一种电力线宽带载波广播通信同步方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力线宽带载波广播通信同步方法，针对电力线宽带载波通信广播数据的传输特征和面临的问题，提出了采用基于TDMA的时隙分配算法和信号干扰噪声比检测相结合的双重保障机制，保证了广播通信的可靠性和通信效率。在TDMA基础上提出了时隙同步算法，使得节点具有唯一的时隙。广播数据采用时隙同步算法，使得子节点在广播数据帧接收结束时启动时隙定时器，为转发广播数据帧的时机进行准确同步，从而最大限度避免了数据发送时的冲突。
【专利说明】
一种电力线宽带载波广播通信同步方法
技术领域
[0001]本发明属于电力线宽带载波通信领域，具体是一种电力线宽带载波网络广播通信和时隙同步方法。本发明用于解决电力线宽带载波广播通信同步的问题。
【背景技术】
[0002]在我国电力工业快速发展的同时，电力系统商业化运营对用电信息自动采集提出了更高要求，不仅需要准确、准时抄录用电户的用电量，计算线损，做好线路的优化，还需要了解每天的用电曲线，做好负荷预测，为电厂或者电站进行有效的反馈，使其能更有效地制定计划发电。因此，传统的低速数据采集方式已经不能满足商业化运营的要求。
[0003]目前，国内现有的电能表自动抄表系统，从电能表、采集器到集中器大都采取485布线、窄带低频电力线载波或无线通信方式。这些抄表系统普遍存在施工难度大、带宽过窄、速率过低、实时性差等问题，难以满足供电企业用电预付费、断复电和防窃电等高层次的管理要求。
[0004]针对以上问题，越来越多企业采用低压电力线宽带载波通信技术运用到抄表系统，由于电力线宽带载波通信技术采用了 0FDM(正交频分复用)、DMT(多载波调制)等调制技术。该技术的本质思想是将信道分成若干个正交子信道，然后把传输速率相对较高的数据流分割成多个并行传输的传输速率较低的子数据流，分别调至不同的正交子信道进行传送，这样就能将多径衰落信道转换成相对平坦的子信道，能够有效的对抗电力线通信中的多径衰落。宽带载波通信具备更好的抗电网噪声能力、更宽的传输带宽和更高的数据传输速度等优点。
[0005]宽带载波模块包括集中器端的主节点和电表端的子节点。通信网络由一个主节点和多个子节点组成，子节点数量可到达1000个以上。子节点之间相互不能直接通信，但可以转发数据。网络类型可以是星型网络、簇形网络(如图1所示)，网络的具体构架由主节点确定。
[0006]在用电信息集抄应用中，有时需要进行广播校时、组网等广播通信。电力线宽带载波通信网络按层分为物理层、链路层、网络层、应用层。宽带载波通信网络建立以后，广播通信主要由链路层进行传输控制。广播通信特点使得多个节点的链路层会在相同时间传输数据导致相互干扰，容易产生广播风暴，或者无法对广播进行回复，存在效率低、可靠性差的问题。
【发明内容】
[0007]本发明针对电力线宽带载波网络广播通信的特点和存在的问题，提出了一种检测信号干扰噪声比并结合TDMA算法的广播通信同步方法。
[0008]信号干扰噪声比(SINR)是载波通信系统中的一个重要参量，信号干扰噪声比的准确估计是OFDM电力线通信系统进行比特加载、功率控制等的主要依据。信号干扰噪声比的评估方法很多，具体可以参考相关文献。例如:专利《一种电力线通信系统中信号干扰噪声比的盲估计方法》。
[0009]技术方案:一种电力线宽带载波广播通信同步方法，介质访问控制层(MAC)在进行广播通信时，采用时分多址(TDMA)和检测信号干扰噪声比(SINR)相结合的方法:
[0010]介质访问控制层(MAC)采用时分多址(TDMA)时隙分配算法进行广播数据发送和转发，子节点在进行传输时，等到节点自身的时隙后，先随机延迟0-80个字节发送的时间Tr，然后在Tc的时间内通过检测信号干扰噪声比(SINR)是否超出设定阈值判断是否有时隙碰撞，如果检测到没有碰撞则进行传输，其中:
[0011 ] Tr: (O?80随机数)X 8 X (I/通信波特率)；
[0012]Tc:信号干扰噪声比(SINR)检测时间；
[0013]如果检测到有时隙碰撞，数据没有发送成功，那么子节点等待下一轮时隙，重复检测过程。
[0014]优选的，所述子节点时隙分配算法为:
[0015]通过式子n = mod (MID，m)计算序列数η，得到时间片Tn，节点在时间片Tn有权进行传输，式中:
[0016]MID:子节点地址的低两个字节数值；
[0017]m:网络内子节点数量。
[0018]优选的，电力线通信系统采用正交频分复用调制(OFDM)，并且电力线通信信道采用多径模型。
[0019]在一些实施方式中，信号干扰噪声比(SINR)采用信号干扰噪声比的盲估计方法，具体参照专利申请“201410020945.X”，《一种电力线通信系统中信号干扰噪声比的盲估计方法》;在一些实施方式中，信号干扰噪声比(SINR)采用以检测信号的均值与方差的比值作为信干噪比的方法进行评估。
[0020]优选的，各个子节点在广播数据帧接收结束时启动一个时隙定时器进行准确同步。
