中继过程的侦听确认方法及其电力载波通信系统的制作方法

专利名称：中继过程的侦听确认方法及其电力载波通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据中继传输方法，特别是应用于电力载波通信系统的中继过 程的侦听确认方法，以及应用这种方法的电力载波通信系统。
背景技术：
将电力线作为传输数据信号的通信媒介，是现今载波通信技术发展的一个 热点领域。随着相关应用和研究的不断推进，对低压载波通信技术的认知也逐 渐深入。
在低压电网上实现可靠通信存在着以下几个方面的不利因素
(1) 高能量的噪声干扰电力线本身存在固有的脉冲干扰和各种用电设备频 繁开关所产生的周期性连续干扰和随机的突发性干扰。这些干扰由于其高能 量、宽频谱的特性，如果它们正好发生在数据通信过程当中，通常会使所传数 据的若干个比特甚至整个数据传输过程发生错误，而且可能使接收设备内部产 生自干扰，严重影响整个系统的工作。
(2) 不可预测的负载变化低压电力线输入阻抗会随频率变化而剧烈变化， 当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。 实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线 上负荷很重时，只能传输几十米。
(3) 时变性的信号衰减由于低压电力线是非均匀不平衡的传输线，接在上 面的负载阻抗也不匹配，所以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。这些复杂现 象的组合，使信号的衰减随距离的变化关系变得非常复杂，有可能出现近距离 点的衰减比远距离点还大的现象。再加上电力线本身的线路老化、线损严重等 情况，使得线路衰减比较严重，通常可达60dB以上。
另外，信号的高变形，以及配电变压器对电力载波信号的阻隔作用，也会 大大影响信号传输的可靠性和信号传输距离的远近，使得电力线成为了一个并不理想的通信媒介。
虽然随着许多新兴数字技术的发展，例如扩频通信技术、数字信号处理技 术等，可以提高和改善物理层通信性能。但是在带宽受限，功率受限的前提下， 电力线通信点对点物理传输性能的提高终究不会超过理论上的极限。而且低压 电力网通信信道是动态的、极其复杂的，仅仅靠改善物理层通信性能并不足以 彻底解决可靠性问题。
因此，最终还是需要依靠设备之间组成网络进行数据的传输，同时应用上 层协议标准的技术支持才能真正使电力载波通信技术的应用水平提升到一个 新的高度。
然而，现有通信协议中关于组网和可靠性传输的技术主要是基于以太网或 是无线网络而设计，由于电力线传输介质和应用环境的特殊性，使得适用于电 力载波通信的技术方案非常缺乏。例如电力载波集中抄表系统的应用，设备之 间组网一般只有简单的总线或者星型拓扑结构，通信方式也只局限于简单的主
从式应答方式，组网效率低，通信质量严重受限。在中国专利CN01218146.3 中，每个终端虽然采用三相载波传输方来提高抄表的可靠性，但是由于网络中 每个终端只和集中器直接相连，如果两者之间的距离已经超过了物理传输的最 大范围，那么可靠性同样无法保证。
所以，要使整个网络容量能够不依赖于物理通信性能而灵活的进行扩充， 就必须具有数据中继转发的功能。这样才能有效的延长通信距离，扩展整个网 络的拓扑结构。
但是，由于在电力载波通信系统当中，点对点通信会因为衰减和噪声等客 观因素的影响而造成通信成功率的下降，有时甚至会造成整个通信过程的持续 性失败。所以随着中继次数的不断增加，数据在长距离传输中的不稳定性也会 越来越明显。例如中国专利CN01136617.6中，虽然通过人工编制和测试路由 表的方法实现了终端之间互为中继的功能，但是一旦中继路径确定以后，在数 据传输过程中，因为某两点之间的突发干扰而影响到整个通信过程时，就没有 方法可以从当前位置马上恢复通信。
为了解决数据在传输过程当中不会因为中继转发节点的不稳定而造成整 个通信过程失败的问题，必须要在点对点通信当中加入相应的确认机制。然而， 一般的确认机制都是采用数据接收方返回确认报文(ACK)给数据发
送方来实现端到端的可靠性确认。由于现有电力载波通信技术传输速率一般都
比较低，最多只有几K，所以如果采用这种确认机制，那么即使真正传输的数
据量很少，随着中继次数的增加，网络中的实际通信量也会因为两点之间确认 报文的倍数增长，给整个网络带来很多不必要的通信负担。例如中国专利
CN200410014637.2中，就是采用发送中继连接命令并接收返回应答帧来确定中 继路径的，并且由于此过程还与数据中继传输过程相分离，所以确认机制的可 靠性也会降低。
鉴于以上情况，业界需要构建一个可靠的通信系统。它可以通过数据的中 继转发功能灵活地扩展系统的通信范围，同时提高与网络边缘设备的连接可靠 性。更重要的是，在中继过程中还必须具有一种高效的端到端可靠性确认机制， 能够适应像低压电力线这样高噪声、高干扰，传输速率比较低的通信信道。

