一种动态可重构电力线载波通信组网方法和载波通信模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低压电力线载波通信领域，尤其涉及一种用于低压电力集中抄表系统中的动态可重构电力线载波通信组网方法和载波通信模块。
【背景技术】
[0002]低压电力线载波(Power Line Carrier，PLC)通信是以低压配电线(380V/220V)电力线作为信息传输媒介进行数据传输的一种特殊通信方式。
[0003]国外各大公司纷纷推出PLC调制解调芯片，其中主要有美国Intellon公司、西班牙DS2公司的芯片，但都不适合中国国情，不适合国内低压配电网时变、强干扰的通信环境。
[0004]我国低压集中抄表系统面临的主要问题包括以下几个方面:
1.通信终端量大面广
低压载波集中抄表系统是非常复杂的通信系统。一个通信单元(台变范围)有几百个甚至上千个终端，而一个系统中更有几万甚至几十万个终端。特别是载波电能表应用之后，增加了通信终端的数量，对系统的可靠运行极为不利。
[0005]2.连续的信号采集和数据传送
电能表的工作是连续的，要求系统24小时不间断地采集脉冲信号，大大提高了系统抗干扰的要求。
[0006]3.线路环境恶劣，信号衰减严重
目前我国对限制电器设备对电网的污染没有强制标准，导致低压电网被污染严重。每个台变的线路负载、分支节点、线路范围也不尽相同。
[0007]4.数据源抗干扰性差，电磁兼容性差异较大
系统的基础数据来自电能表，而不同厂家的产品质量差异较大，导致电磁兼容不过关，抗干扰能力差。
[0008]因此，虽然电力线载波通信在国内电力用户低压集中抄表系统(电力用户用电信息采集系统)中得到了较为广泛的应用。但由于国内居民用户的低压电网结构复杂、干扰种类多样，且时变大，规律性差，因而对电力线载波通信的性能造成了很大影响，成为了亟待解决的问题。
[0009]目前国内外载波芯片厂商采用了扩频通信等技术试图解决上述问题，但因为通信环境恶劣，未能抓住关键问题等因素，而不能从根本上解决问题。
[0010]国内低压电网环境的特点是结构复杂、干扰强度大而多变；单一技术或者几项技术的固定应用方式无法应对这一复杂的环境。
[0011]我国相关专利及广品存在的缺点:
1.专利号201210584521.7，专利名称低压电力线载波通信电路。该专利的发明涉及一种低压电力线载波通信电路，该电路包括载波控制电路、过零检测电路和信号耦合电路，所述的载波控制电路与信号耦合电路之间连接有信号放大滤波电路和接收滤波电路，该发明电路简单，增加了信号放大滤波电路和限流电路。但该专利没有考虑载波信道出现时变干扰时该如何处理，更没有通过动态重构主从节点的通信状态与所用频组，进而激活整个组网状态的重构，从而避开干扰，保证通信的畅通。
[0012]2.深圳芯珑电子技术有限公司设计的DM630 FSK/PSK双模多频率载波专利产品采用了双模多频方式:双模指的是PSK和FSK调制方式；多频指的是上述两种调制方式采用不同的频点。该深圳芯珑公司的专利中，两种调制方式是独立同时工作的，两种频点也被同时使用。其主要目的是实现与现有的FSK和PSK制式产品的互联互通，用户在采购和招标时不再需要因为制式不同而分别采购。另外，该深圳芯珑公司的专利中只支持两种频点。因此，该深圳芯珑公司的专利既不能在感知到出现通信障碍区后，自主发起动态重构过程，在从节点中选出关口节点，自适应调整通信频组，消除障碍区；也不支持多种频组、多种工作状态，以及这些频组与状态的动态重构组合。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题在于提供一种动态可重构电力线载波通信组网方法和载波通信模块，以解决现有技术存在的问题。
[0014]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种动态可重构电力线载波通信组网方法，所述电力线载波通信组网网络包括主节点和位于电力线载波通信组网网络各层级的从节点，所述主节点和从节点均为部署于电力线载波通信装置中的载波通信模块；所述从节点在逻辑上包括边缘从节点、用于对命令帧或响应帧进行放大和中继转发的中继从节点，中继从节点在一次交互事务中为非目标从节点；从节点通过解析命令帧的中继级数字段值，确定在网络中由主节点到从节点传递方向中所处的逻辑位置，再通过解析接收到的来自其它从节点的响应帧中的中继级数字段值判断自身是否为边缘从节点；若在多次交互事务中，中继从节点收到的响应帧中的中继级数字段值均为较小数值时，中继从节点确定为边缘从节点，或者从节点频繁作为命令帧的目标节点、很少中继转发命令帧和响应帧、收到的响应帧中的中继级数字段值都为较小数值时，所述从节点也确定为边缘从节点；
