一种宽带载波通信系统终端节点的省电方法与流程

本发明属于宽带电力载波通信技术，主要提出了一种宽带电力载波通信系统中各个设备的省电方案。

背景技术：

宽带载波通信(简称：PLC)网络是以低压电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚，传输和交互的通信网络。根据电力线的结构特点，宽带载波通信的网络的拓扑结构树形结构，如图1所示。该结构是以中央控制站点(简称：CCO)为中心、以代理控制站点(简称：PCO)为中继，连接所有站点(简称STA)的多层级网络，其中没有子站点的站点又称为端站点。

在实际的宽带载波通信网络拓扑结构中，站点之间连接不一定是树形结构，如图1宽带载波通信网络拓扑图所示，站点B1和站点B2之间是可能存在连用的，也就是站点B1发送的数据，站点B2可能收到，当然站点B2发送的数据，站点B1也是可能收到。但是在实际的网络管理中，采用了树形拓扑结构进行管理。如图1中，站点A和站点C1通信，则需要站点B1转发。树形拓扑记录了PLC系统的一种路由结构关系。站点之间的通信则是由这种路由关系确定的。

在实际的应用中，宽带载波通信使用的传输媒介是电力线，所以不存在站点供电的问题，这个和移动终端有很大差别，所以国家电网公司提供的标准中，未涉及到站点的省电机制。但是工作站点如果不采用省电机制，并且网络中存在大量工作站点的时候，那么总体功耗也比较大，不利于节约能源，其次站点上的电子元器件将实时工作，这样也导致了电子器件容易老化，使用一段时间之后，增加了站点工作不正常的概率，维修或是更换的工作量也非常大，这增加了运行维护成本。

由于PLC系统的站点路由关系成树形结构，这给省电带来一定的困难，在实际的运行中，系统需要各个站点需要周期性上报发现列表，以维护和优化PLC系统的路由表，所以中央控制站点、代理控制站点、端站点发送数据时刻是随机的，此时接收数据的目标站点或是代理站点可能处于省电状态，如果发送站点不确定目标站点和经过路径上站点的省电状态，那么将导致发送数据失败。然而需要发送站点记录或是侦测通信路由上所经过站点的省电状态，这几乎是不可能。

但是从实际工程角度，以及提高用户体验来讲，宽带载波通信中的站点实行省电机制是必须的，有其具体的现实意义。本发明由此提出了一种在宽带电力载波中各个站点的省电方法。

技术实现要素：

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种省电且提高通信效率的宽带载波通信系统终端节点的省电方法。本发明的技术方案如下：

一种宽带载波通信系统终端节点的省电方法，所述宽带载波通信系统包括中央控制站点、代理站点及端站点，其由中央控制站点统一控制管理各个代理站点及端站点的省电模式；中央控制站点进行省电规划，并确定省电参数分发给个各个代理站点及端站点；

各个代理站点及端站点的省电分成三种模式，即睡眠模式、唤醒模式和激活模式，处于睡眠模式的站点不进行任何数据的收发，整个站点处于断电状态；唤醒模式的站点进行信标帧的解析，以及检测是否存在其他站点发送数据请求，该模式下的站点仅仅接收数据，但不发送数据；激活模式的站点是在唤醒模式下收到其他站点发来的站点数据，则立即进入到激活模式，该模式下，站点可以进行包括收发数据在内的所有功能。

进一步的，所述中央控制站点省电参数的分发采用依次通过中央信标-代理信标的顺序进行广播发送，中央控制站点广播的中央信标中，包含FNBeacon帧号、FNSleeping帧数、FNWaking帧数、Toffset帧数，其中FNBeacon帧号表示每个站点同步到中央控制站点发送中央信标中的信标时基，FNSleeping帧数表示每个站点的每次进入睡眠的时间长度；FNWaking帧数表示每个站点唤醒之后不能进入睡眠模式的时间，Toffset帧数表示并且给出站点进入省电状态的信标帧偏移量，取值小于或是等于FNSleeping帧数与FNWaking帧数之和。。

进一步的，所述睡眠模式的进入条件为：

如果站点的FN_Beacon满足进入睡眠模式条件：

FN_Beacon％(FN_Sleeping+FN_Waking)＝FN_offset，其中％表示算术模运算。

则站点进入睡眠模式，站点睡眠模式下睡眠FN_Sleeping帧数之后进入到唤醒模式；在唤醒模式下监视FN_Waking帧数之后，如果没有发现激活业务，则继续进入睡眠模式。