发明内容
本发明的目的是为了解决在通信系统中，特别是像电力线这样信道不稳定 的通信系统中，由于远距离传输信号衰减或者噪声干扰等因素的影响，而产生 通信不稳定甚至无法通信的情况，通过提供一种中继过程的侦听确认方法来实 现虚拟端到端确认，在不增加原有网络通信负载量的前提下，也能有效的保证 整个通信过程的稳定。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种中继过程的侦 听确认方法，包括以下步骤-
从一第一节点发送数据；
在一第二节点接收并转发该数据；
在该第一节点侦听该数据是否已被该第二节点转发；
当确认该数据已被该第二节点转发时，在该第一节点结束该侦听过程。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，在该第一节点侦听该数据是否已被该 第二节点转发的步骤包括保留已发送的该数据；启动一重发定时器并开始侦听过 程；当收到被该第二节点转发的该数据时，确认该数据已被该第二节点转发，并删 除已发送的该数据；以及当该重发定时器溢出后仍未收到被该第二节点转发的该数据时，判定该数据未被该第二节点转发，当该判定该数据未被该第二节点转发时，
在该第一节点重新发送该数据并更新该重发定时器重新开始侦听。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，在该第二节点接收并转发该数据的步
骤包括判断该数据是否需要该第二节点转发；当需要该第二节点转发时，在该第
二节点生成数据并发送。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，该数据包括用户数据、帧头信息、
源节点和目的节点地址、中继信息、以及路由表。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，该第一节点可包括源节点。 在上述的中继过程的侦听确认方法中，该第一节点也可包括中继节点。 在上述的中继过程的侦听确认方法中，该通信系统包括电力线载波通信系
统，该第一节点和/或该第二节点包括集中器和/或终端。 本发明还提供一种中继过程的侦听确认方法，包括 从一源节点发送一原始数据； 在至少一中继节点之间依次转发该原始数据； 在该源节点侦听该数据是否已被一中继节点转发； 当该原始数据已被一中继节点转发时，在该源节点结束该侦听过程； 在该至少一中继节点中的除了与该目的节点相邻的中继节点之外的其他
任一中继节点侦听该数据是否已被之后的中继节点转发；
当该数据已被该之后的中继节点转发时，在该任一中继节点结束该侦听过
程；
在一 目的节点接收该至少一 中继节点转发的该数据。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，当该原始数据未被一中继节点转发 时，在该源节点重新发送该原始数据，并重复该侦听过程。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，当该数据未被一中继节点转发时， 在该任一中继节点重新发送该数据，并重复该侦听过程。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，还包括在该目的节点接收到该数 据后向该源节点返回一确认数据；在该至少一中继节点中的与该目的节点相邻 的中继节点侦听该确认数据是否收到；以及当与该目的节点相邻的中继节点收 到该确认数据时，在与该目的节点相邻的中继节点结束该侦听过程。在上述的中继过程的侦听确认方法中，还包括在该至少一中继节点之间 依次转发该确认数据；在该目的节点侦听该数据是否已被一中继节点转发；当 该确认数据已被一中继节点转发时，在该目的节点结束该侦听过程；
在该至少一中继节点中的除了与该源节点相邻的中继节点之外的其他任 一中继节点侦听该数据是否已被之后的中继节点转发；
当该数据已被该之后的中继节点转发时，在该任一中继节点结束该侦听过
程；
在该源节点接收该至少一中继节点转发的该确认数据。
另一方面，本发明还提出一种电力载波通信系统，包括 集中器，用以在一主站与多个终端之间通信； 至少一一级终端，直接与该集中器通信； 至少一二级终端，经由该一级终端与该集中器通信；
其中当从该集中器向该二级终端发送数据时，在至少其中一一级终端接收 并转发该数据，并在该集中器侦听该数据是否已被该一级终端转发；当确认该数 据已被该一级终端转发时，在该集中器结束该侦听过程；以及
当从该二级终端向该集中器发送数据时，在至少其中一一级终端接收并转 发该数据，并在该二级终端侦听该数据是否已被该一级终端转发；当确认该数据 已被该一级终端转发时，在该二级终端结束该侦听过程。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，该集中器包括 一数据队列，用以 保留已发送的数据；以及一重发定时器，用以对该集中器的侦听过程进行计时。