[0021]有益效果:链路层通信采用TDMA算法，解决了广播传输和对广播的单个回复等问题。链路层采用TDMA算法为每个网络节点分配独立的时隙，节点设备在自己的时隙进行广播传输和数据响应。在数据发送时通过信号干扰噪声比检测和判断，提高了发送成功率。这样可以在充分提升广播通信可靠性的情况下提高通信效率。
【附图说明】
[0022]图1是宽带载波通信网络拓扑结构
[0023]图2是时隙同步机制结构图
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明:
[0025]在进行宽带载波广播通信时，链路层等待到当前时间为节点发送时隙的开始时间，开始发送数据。发送数据前采用信号干扰噪声比SINR检测当前信道是否有冲突。如果信道评估结果为占用，则随机退避一定的时间再次检测。经过几次检测如果一直为信道占用，则发送失败。如果检测到信道空闲(信号干扰噪声小于设定值)，则立即发送数据。
[0026]如图2所示，宽带载波通信网络在组网过程中以及数据广播过程中，各个节点之间采用基于TDMA的时隙同步算法进行链路数据发送。
[0027]TDMA 算法
[0028]I)时隙(Tb)的定义:一个时隙是分配给一个子节点设备发送广播帧的固定时间，总计为Tb，具体定义如图2所示。
[0029]说明:
[0030]Tb固定为一个时间段，例如300ms，其中包括信号发送时间Ts(例如200ms)和保护时隙Tp (例如100ms)。
[0031]2)节点时隙定位
[0032]节点时隙定位是将网络内的子节点分配到不同的时隙内，尽可能的使多个子节点的时隙离散，以减少其在传输时冲突的概率。时隙定位计算的方式是:
[0033]计算序列数n，得到时间片Tn，节点在时间片Tn有权进行传输。序列数η计算公式为:
[0034]n=mod(MID,m)；
[0035]其中:
[0036]MID:子节点地址的低两个字节数值；
[0037I m:网络内子节点数量。
[0038]子节点在进行传输时，等到节点自身的时隙后，先随机延迟0-80个字节发送的时间Tr，然后在Tc的时间内通过检测信号干扰噪声比SINR是否超出设定阈值判断是否有时隙碰撞，如果检测到没有碰撞则进行传输，其中:
[0039]Tr: (O?80随机数)X8X (I/通信波特率)；
[0040]Tc:信道冲突检测时间。
[0041]如果检测到有时隙碰撞，数据没有发送成功，那么子节点等待下一轮时隙重复这个检测判断过程。网络组建完成后，因为有了唯一的时隙，不需要随机等待时间Tr。
[0042]在优选的实施例中，信号干扰噪声比(SINR)采用信号干扰噪声比的盲估计方法，具体实施参照专利申请“201410020945.X”，《一种电力线通信系统中信号干扰噪声比的盲估计方法》;在其它的实施例中，信号干扰噪声比(SINR)采用以检测信号的均值与方差的比值作为信干噪比的方法进行评估。
[0043]节点具有唯一的时隙。广播数据采用时隙同步算法，使得子节点在广播数据帧接收结束时启动时隙定时器，为转发广播数据帧的时机进行准确同步。从而最大限度避免了数据发送时的冲突。
[0044]尽管本发明已经参照附图和优选实例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化，和等同物有所附的权利要求书的内容涵盖。
[0045]本发明未涉及技术均与现有技术相同，或可采用现有技术实现。
【主权项】
1.一种电力线宽带载波广播通信同步方法，其特征在于介质访问控制层(MAC)在进行广播通信时，采用时分多址(TDMA)和检测信号干扰噪声比(SINR)相结合的方法: 介质访问控制层(MAC)采用时分多址(TDMA)时隙分配算法进行广播数据发送和转发，子节点在进行传输时，等到节点自身的时隙后，先随机延迟0-80个字节发送的时间Tr，然后在Tc的时间内通过检测信号干扰噪声比(SINR)是否超出设定阈值判断是否有时隙碰撞，如果检测到没有碰撞则进行传输，其中: Tr: (O?80随机数)X 8 X (I/通信波特率)； Tc:信号干扰噪声比(SINR)检测时间； 如果检测到有时隙碰撞，数据没有发送成功，那么子节点等待下一轮时隙，重复检测过程。2.根据权利要求1所述的一种电力线宽带载波广播通信同步方法，其特征在于所述子节点时隙分配算法为: 通过式子n=mod(MID，m)计算序列数n，得到时间片Tn，节点在时间片Tn有权进行传输，式中: MID:子节点地址的低两个字节数值； m:网络内子节点数量。3.根据权利要求1所述的一种电力线宽带载波广播通信同步方法，其特征在于电力线通信系统采用正交频分复用调制(OFDM)，并且电力线通信信道采用多径模型。4.根据权利要求1所述的一种电力线宽带载波广播通信同步方法，其特征在于信号干扰噪声比(SINR)采用信号干扰噪声比的盲估计方法或以检测信号的均值与方差的比值作为信干噪比的方法进行评估。5.根据权利要求1所述的一种电力线宽带载波广播通信同步方法，其特征在于各个子节点在广播数据帧接收结束时启动一个时隙定时器进行准确同步。
【文档编号】H04W74/02GK105873230SQ201610187564
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】薛军, 陆寒熹, 蒋长献
【申请人】南京林洋电力科技有限公司, 江苏林洋能源股份有限公司