进一步的，当站点在唤醒模式下，检测到需要本站点进行业务处理时，站点立即处理该业务，处理结束后，将启动T_Active定时器，站点在T_Active定时器激活期间处于非省电模式，如果该定时器T_Active超时，并且满足FN_Beacon％(FN_Sleeping+FN_Waking)＝FN_offset的条件，则满足则进入睡眠模式的条件，否则站点继续处于激活模式，直到满足FN_Beacon％(FN_Sleeping+FN_Waking)＝FN_offset条件时候,站点才再次进入睡眠模式。

宽带电力载波终端节点的省电方法，宽带电力载波终端节点初始组网过程中，所有站点都处于激活模式，初始组网完成之后，才启动省电机制，包括以下步骤：

1.宽带电力载波网络在初始组网过程，不启动省电功能；

2.宽带电力载波网络在初始组网过程之后，中央控制站点启动省电模式，广播省电参数，各站点收到省电要求之后启动省电处理流程；

3.处于省电唤醒模式的代理站点或是端站点，如果需要业务处理，并且发送数据报文到其他站点，则启动T_Active定时器，进入激活模式进行数据传输；

4.处于省电唤醒模式的站点，收到数据报文的站点，如果是需要本站点处理的报文，然后启动T_Active定时器，进入激活模式；

5.处于激活模式的站点，在T_Active定时器启动期间，如果没有收到需要处理的报文，则T_Active定时器超时之后，进入对应的省电模式。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明第一：根据PLC系统网络拓扑结构特点，提出了一套完整的省电解决方案，即能够完成PLC系统的功能，同时完成了省电功能。

第二：为PLC系统代理站点和端站点明确定义了三种省电模式，即唤醒模式、睡眠模式和激活模式。中央控制站点负责省电规划，并且通过中央信标广播三种模式的时间长度。提高了PLC系统省电的灵活性。

第三：本发明能够支持不同代理站点和端节点在固定时刻都处于唤醒模式，解决了不同站点之间唤醒同步问题。

第四：在站点到中央控制站点通信过程中，首先在站点的唤醒模式下，进入激活模式，并且生成了一条从该站点到中央控制站点通信链路，该链路上所有的站点都进入激活模式，提高了通信效率。

附图说明

图1是现有技术中宽带载波通信网络拓扑图；

图2是本发明优选实施例的站点省电模式转移图；

图3是本发明优选实施例站点睡眠模式和唤醒模式周期示意图；

图4是本发明优选实施例站点处于激活模式的模式转换示意图；

图5是本发明优选实施例各个站点省电模式相互协调流程示意图；

图6是本发明优选实施例PLC系统中电力抄表的站点设备拓扑结构示意图；

图7是本发明优选实施例端站点D2上报发现列表流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了一种宽带电力载波的省电方法，各个站点省电功能由中央控制站点统一控制管理，中央控制站点在中央信标中指明是否需要进入省电模式，以及提供具体省电参数。中央控制站点的其他所有站点的省电分成三种状态，即睡眠模式、唤醒模式和激活模式。处于睡眠模式的站点不进行任何数据的收发，整个站点处于断电状态；唤醒模式的站点进行信标帧的解析，以及检测是否存在其他站点发送数据请求，该模式下的站点仅仅接收数据，但不发送数据。激活模式的站点，是站点在唤醒模式下收到其他站点发来的站点数据，则立即进入到激活模式，该模式下，站点可以进行收发数据等所有功能。站点的三个省电模式以及转换关系如图2所示。

在中央控制站点广播的中央信标中，包含控制整个网络中每个站点同步时间，每个站点同步到中央控制站点发送中央信标中的信标时基，记为FN_Beacon帧号。每个站点的每次进入睡眠的时间长度为FN_Sleeping帧数。每个站点唤醒之后在FN_Waking帧数时间不能进入睡眠模式。并且给出站点进入省电状态的信标帧偏移量为T_offset帧数。省电参数FN_Beacon帧号、FN_Sleeping帧数、FN_Waking帧数、T_offset帧数在中央信标和代理信标中进行广播。

所有站点监听中央信标和代理信标，记录省电参数FN_Beacon帧号、FN_Sleeping帧数、FN_waking帧数、T_Offset帧数，并且每个站点将实时更新FN_Beacon帧号，以便和中央控制站点的FN_Beacon帧号同步。