其中，当确认该数据已被该一级终端转发时，该集中器从该数据队列删除已 发送的数据，当该重发定时器溢出后仍未确定该数据已被该一级终端转发时，该集 中器重新发送该数据并重复该侦听过程。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，该二级终端包括 一数据队列，用 以保留已发送的数据；以及一重发定时器，用以对该二级终端的侦听过程进行计时。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，当该二级终端确认该数据已被该一 级终端转发时，从该数据队列删除已发送的数据，当该重发定时器溢出后仍未确定 该数据已被该一级终端转发时，该二级终端重新发送该数据并重复该侦听过程。
11在上述的中继过程的侦听确认方法中，在该二级终端接收到该数据后向该 集中器返回一确认数据，在该一级终端侦听是否收到该确认数据，当一级终端 收到该确认数据时，在该一级终端结束该侦听过程。在此之后，可在该一级终 端接收并转发该确认数据，并在该二级终端侦听该数据是否已被该一级终端转 发；当确认该数据已被该一级终端转发时，在该二级终端结束该侦听过程。
上述的电力载波通信系统，还可进一步包括至少一三级终端，经由该一级终 端和该二级终端与该集中器通信。当从该集中器向该三级终端发送数据时，在至 少其中一一级终端及至少其中一二级终端接收并转发该数据，并分别在该集中
器及该一级终端侦听该数据是否已被转发。当从该三级终端向该集中器发送数据 时，在至少其中一一级终端及至少其中一二级终端接收并转发该数据，并分别 在该三级终端及该二级终端侦听该数据是否已被转发。
在上述的中继过程的侦听确认方法中，该数据包括用户数据、帧头信息、 源节点和目的节点地址、中继信息、以及路由表。
本发明由于采用一种虚拟的端到端确认方法，对现有技术中依靠发送确认 报文进行端到端确认方法给整个网络所带来的额外负担，以及发送确认报文所 产生的不必要传输时延等不足进行了改进。经过测试，本发明能够在节点有限 通信范围的前提下有效的扩展网络的通信范围。本发明所提出的中继侦听确认 方法也能够在数据中继过程发生异常情况时，重新进行数据的重发操作以恢复 整条通信路径，同时不额外增加网络中传输确认报文的通信量。


为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式
作详细说明，其中
图1是根据本发明的系统网络拓扑图。 图2是根据本发明的数据传输帧格式。
图3是根据本发明提出的中继过程侦听及虚拟确认方法所涉及的数据中继 转发过程的简要流程图。
图4是根据本发明提出的侦听确认过程的简要流程图。
图5是根据本发明所涉及的一个具体实施方式
中，从源节点到目的节点的整个数据中继传输过程，以及这个过程当中进行中继侦听和虚拟确认时各个节 点之间相互协调的简要过程图。
图6是根据本发明提出的中继过程侦听及虚拟确认方法的简要示意图。
具体实施例方式
以下通过详细的举例，并参照附图，描述本发明的具体实施方式
。 本发明适用于包括家庭、企业、办公室、工厂等不同环境下的电力线载波 通信。其中根据本发明一个实施例的典型的电力载波通信系统配置如下
至少包括一个主站(Master Station),多个集中器(Concentrator or Substation) 以及多个终端(Terminal or Monitoring Unit)。
a. 主站(Master Station):
由计算机、管理软件或者Web服务器构成。管理软件包括用户操作界面模 块、数据库管理模块、网络连接模块、设置和统计模块等。用户可以通过操作
界面所提供的各项功能来实现以下功能远程抄读集中器的数据；管理整个网 络，包括集中器和终端设备以及终端设备所连接的各类传感器；自动对集中器 上传的信息进行综合和分析，实时监控网络。
b. 集中器(Concentrator or Substation):
由控制器、存储模块以及载波通信模块构成。主要负责管理主站和终端之 间的通信，例如根据主站要求，将终端用电数据和各种模拟数字量信息传送到 主站数据库中。同时负责管理和维护整个网络的拓扑结构以及路由信息。
c. 终端(Terminal or Monitoring Unit):
由控制器、通信协议、载波通信模块、电表以及各类传感器和输入输出设 备构成。主要功能包括采集电表数据；控制各类传感器和输入输出设备；完 成与集中器之间的双向通信；实现对网络中传输的数据进行中继转发和侦听虚
拟确认。
网络中的每一个集中器代表一个树根节点，每个树根节点均与主站相连
接；每个集中器下面的终端都代表一个树叶节点，并且根据与其它树叶节点以
及与树根节点的连接关系划分为了 N层。层与层之间树叶节点的关系归为了三 类双亲节点，子女节点以及兄妹节点。
13如图1所示，由一个主站l，多个集中器2和许多终端构成一个树型的拓 扑结构。集中器2为网络中的树根节点，每个树根节点均与主站l直接进行通
