面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用层协议的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子信息技术领域，特别涉及一种面向自动需求响应的高速窄带电力 线通信应用层协议。
【背景技术】
[0002] 随着我国坚强智能电网的发展和电力体制改革的进一步深化，自动需求响应作为 用、发电计划改革的重要举措已被明确列入中共中央国务院《关于进一步深化电力体制改 革的若干意见（中发（2015)9号）》和国家发展改革委财政部《关于完善电力应急机制做好 电力需求侧管理城市综合试点工作的通知》中。自动需求响应要求电力通信系统满足双向 互动、安全可靠及易于使用和管理等需求，而利用电力线本身完成信息交互任务的高速窄 带电力线通信（HNPLC)技术，以其在技术实现成本、通信传输速率和系统复杂度等方面的 优势，成为实现智能电网双向互动、确保自动需求响应顺利实施的理想选择。
[0003] 目前，已有的针对HNPLC系统的研究多集中于物理（PHY)层、媒质接入控制（MAC) 层和网络层，对实现自动需求响应的HNPLC应用层研究较少。而HNPLC的应用层主要完成 用户需求与通信系统的协调和接口工作，是影响网络速率和用户体验的关键，也是进一步 提升HNPLC系统性能的重要因素，因此目前亟需设计和研发双向互动HNPLC的应用层协议， 寻求合理的服务分类及服务响应机制，满足电力系统自动需求响应的服务要求。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用 层协议，其有效性高，适用范围广，且能够满足电力系统自动需求响应的实用性和高效性需 求。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种面向自动需求响应的高速窄带电 力线通信应用层协议，包括：应用层实现架构；应用层帧结构，用于实现用户与通信系统的 联接，并为应用层提供数据帧；服务分类方法，包括：对所述面向自动需求响应的高速窄带 电力线通信应用层的需求响应服务进行分类；基于动态优先级的应用层服务响应机制；跨 层仿真平台，用于提供符合实际传输场景的跨层仿真环境。
[0007] 另外，根据本发明上述实施例的面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用层 协议还可以具有如下附加的技术特征：
[0008] 在一些示例中，所述应用层实现架构包括应用支持子层、应用接口、应用对象/设 备管理平台。
[0009] 在一些示例中，所述应用层帧结构的帧格式的含义为：数据帧在网络层使用了 IP 协议中的转义字符标识头，确保与IP协议的兼容性。
[0010] 在一些示例中，所述服务分类方法包括：根据智能电网标准化路线草案、开放式自 动需求响应通信协议及电力需求响应系统通用技术规范对自动需求响应功能架构进行定 义，并在应用层定义了设备配置服务、应用服务应答、需求响应服务、时间上报服务及紧急 需求响应服务五大类，并预留了可增添或扩展的服务描述。
[0011] 在一些示例中，所述服务响应机制包括：根据多分类服务需求，提供综合考虑数据 包优先级权重、数据包传输效率和服务等待时间的动态优先级算法，并基于所述动态优先 级算法完成应用层核心的服务响应机制。
[0012] 在一些示例中，所述动态优先级为：
[0013] P (t) = a*Twalt (t) +b* [w*Lpack ⑴]，
[0014] 其中，P(t)为数据包在时刻t的动态优先级，Twalt(t)为t时刻时数据包在应用层 缓冲队列中的等待时间，该值自数据包到达时刻算起，初始值为〇,每等待一个时隙则加1， W为响应优先级权重值，Lpadi为数据包包长，由于每帧数据具有长度相同的信令开销，因此 在每帧允许的包长范围内数据包越长则该帧的使用效率相对越高，则L padi表征了数据包的 传输效率，a、b分别为时间因子和效率因子，用于调整动态优先级的时间和效率比重。
[0015] 在一些示例中，所述符合实际传输场景的跨层仿真环境包括：应用层的自动需求 响应、网络层组网拓扑及路由、媒质接入控制层接入机制以及物理层动态调整高速窄带电 力线通信包长的数据包随机到达的通信仿真环境。
[0016] 根据本发明实施例的面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用层协议，有效 验证了所提应用层协议和实现架构的有效性，跨层仿真的实验结果证实了所设计的基于动 态优先级的HNPLC应用层服务机制在网络的平均传输速率、丢包率和服务传输比例三方面 的优越性。该应用层协议能够满足电力系统自动需求响应的实用性和高效性需求，具有有 效性高，适用范围广的优点。
[0017] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0018] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0019] 图1是本发明一个实施例的面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用层协 议的功能架构示意图；
[0020] 图2是本发明一个实施例的在自动需求响应系统中的具体应用场景实例示意图；
[0021] 图3是本发明一个实施例的面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用层协 议架构及其下层的连接关系示意图；
[0022] 图4是本发明一个实施例的数据帧结构示意图；
[0023] 图5是本发明一个实施例的跨层仿真测试平台示意图；
[0024] 图6是本发明一个实施例的服务响应机制与两种传统的单条件服务响应机制的 性能对比示意图；以及
[0025] 图7是本发明一个实施例的对各种服务类的传输概率统计示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027] 以下结合附图描述根据本发明实施例的面向自动需求响应的高速窄带电力线通 信应用层协议。
[0028] 图1是根据本发明一个面向自动需求响应的高速窄带电力线通信应用层协议的 功能架构示意图。如图1所示，该应用层协议包括：应用层实现架构、应用层帧结构、服务分 类方法、基于动态优先级的应用层服务响应机制和跨层仿真平台。
[0029] 其中，在本发明的一个实施例中，结合图2和3所示，应用层实现架构例如包括应 用支持子层（APS)、应用接口、制造商或设备使用的应用对象/设备管理平台三大部分。
[0030] 应用层帧结构用于实现用户与通信系统的联接，并为应用层提供数据帧。其中，在 本发明的一个实施例中，应用层帧格式的含义例如为：数据帧在网络层使用了 IP协议中的 转义字符标识头，确保与IP协议的兼容性。当然，帧结构的含义不仅限于此，与IP协议的 兼容性仅是特征之一，此处仅是以示例性为目的的描述。
[0031] 服务分类方法包括：对面向自动需求响应的高速窄带电