如果站点的FN_Beacon满足进入睡眠模式条件：

FN_Beacon％(FN_Sleeping+FN_Waking)＝FN_offset其中％表示算术模运算。

则站点进入睡眠模式，站点睡眠模式下睡眠FN_Sleeping帧数时间之后进入到唤醒模式；在唤醒模式下监视FN_Waking帧数时间之后，如果没有发现激活业务，则继续进入睡眠模式。如图3站点睡眠模式和唤醒模式周期示意图所示。

如果站点在唤醒模式下，检测到需要本站点进行业务处理，站点立即处理安排的任务，处理结束后，将启动T_Active定时器。如果该定时器TActive超时，并且满足FNBeacon％(FNSleeping+FNWaking)＝FNoffset的条件，则满足则进入睡眠模式的条件，否则站点继续处于激活模式，直到满足FNBeacon％(FNSleeping+FNWaking)＝FNoffset条件时候,站点才再次进入睡眠模式，如图4站点处于激活模式的模式转换图所示。

上面给出了每个站点的独立省电原则，下面图5各个站点省电模式相互协调流程图给出系统中各个站点是如何协调完成省电任务。

各个站点省电模式相互协调流程如下：

步骤一：在PLC系统中，所有设备都处于非省电模式，也就是处于激活模式，中央控制站点完成初始组网之后，则修改中央信标中的省电标志，各个代理站点收到中央信标之后，则直接转发中央信标中的省电标志，如果中央信标中的省电标志设置为激活状态，则各个站点启动省电模式。

各个站点接收到中央信标或是代理信标中的省电参数，每个站点FN_Beacon满足睡眠模式条件FN_Beacon％(FN_Sleeping+FN_Waking)＝FN_offset的时候，则站点进入睡眠模式，站点睡眠模式下睡眠FN_Sleeping帧数时间之后进入到唤醒模式；在唤醒模式下监视FN_Sleeping帧数时间之后，如果没有发现激活业务，则继续进入睡眠模式。如图4中步骤1。

步骤二：无论是中央控制站点、代理站点还是端站点，在睡眠模式下，都不能发起任何业务流程，各个站点只有在唤醒模式下才能发起业务。如图4所示步骤2，如果中央控制站点需要发送业务请求消息到端站点，那么只能在中央控制站点的唤醒模式下发送业务请求消息，并且发送该业务请求消息之后，中央控制站点启动T_Active激活监视定时器，并且进入激活模式。

代理站点在唤醒模式下收到来自中央控制站点的业务请求消息，并且根据业务请求消息中的目的站点标识，转发业务请求消息到端站点。此时代理站点将进入激活模式，并且启动T_Active激活监视定时器。

代理站点收到中央控制站点的业务请求消息，如果没有足够时间在站点唤醒模式下进行转发，则代理站点将保存业务请求消息，等待下次唤醒模式时间到来再转发业务请求消息。

步骤三：端站点收到来自中央控制站点的业务请求消息，则处理该消息，并且根据处理业务需求回复业务请求响应，端站点发送业务请求响应消息之后，启动T_Active激活监视定时器，进入激活模式。

代理站点收到来自端站点的业务请求响应之后，将转发业务请求消息到中央控制站点，然后重新启动T_Active激活监视定时器，再次进入激活模式。

中央控制站点收到来自端站点的业务请求响应消息之后，重新启动T_Active激活监视定时器，再次进入激活模式。

步骤四：在步骤一到步骤三过程中，如果站点启动了T_Active激活监视定时器，如果该定时器超时，则站点则认为业务流程已经结束，可以根据站点省电原则进入到睡眠模式或是唤醒模式。

PLC系统中的处理流程，则可以完成PLC系统中各个站点的省电功能，并且保存业务的顺利进行。本发明的优点在于:

第一：根据PLC系统网络拓扑结构特点，提出了一套完整的省电解决方案，即能够完成PLC系统的功能，同时完成了省电功能。

第二：为PLC系统代理站点和端站点明确定义了三种省电模式，即唤醒模式、睡眠模式和激活模式。中央控制站点负责省电规划，并且通过中央信标广播三种模式的时间长度。提高了PLC系统省电的灵活性。

第三：本发明能够支持不同代理站点和端节点在固定时刻都处于唤醒模式，解决了不同站点之间唤醒同步问题。

第四：在站点到中央控制站点通信过程中，首先在站点的唤醒模式下，进入激活模式，并且生成了一条从该站点到中央控制站点通信链路，该链路上所有的站点都进入激活模式，提高了通信效率。