信。每个集中器2下面的终端都代表一个树叶节点，并且根据与其它树叶节点 以及与树根节点的连接关系划分为了多层(图中所示为3层)。层与层之间树
叶节点的关系归为了三类双亲节点，子女节点以及兄妹节点。
举例来说，终端3，终端4，终端5，终端6都是从属于集中器2的树叶节 点。终端3与终端4的关系为终端3为终端4的双亲节点，而终端4则为终 端3的子女节点；终端4与终端5和终端6的关系为终端4为终端5和终端 6的双亲节点，而终端5和终端6则为终端4的子女节点；终端5与终端6的 关系为终端5和终端6互为各自的兄妹节点。
集中器2、终端3、终端4、终端5、终端6组成了整个网络的一部分。终 端3处于树型拓扑结构中的第一层，终端4处于树型拓扑结构中的第二层，同 理终端(树叶节点)5和终端(树叶节点)6处于树型拓扑结构中的第三层。
在整个网络中，通信方式采用双向通信。发起通信的一方可以为树根节点 (集中器)，也可为树叶节点(终端)。这样大大扩展了原有的主从式通信方式，使 本系统能够适用于更多的应用环境。
其中，从树根节点发起的通信定义为下行通信，从树叶节点发起的通信定 义为上行通信。
为了实现中继过程侦听及虚拟确认的功能，提供了一种节点地址表示方 式。网络中的每个节点除了具有一个固有的唯一物理地址标识外，还具有一个 可变的逻辑地址标识。在这个逻辑地址标识当中包括了可以与其它节点区分开 来的数字ID信息，还包括了可以表示节点自身在整个树型网络中所处位置的 相关信息。
为了实现中继过程侦听及虚拟确认的功能，提供了一种数据传输帧格式。 参照图2所示，该数据帧格式中包括了需要传输的用户数据ll(UserData)、与 传输相关的帧头信息7(Header)(其中包括是否有提示目的节点需要有确认数据 或是确认信息返回给源节点的说明)、源节点和目的节点地址9 、 10(So薦/Destination Address)、与数据中继转发相关的信息8 ( Relay Information)、以及可以确定中继路径的路由表12 (Routing Table)。为了实现中继过程侦听及虚拟确认的功能，提供了一种对接收数据判断是 否合法的依据
a. 接收节点通过判断目的地址是否为自身以及与数据中继转发相关的信 息来判断自身是否为数据帧的最终目的接收者。
b. 接收节点通过判断当前数据帧的传输路径为上行还是下行，来截取数据 帧当中包含的路由表，并在其中査找自身是否为数据帧的当前中继转发者。
为了实现中继过程侦听及虚拟确认的功能，提供了一种在数据传输过程中 对信道数据进行侦听的方法。首先以图6所示的简要模型加以分析，假定相邻
的三个节点A， B， C，每个节点的通信范围均用不同的圆环进行表示。每个节 点的通信范围都是有限的，它们之间的关系为节点A与节点B相邻，由于信 道对称，那么节点A和节点B都在对方的通信范围之内，因此节点B(A)可以 接收到由节点A(B)发出的数据；同样，节点B与节点C相邻，那么节点B和 节点C也都在对方的通信范围之内，因此节点C(B)可以接收到由节点B(C)发 出的数据。但是，节点A与节点C不相邻，所以节点A和节点C都不在对方 的通信范围之内，那么由节点A(源节点)向节点C (目的节点)发送的数据 必须经过节点B (中继节点)接收后才能转发给节点C。
承接上述，节点B收到节点A发送的数据后，在向节点C发送的同时， 因为节点A位于节点B的通信范围之内，所以节点A也必然能够收到。所以 节点A只需采取侦听的方法接收由节点B发送的数据并进行解析，就能确认节 点B是否成功对数据进行转发。如果节点A在侦听的时候发现节点B没有把 数据转发出去，则有两种可能 一种是节点A在向节点B发送时，节点B没 有成功接收； 一种就是节点B成功接收，但是没有进行中继转发。不管出现以 上任何一种情况，对于节点A来说都认为节点B不稳定，没有正确接收数据。
这样的侦听确认机制将贯穿于整个中继转发过程当中。在一个实施例中， 如果源节点发送的数据帧当中相关的帧头信息(Header)表明需要目的节点有确 认数据或是确认信息返回给源节点，那么即使当中继转发的下一个接收节点已 经为目的节点时，载波侦听确认仍然不停止。只有与目的节点直接相邻的最后 一级中继节点收到了目的节点向源节点发送的返回信息后才认为数据已经成 功的被目的节点接收，否则认为目的节点不稳定，没有正确接收数据。这个功能相当于是对侦听确认机制在将要到达目的节点的最后一级中继时的补充，可 以更进一步的降低由于最后一级中继节点不稳定而造成的从源节点发起的重 发操作，再次降低整个网络中不必要的通信量产生。
再者，为了实现中继过程侦听及虚拟确认的功能，提供了一种数据重发机 制以及相应的数据队列和重发定时器管理方法。由于侦听确认机制的引入，所 以发送成功的数据不能马上删除。再加上节点自身产生的新的发送数据以及从 接收数据解析后产生的中继转发数据会同时存在，所以就需要建立一数据队列 对这些数据进行存储和管理。因为每一个成功发送的数据等待确认的过程都是 唯一和独立的，所以需要给每一个发送数据分配独立的重发定时管理模块，该 模块包括定时时间和重传次数等相关参数。如果节点接收到信道上的数据，并 且能与队列中的发送成功数据之一相对应，则认为该发送成功数据等待确认过 程全部完成。如果发送成功数据中有重发定时已经溢出的，则启动数据的重新 发送过程；或者如果该数据对应的重发次数已经超过最大值，则产生相应的删 除或是上报处理操作。
