一种提高电力线载波通信数据吞吐量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及电力线主节点与从节点间或主节点、路由节点(中继节点)和从节点间的载波通信，例如利用电力线传输电力抄表信息。
【背景技术】
[0002]当前的电力系统的通信方式普遍采用半双工一应一答的通信方式。即主节点发送命令进行下行数据传输时，电力线的整个工频周期只能传送下行数据，而在从节点反馈信息进行上行数据传输时，电力线的整个工频周期只能传送上行数据。
[0003]由于数据请求采用应答式，每一次的数据传输均需要占用发送、中继转发、应答整个流程的时长，这使得整个电力线载波通信系统信息吞吐量低，难于解决由于电力系统不断发展而导致的所需传输的信息量越来越大的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有电力系统载波通信只能进行半双工一应一答式通信的问题，提供一种提高电力线载波通信数据吞吐量的方法，从而能实现全双工流水线式载波通信数据传送，提高现有电力系统载波通信信息吞吐量。
[0005]为达成上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种提高电力线载波通信数据吞吐量的方法，包括:
[0007]在电力线上设置主节点和在主节点传输范围内并接在电力线上的从节点；主节点向从节点发送信息为下行数据传输；从节点向主节点发送信息为上行数据传输；
[0008]由电力线各节点的工频电压过零检测模块进行过零检测，检出工频的正半周期与负半周期，并通知载波通信模块；
[0009]电力线各节点的载波通信模块均设定为在电力线工频的正半周期进行上行数据传输且在负半周期进行下行数据传输；或者相反，设定为在电力线工频的正半周期进行下行数据传输且在负半周期进行上行数据传输；载波通信模块并按设定在相应的半周期进行上行或下行数据传输。
[0010]进一步地，在电力线上还可设置有路由节点和在路由节点传输范围内并接在电力线上的从节点；主节点与各路由节点呈串接中继关系且相邻主节点或路由节点均设置在各自传输范围内；主节点向路由节点发送信息、路由节点向相邻的更远端路由节点发送信息或路由节点向在自己传输范围内的从节点发送信息均为下行数据传输；从节点向路由节点发送信息、路由节点向相邻的更近端路由节点发送信息或路由节点向主节点发送信息均为上行数据传输。
[0011]进一步地，各节点的工频电压过零检测模块进行过零检测后，以输出工频为周期，占空比为50%的方波信号的方式通知载波通信模块；方波信号的上升沿即为正半周期来临，方波信号的下降沿即为负半周期来临。
[0012]进一步地，各节点载波通信模块在被定义为发送数据的半周期开始的一段设定的时间内，先进行冲突避让处理；并由冲突避让处理的结果判断是否发送数据。
[0013]进一步地，冲突避让处理的方法可优选为各节点在被定义为发送数据的半周期开始的一段设定的时间内，在随机的时点监听电力线，以确定该节点附近电力线是否空闲；只有在空闲时，才发送数据。
[0014]进一步地，各节点载波通信模块检测需要传输的信息的物理帧时长；如需要传输的信息的物理帧时长小于或等于半周期时长，则传输完整的信息；如需传输的信息的物理帧时长大于半周期时长，则将本来一帧的数据分割为每个时长不大于半周期时长的多帧，并在不同的半周期传输。
[0015]进一步地，各节点载波通信模块检测需要传输的信息的物理帧时长；在进行冲突避让处理的情况下，如需要传输的信息的物理帧时长小于或等于半周期时长与设定的冲突避让最大处理时长之间的差值，则传输完整的信息；如需传输的信息的物理帧时长大于半周期时长与设定的冲突避让最大处理时长之间的差值，则将本来一帧的数据分割为每个时长不大于半周期时长与设定的冲突避让最大处理时长之间的差值的多帧，并在不同的半周期传输。
[0016]本发明所述的技术方案相对于现有技术，取得的有益效果是:
[0017](I)本发明通过各节点过零检测模块进行过零检测，从而检出工频的正半周期与负半周期，并明确定义主从节点间，正半周期进行上行数据传输且负半周期进行下行数据传输，或者相反，从而实现了在电力线工频周期实现全双工通信，达到提高通信信息吞吐量的目的。
[0018](2)本发明通过设置起中继作用的路由节点，每个中继节点具备接收、数据存储、转发的功能，并明确定义主节点向路由节点发送信息、路由节点向相邻的更远端路由节点发送信息或路由节点向在自己传输范围内的从节点发送信息均为下行数据传输；从节点向路由节点发送信息、路由节点向相邻的更近端路由节点发送信息或路由节点向主节点发送信息均为上行数据传输，从而使得全双工通信扩展了传输范围，能够实现更远距离、更大范围的传输。
[0019](3)本发明提出各节点的工频电压过零检测模块进行过零检测后，以输出工频为周期，占空比为50%的方波信号的方式通知载波通信模块。这样，载波通信模块能够更低成本、更准确地采集过零检测模块的输出信号。
[0020](4)本发明还设置了冲突避免处理方法，并优选地采用CSMA/CA冲突避让方法，即发送数据前，监控总线状态，等没有节点使用总线，并维持一段时间后，才发送信号，使得节点在发送信号时，减少了冲突的机会。
[0021](5)本发明还设置了信号长度检测机制，并将过长的信号分段为在一个半周期内能够发送的多个帧，如果有冲突避免处理机制，该信号时长还应分段为在半同期时长与冲突避免处理最大时长之差值内的多个帧，从而使得本方法能够发送更大信息量的信息。
【附图说明】
[0022]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0023]图1为本发明中电力线的任一节点的结构示意图；
[0024]图2本发明电力线主从结构网络拓扑示意图；
[0025]图3为本发明电力线主节点、路由节点、从节点结构网络拓扑示意图；
[0026]图4为本发明工频周期上行数据传送与下行数据传送分配示意图；
[0027]图5为本发明过零检测模块输出方波信号示意图；
[0028]图6为本发明冲突避让处理方法示意图；
[0029]图7为本发明在没有冲突避让处理时，一次发送的最大帧长示意图；
[0030]图8为本发明在有冲突避让处理时，一次发送的最大帧长示意图；
[0031]图9为本发明实施例中一个从节点的上行信号传输处理流程图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0033]图1中，电力线各节点由过零检测模块与载波通信模块及其他模块组成。过零检测模块进行过零检测，检测出检出工频的正半周期与负半周期，并通知载波通信模块；载波通信模块负责发送和接受信号。
[0034]图2中，在主节点传输范围内的各从节点并接在电力线上。主节点发送信号给从节点为下行信号传输，从节点发送信号给主节点为上行信号传输。
[0035]图3中，主节点与各路由节点呈串接中继关系且相邻主节点或路由节点均设置在各自传输范围内。相对于路由节点2来说，路由节点I是更近端的相邻路由节点，路由节点3是更远端的相邻路由节点。由于路由节点的中继作用，使得主节点的信息请求或指令能够通过路由节点到达主节点传输范围无法到达的从节点。
[0036]图4中，左边为工频电压变化的正半周期，右边为工频电压变化的负半周期。可以设置在正半周期传输下行数据且在负半周期传输上行