所述电力线载波通信组网包括以下步骤:(1)主节点通过向从节点发起数据交互事务，主节点和从节点进行路由学习和组网过程；(2)当网络出现局部通信障碍时，局部通信障碍区边缘的中继从节点变为边缘从节点，所述边缘从节点包括处于畅通网络的左岸节点和处于局部通信障碍区的右岸节点，所述左岸节点判断来自主节点发出的命令帧中的重传次数字段值达到最大预设值后，主动调整切换通信方式与频组以适合当前通信环境，并向右岸节点发起中继转发事务，同时右岸节点和局部通信障碍区中的从节点将从全部预设的通信方式和频组上进行中继转发，消除局部通信障碍；当网络局部通信障碍消除后，左岸节点和右岸节点恢复为中继从节点。
[0015]步骤(I)包括:a、数据交互的发起方主节点，向指定的从节点即目标从节点发送请求数据或者询问状态的命令帧；b、中继从节点对命令帧进行放大、中继和转发，命令帧每次被中继节点转发时，中继级数字段值从预设网络最大级数值开始逐级减1，直到目标节点收到此命令帧，或者命令帧因中继级数字段值减到O而被抛弃，中继从节点同时依据该中继级数字段值确定在网络拓扑中由主节点到从节点传递方向中所处的逻辑层数；c、目标从节点接收到此命令帧后，执行相应操作，根据结果拼装响应帧，用O值作为响应帧中的中继级数字段值初始值，并发送该响应帧到电网中；d、各中继从节点接收到此响应帧后进行放大、中继和转发，保证主节点能接收到响应帧；在从目标节点向主节点被中继节点中继转发时，响应帧的中继级数字段值逐级加I ;中继从节点接收到的响应帧在中继级数字段值增加到预设网络最大级数值时被丢弃；e、主节点接收到响应帧后进行处理并根据预先设计的逻辑确定是否结束本次事务；当主节点在一次交互事务中发现目标从节点未在规定时间内返回响应帧后，将重发同一命令帧，并将命令帧中设置的重传次数字段值加1，直到重传若干次后，重传次数字段值大于预设最大重传次数值时，才放弃本次通信交互事务。
[0016]所述左岸节点和右岸节点称为关口节点，关口节点在通信障碍区中至少存在一对。
[0017]关口节点所使用的通信方式和频组可以随着通信环境的不断变化而动态改变，当左岸节点发现原有通信方式与频组不可用时，会尝试并调整为适合当前环境特点的通信方式与频组，所述通信方式与频组若与初始使用的、与畅通网络区使用的通信方式与频组相同，即恢复到初始状态，调整回中继节点的角色，通信障碍区消失；关口节点也可以通过人为静态设定，实施变换通信方式与频组。
[0018]所述预设网络最大级数、判断是否为边缘从节点时使用的较小数值、预设最大重传次数均为可调整数值。
[0019]一种载波通信模块，包括载波芯片，所述载波芯片连接电源、存储器、本地接口、收发状态指示模块；载波芯片将输出信号经信号输出放大电路放大后，通过信号耦合电路进入低压电力线信道中传输，信号耦合电路将从低压电力线信道中接收的信号进行变换，经接收滤波电路消除高频干扰后输出到信号输出处理电路，最后输出到载波芯片；所述载波芯片执行如下电力线载波通信组网方法:
当载波通信模块作为电力线载波通信组网网络的主节点时，向从节点发起数据交互事务，进行路由学习和组网过程；
当载波通信模块作为电力线载波通信组网网络的从节点时，与主节点进行数据交互事务，进行路由学习和组网过程；从节点在逻辑上包括边缘从节点、用于对命令帧或响应帧进行放大和中继转发的中继从节点，中继从节点在一次交互事务中为非目标从节点；从节点通过解析主节点发送的命令帧的中继级数字段值，确定在网络中由主节点到从节点传递方向中所处的逻辑位置，再通过解析接收到的来自其它从节点的响应帧中的中继级数字段值判断自身是否为边缘从节点；若在多次交互事务中，中继从节点收到的响应帧中的中继级数字段值均为较小数值时，中继从节点确定为边缘从节点，或者从节点频繁作为命令帧的目标节点、很少中继转发命令帧和响应帧、收到的响应帧中的中继级数字段值都为较小数值时，所述从节点也确定为边缘从节点；当网络出现局部通信障碍时，局部通信障碍区边缘的中继从节点变为边缘从节点，所述边缘从节点包括处于畅通网络的左岸节点和处于局部通信障碍区的右岸节点，所述左岸节点判断来自