在本发明的具体实施方式
中，就图l所示网络拓扑结构为例，从上行通信 和下行通信两种形式，分别详细描述数据在传输过程中的中继转发和侦听确认 步骤。
下行通信
下行通信具体过程是以树根节点集中器2为源节点，经过中继树叶节点终 端3，中继树叶节点终端4，到达目的树叶节点终端6为例进行说明。集中器2 会根据目的节点终端6在网络中所在的位置配置所要发送的数据帧源节点地 址(Source Address)配置为集中器2，目的节点地址(Destination Address)配置为 终端6。因为通信过程中需要两个终端终端3和终端4进行中继转发，所以 还会对数据中继相关信息(Relay Information)进行配置，同时包括在数据帧中配 置好相应的下行通信路由表。
配置完数据帧后，集中器2就开始向与其直接相邻的第一层子女节点进行 数据发送。因为终端3处于网络结构中的第一层，所以处于集中器2的通信范 围之内。当终端3接收到数据帧后就开始进入如图3所示的数据中继解析进程的步骤Al。
在步骤Al当中，节点会把接收到的数据与前文所描述的数据帧格式(参
照图2)进行比对，如果符合则将进入步骤A2。
在步骤A2当中，节点会判断数据帧中目的节点是否为自身并且中继过程 是否结束(根据数据中继相关信息判断)。如果目的节点为自身并且中继过程 结束则直接进入步骤A7,数据中继解析过程结束。如果目的节点不为节点自身 或者中继过程未结束则将进入步骤A3。因为终端3接收到的数据帧中，目的节 点为终端6，所以数据中继解析过程继续，进入步骤A3。
在步骤A3当中，会判断数据帧中的数据中继相关信息。如果该信息指示 该数据帧不需要中继，则认为接收不合法，将会进入步骤A6和步骤A7。如果 该信息指示数据帧需要中继，则会从数据帧中提取路由表信息，然后根据路由 表信息判断自身是否为数据帧的当前合法中继节点。如果是则将进入步骤A4 处理。反之，则进入步骤A6和步骤A7。
终端3根据以上原则从接收到的数据帧中提取出路由表信息，并判断自身 为当前合法中继节点，所以将进入步骤A4。在此同时，处于集中器2接受范围 以内的节点都会接收到该数据帧，但由于查询路由表信息后判断自身不是合法 接收节点，所以不会对该数据帧进行中继转发，从而避免了由于多径中继所带 来的数据冲突和数据重复的处理过程。
在步骤A4当中，会根据数据帧中的相关信息来决定该数据是需要进行上 行中继转发还是下行中继转发，然后进入步骤A5。因为终端3接收到的数据帧 中，目的节点地址为终端6，所以认为数据传输过程为下行中继转发，然后进 入步骤A5。
在步骤A5当中，会对数据帧中的中继相关信息进行更新，这样当数据传 输到目的节点时，中继相关信息就会指示数据中继过程结束，目的节点就能正 确接收该数据帧并能避免由于信道动态变化而造成节点通信范围变动时所引 起的跨层接收，从而导致目的节点对相同数据的多次重复处理。然后，步骤A5 还会重新构建一个新的发送数据，开始向与自身直接相邻的双亲节点(上行通信) 或是子女节点(下行通信)进行发送。然后进入步骤A7，整个数据中继解析进程 结束。
17在终端3接收由集中器2发送过来的数据帧以及进行数据解析和中继转发
过程的同时，集中器2也会开始进入如图4所示的侦听确认过程的步骤Bl。
在步骤B1当中，集中器2会根据载波通信模块对数据帧的发送状态来判 断自身是否成功发送数据帧。如果成功发送，则进入步骤B2。反之则等待数据 帧发送完毕。
在步骤B2当中，集中器2将会进入数据中继侦听确认进程，保留已发送 成功数据，然后进入步骤B3。
在步骤B3当中，集中器2会根据发送成功数据帧当中的数据中继相关信 息(Relay Information)以及是否有提示目的节点需要有确认数据或是确认信息 返回给源节点的说明来判断是否需要对此发送成功数据进行侦听确认。判断依 据如下-
a. 判断数据帧当中的数据中继相关信息(Relay Information),如果该信息提 示数据不需要进行中继，则会直接进入步骤B5，删除该发送成功数据，结束整 个侦听确认过程。
b. 判断数据帧当中的数据中继相关信息(Relay Information),如果该信息提 示数据正在中继过程中，则认为数据帧需要执行中继侦听确认过程，然后进入 步骤B4。
c. 判断数据帧当中的数据中继相关信息(Relay Information),如果该信息提 示数据中继过程已到达目的节点，则进一步判断帧头信息当中是否有提示目的 节点需要有确认数据或是确认信息返回给源节点的说明。如果有则认为数据帧 需要继续执行中继侦听确认过程，然后进入步骤B4。反之，则进入步骤B5， 删除该发送成功数据，结束整个侦听确认过程。
