引入aes128加密机制，用于加密电表和户内终端链路上的用户数据，由于电表g3-plc模块上行与集中器的通信中采用标准的g3-plc协议，已具备完善的加密机制，这样，就保证了在本项目中整个g3-plc协议架构中数据通信的安全性。

户内终端对电表的密码访问机制是指电表中g3-plc模块下行和户内终端g3-plc模块通信中，户内终端用户需要输入电表的访问密码，才能读取电表中的数据和更改电表的配置，由于电表g3-plc模块上行与集中器的通信中采用标准的g3-plc和dlms/cosem协议，已具备完善的认证机制，这样，就保证了在本专利中整个g3-plc协议架构中对电表设备访问的安全性。其中，加密秘钥和用户密码在电表和户内终端的安装过程中，分配给每个用户，并设定用户修改权限，从而保证每个用户数据传输和设备访问的安全性和保密性。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。