为了更清楚说明该发明专利在PLC系统中应用，采用端站点上报发现列表的过程加以说明。假设PLC的站点拓扑结构如图6所示。该结构总计四级，其中站点为中央控制站点；站点B1、站点B2和站点B3为一级站点；站点C1和站点C2为二级站点；站点D1、站点D2、站点D3和站点D4为三级站点。

PLC系统上电完成初始组网之后，那么所有站点都记录相关的路由信息，根据PLC系统中路由维护的要求，完成初始路由建立之后，端站点将启动上报发现列表定时器，如果端站点的发现列表定时器超时，则端站点发送发现列表报文到代理站点，由代理站点转发成心跳报文发送到中央控制站点，由中央控制站点保存端站点D2的发现列表信息。

如果没有采用省电机制，那么在上面的端站点上面上报发现列表报文实时都可以进行，但是PLC系统启动了省电机制之后，虽然能够完成端站点上报发现列表报文事件，但是需要满足本发明的一些操作规则，才能顺利完成发现列表报文上报到中央控制站点。

第一：PLC系统中，所有站点包括中央控制站点默认不启动省电模式，并且中央控制站点将在中央信标、代理站点在代理信标中明确各个站点不启动省电模式。中央控制站点完成初始组网之后，各个端站点将启动上报发现列表定时器，中央控制站点在中央信标中设置启动省电模式，并且给出实现省电需要的参数，每个站点的每次进入睡眠的时间长度的FN_Sleeping帧数时间。每个站点唤醒之后不能进入睡眠模式的FN_Waking帧数时间，并且给出站点进入省电状态的信标帧偏移量T_offset帧。如图7中步骤1、2、3。

在中央信标中还携带了FN_Beacon帧号，无论是代理控制站点还是端站点，收到FN_Beacon帧号之后都需要同步到这个帧号上，PLC系统中整个网络的FN_Beacon是处于同步状态。代理控制站点和端站点在没有收到中央信标中FN_Beacon帧号时候，将根据自己时钟自动更新FN_Beacon帧号，来保持中央控制器，代理控制器和端站点的FN_Beacon帧号同步。

第二：中央控制站点和代理站点以及端站点，在信标中检测到请求本站点启动省电模式，则保存信标中的省电参数。并且检测本站点的FN_Beacon满足进入睡眠模式条件：

FN_Beacon％(FN_Sleeping+FN_Waking)＝FN_offset

如果本站点FN_Beacon满足该公式，则本站点进入睡眠模式，如果不满足，则本站点处于唤醒模式。

在唤醒模式的站点可以检测所有来自本站点的信标和报文数据，本站点将检测到的站点信息记录到发现列表中，记录为NodeNeighbourList。如图7中步骤4。

第三：如果端站点的上报发现列表定时器超时，并且该站点处于省电的唤醒模式下，该端站点发送发现列表报文，将NodeNeighbourList的站点标识发送到代理站点，假定站点D2的上报发现列表报文定时器超时，则站点D2将收集的NodeNeighbourList发送到站点C2。在站点D2发送到站点C2的时候，站点C1也可以收到站点D2发送的发现列表报文。在该场景中，由于站点C1不是站点D2的代理站点，所以站点C1的省电状态不会发生改变，但是站点C2是站点D2的代理站点，所以站点C2收到D2发送的发现列表报文之后，转发该发现列表报文为心跳报文，并且站点C2站点启动T_Active定时器，并且进入激活模式。在站点C2转发中央控制站点途径的站点B2也开启T_Active定时器，并且进入激活模式。

在这个过程中，端站点到中央控制站点可能存在很多级，根据国家电网要求，最高可以达到15级，那么某些站点收到心跳报文的时候，这些站点只能等待下一个唤醒模式周期才能转发心跳报文。如图7中步骤5。

第四：端站点发送发现列表报文到中央控制站点，那么包括本端站点和中央控制站点在内的所有转发站点都开启了T_Active定时器，如果没有后续报文处理，那么T_Active定时器超时之后，各个站点将进入唤醒模式或是省电模式。

在图6的网络拓扑结构中，站点D2发送发现列表报文到中央控制站点，途径了站点C2、站点B2，这两个站点都将启动了T_Active定时器进入激活模式，也就是在后续报文传输过程中，端站点D2到中央控制站点之间的都进入非省电状态，在端站点D2和中央控制站点之间一条没有进入省电的通信链路，但是这个过程中，其他站点的省电模式不受影响。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。