因为集中器2所发送成功数据帧当中，数据中继相关信息(Relay Information)提示数据正在中继过程中，所以认为此数据帧需要执行中继侦听过 程，然后进入步骤B4。
在步骤B4当中，集中器2会为发送成功的数据分配一个独立的重发定时 管理模块。然后对重发定时管理模块中的各个参数赋初值，启动重发定时器， 开始进入步骤B6。
在步骤B6当中，集中器2会不断查询载波侦听模块，査看是否接收到数据。如果接收到则通过与发送成功数据比较来确定是否为与发送成功数据对应 的确认数据，如果是则认为中继侦听确认过程结束，然后会进入步骤B5，删除
该发送成功数据。如果没有接收到数据，则进入步骤B7。
在步骤B6的等待确认过程当中，会有两种情况发生。
情况1:终端3接收到了集中器2发送过来的数据帧并进行了完整的数据 解析和中继转发过程，然后集中器2接收到了由终端3中继转发出来的数据帧， 并对该数据帧进行了判断，认为此数据帧是集中器2自身发出数据帧所产生的 中继转发数据。判断依据是对比发送成功数据帧和接收数据帧的各项参数，
包括源节点和目标节点地址信息，以及是否有目的节点返回给源节点的确认数 据或是确认信息的说明来确定。
如果全部判断依据符合则认为继侦听确认过程结束，然后进入步骤B5。 如果其中有一项判断依据不符合，则把接收的数据帧作为新数据以进行相应的
数据解析处理。
情况2:在等待确认过程当中，终端3没有正确接收到集中器2发送过来 的数据帧或者是没有进行完整的数据解析和中继转发过程，然后集中器2没有 正确接收到由终端3中继转发出来的数据帧，那么都会进入步骤B7进行处理。
在步骤B7当中，集中器2会不断查询与发送成功数据对应的重发定时管 理模块。如果重发定时器没有溢出，则重新转入步骤B6查询载波模块。如果 重发定时器已经溢出则进入步骤B8。
在步骤B8当中，集中器2会查询与发送成功数据对应的重发定时管理模 块中重发次数是否超过了最大值。如果没有，则进入步骤B9。反之，则进入步 骤B5，删除该发送成功数据，结束整个侦听确认过程，然后产生相应的上报处 理操作。
在步骤B9当中，集中器会更改该发送成功数据对应的重发定时管理模块 中的相关参数，例如重发次数等。然后会对该数据进行重新发送处理，并重新 进入到侦听确认过程的步骤B1当中。
在上述的过程中，集中器2作为发送数据的第一节点，终端3作为转发数 据的第二节点，完成一次中继和侦听确认过程。在后续过程中，将以终端3作 为发送数据的第一节点，终端4作为转发数据的第二节点，再完成一次中继和侦听确认过程。终端4接收到由终端3中继转发的数据帧后对数据的解析和中
继转发过程以及终端3对中继转发数据发送成功后的中继侦听确认过程与以上
步骤相似，不再做重复描述。
但是，由于终端4是数据帧的最后一级中继节点，所以在终端4成功向第
三层节点(已经是目的节点)发送中继转发数据帧后会出现两种情况
情况1:由集中器2产生的原始数据帧中含有提示目的节点需要有确认数
据或是确认信息返回给源节点的说明，那么终端4将继续执行中继侦听确认过 程，直到接收到由终端6返回给集中器2的确认数据或是确认信息为止。在此 之后，终端4会将确认数据转发给终端4，再经终端4转发给集中器2。这一 过程可视为由终端6向集中器2发起的数据传输过程，终端6视为源节点，集 中器2视为目标节点。在终端6、终端4均会进行中继侦听确认过程。
情况2:由集中器2产生的原始数据帧中帧头信息里没有提示目的节点需 要有确认数据或是确认信息返回给源节点的说明，那么终端4将不再执行中继 侦听确认过程，默认目的节点已经成功接收到中继转发的数据帧。
上述的下行通信的中继侦听确认的概要过程还可参照图5，在步骤S1，集 中器2发送原始数据，然后进入中继侦听确认过程，如果集中器2中继侦听确 认失败(步骤S2)，则集中器2重新发送数据(步骤S3)。如果终端3成功 中继转发数据(步骤S5)，则集中器2中继侦听确认成功(步骤S4)。类似 地，如果终端4进一步成功中继转发数据(步骤S7)，则终端3中继侦听确认 成功(步骤S6)。在需要目的终端6返回确认数据的情况下，如果目的终端6 未返回确认数据，则终端4中继侦听确认失败(步骤S8)，则终端4重新发送 数据(步骤S9)。如果终端6向集中器2返回确认数据(步骤Sll)，则终端 4中继侦听确认成功。另一方面，终端6对其发送的确认数据会进入中继侦听 确认过程，如果终端4成功中继转发数据(步骤S13)，则终端6中继侦听确 认成功(步骤S12)。终端3进一步进行中继转发，如果终端4中继侦听确认 失败(步骤S14)，则终端4会重新发送数据(步骤S15)。如果终端3成功 中继转发数据(步骤S17)，则终端4中继侦听确认成功(步骤S16)。步骤 S11-S16实际上是一如后文所述的上行通信过程。
20上行通信
上行通信具体过程是以树叶节点终端6为源节点，经过中继树叶节点终端
4，中继树叶节点终端3，到达目的树根节点集中器2。终端6会根据自身节点 在网络中所在的位置配置所要发送的数据帧源节点地址(Source Address)配置 为终端6，目的节点地址(DestinationAddress)配置为集中器2。因为通信过程中 需要两个终端终端3和终端4进行中继转发，所以还需对数据中继相关信息 (Relay Information)进行配置，同时包括在数据帧中配置好相应的上行通信路由 表。
配置完数据帧后，终端6就开始向与其直接相邻的第二层双亲节点进行数 据发送。因为终端4处于网络结构中的第二层，所以处于终端6的通信范围之 内。当终端4接收到数据帧后就开始进入如图4所示的数据解析和中继转发过 程的步骤Al。
上行通信中继转发和数据解析过程以及数据中继侦听确认过程与以下行 通信步骤相似，只是在判断自身是否为数据帧当前合法接收者时，会根据上行 通信的判断原则来对提取出的路由表信息进行遍历。这里不再做重复描述。
上行通信的中继侦听确认的概要过程可参照图5，步骤S11 S17可视为上 行通信过程。在步骤Sll，终端6发送原始数据，然后进入中继侦听确认过程， 如果终端4成功中继转发数据(步骤S13)，则终端6中继侦听确认成功(步 骤S12)。终端3进一步进行中继转发，如果终端4中继侦听确认失败(步骤 S14)，则终端4重新发送数据(步骤S15)。如果终端3成功中继转发数据(步 骤S17)，则终端4中继侦听确认成功(步骤S16)。
经过在真实电力线信道上搭建如图l所示网络拓扑结构，对本发明所提供 的具体实施方案进行详细的测试。为了体现每个节点的有限通信范围，人为的 加入了信号衰减装置。同时在通信过程中，对中继节点进行短暂的断电处理以 模拟真实信道中突发性干扰对数据通信造成的毁灭性影响。
经过正常通信状态以及人为造成的异常通信状态两个分支测试，本发明所 提出的数据中继侦听和虚拟确认方法能够在节点有限通信范围的前提下有效 的扩展网络的通信范围。本发明所提出的中继侦听确认方法也能够在数据中继过程发生异常情况时，重新进行数据的重发操作以恢复整条通信路径，同时不 额外增加网络中传输确认报文的通信量。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善， 因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种中继过程的侦听确认方法，适用于通信系统，该方法包括从一第一节点发送数据；在一第二节点接收并转发该数据；在该第一节点侦听该数据是否已被该第二节点转发；当确认该数据已被该第二节点转发时，在该第一节点结束该侦听过程。
2. 如权利要求l所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，在该第一 节点侦听该数据是否已被该第二节点转发的步骤包括保留已发送的该数据； 启动一重发定时器并开始侦听过程；当收到该第二节点转发的该数据时，确认该数据已被该第二节点转发，并删 除已发送的该数据；当该重发定时器溢出后仍未收到该第二节点转发的该数据时，判定该数据未 被该第二节点转发。
3. 如权利要求2所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，当该判定 该数据未被该第二节点转发时，在该第一节点重新发送该数据并更新该重发定时器 重新开始侦听。
4. 如权利要求l所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，在该第二 节点接收并转发该数据的步骤包括判断该数据是否需要该第二节点转发；当需要该第二节点转发时，在该第二节点生成数据并发送。
5. 如权利要求l所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，该数据包 括用户数据、帧头信息、源节点和目的节点地址、中继信息、以及路由表。
6. 如权利要求l所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，该第一节 点包括源节点。
7. 如权利要求l所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，该第一节 点包括中继节点。
8. 如权利要求l所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，该通信系 统包括电力线载波通信系统，该第一节点和/或该第二节点包括集中器和/或终 端。
9. 一种中继过程的侦听确认方法，包括 从一源节点发送一原始数据； 在至少一中继节点之间依次转发该原始数据； 在该源节点侦听该数据是否已被一中继节点转发；当该原始数据已被一中继节点转发时，在该源节点结束该侦听过程； 在该至少一中继节点中的除了与该目的节点相邻的中继节点之外的其他 任一中继节点侦听该数据是否已被之后的中继节点转发；当该数据已被该之后的中继节点转发时，在该任一中继节点结束该侦听过程；在一目的节点接收该至少一中继节点转发的该数据。
10. 如权利要求9所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，当该原 始数据未被一中继节点转发时，在该源节点重新发送该原始数据，并重复该侦 听过程。
11. 如权利要求9所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，当该数 据未被一中继节点转发时，在该任一中继节点重新发送该数据，并重复该侦听 过程。
12. 如权利要求9所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于，还包括 在该目的节点接收到该数据后向该源节点返回一确认数据； 在该至少一中继节点中的与该目的节点相邻的中继节点侦听该确认数据是否收到；以及当与该目的节点相邻的中继节点收到该确认数据时，在与该目的节点相邻 的中继节点结束该侦听过程。
13. 如权利要求12所述的中继过程的侦听确认方法，其特征在于还包括 在该至少一中继节点之间依次转发该确认数据； 在该目的节点侦听该数据是否已被一中继节点转发；当该确认数据已被一中继节点转发时，在该目的节点结束该侦听过程； 在该源节点接收该至少一中继节点转发的该确认数据。在该至少一中继节点中的除了与该源节点相邻的中继节点之外的其他任 一中继节点侦听该数据是否已被之后的中继节点转发；当该数据已被该之后的中继节点转发时，在该任一中继节点结束该侦听过程；在该源节点接收该至少一中继节点转发的该确认数据。
14. 一种电力载波通信系统，包括 集中器，用以在一主站与多个终端之间通信； 至少一一级终端，直接与该集中器通信； 至少一二级终端，经由该一级终端与该集中器通信；其中当从该集中器向该二级终端发送数据时，在至少其中一一级终端接收 并转发该数据，并在该集中器侦听该数据是否已被该一级终端转发；当确认该数 据已被该一级终端转发时，在该集中器结束该侦听过程；以及当从该二级终端向该集中器发送数据时，在至少其中一一级终端接收并转 发该数据，并在该二级终端侦听该数据是否己被该一级终端转发；当确认该数据 已被该一级终端转发时，在该二级终端结束该侦听过程。
15. 如权利要求14所述的电力载波通信系统，其特征在于，该集中器包括 一数据队列，用以保留已发送的数据；一重发定时器，用以对该集中器的侦听过程进行计时。
16. 如权利要求15所述的电力载波通信系统，其特征在于，当该集中器确 认该数据已被该一级终端转发时，从该数据队列删除已发送的数据，当该重发定时 器溢出后仍未确定该数据已被该一级终端转发时，该集中器重新发送该数据并重复 该侦听过程。
17. 如权利要求16所述的电力载波通信系统，其特征在于，该二级终端包括一数据队列，用以保留已发送的数据；一重发定时器，用以对该二级终端的侦听过程进行计时。
18. 如权利要求17所述的电力载波通信系统，其特征在于，当该二级终端 确认该数据己被该一级终端转发时，从该数据队列删除已发送的数据，当该重发定 时器溢出后仍未确定该数据已被该一级终端转发时，该二级终端重新发送该数据并 重复该侦听过程。
19. 如权利要求14所述的电力载波通信系统，其特征在于，在该二级终端 接收到该数据后向该集中器返回一确认数据，在该一级终端侦听是否收到该确 认数据，当一级终端收到该确认数据时，在该一级终端结束该侦听过程。
20. 如权利要求19所述的电力载波通信系统，其特征在于，在该一级终端 接收并转发该确认数据，并在该二级终端侦听该数据是否己被该一级终端转发； 当确认该数据已被该一级终端转发时，在该二级终端结束该侦听过程。
21. 如权利要求14所述的电力载波通信系统，其特征在于，还包括 至少一三级终端，经由该一级终端和该二级终端与该集中器通信；其中当从该集中器向该三级终端发送数据时，在至少其中一一级终端及至 少其中一二级终端接收并转发该数据，并分别在该集中器及该一级终端侦听该数 据是否已被转发；以及当从该三级终端向该集中器发送数据时，在至少其中一一级终端及至少其 中一二级终端接收并转发该数据，并分别在该三级终端及该二级终端侦听该数据 是否已被转发。
22.如权利要求14所述的电力载波通信系统，其特征在于，该数据包括用 户数据、帧头信息、源节点和目的节点地址、中继信息、以及路由表。
全文摘要
本发明涉及一种中继过程的侦听确认方法，适用于通信系统，尤其是电力载波通信系统。该方法包括从一第一节点发送数据；在一第二节点接收并转发该数据；在该第一节点侦听该数据是否已被该第二节点转发；当确认该数据已被该第二节点转发时，在该第一节点结束该侦听过程。通过这种中继过程的侦听确认方法来实现虚拟端到端确认，在不增加原有网络通信负载量的前提下，也能有效的保证整个通信过程的稳定。
文档编号H04L12/56GK101621445SQ20081004024
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者于常涛, 若 莫 申请人:弥亚微电子(上海)有限公司