一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法技术

本发明专利技术属于低压电力线工频通信路由算法领域，具体涉及一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法，包括：将工频通信信号作为电力线载波通信的路径搜索信令，选择与当前节点通信时信噪比参数在一定范围内的节点作为中继节点；根据中继节点的通信级别或与集中器的距离来确定最优中继节点；建立集中器到达各个通信终端的中心节点路径表，各个分布节点建立子路径表；当集中器发送的指令信息无法送达某个节点时，选择次优路径，若无次优路径时，进行修复路径；当集中器按照路由表向多个子节点终端发送命令通信路径都失败时，则对所有子站重新建立路由表。本发明专利技术能够提升载波接力传输性能，提高搜索效率，保证PLC路径搜索信令可靠传输，更好的满足电力线中继的传输需求。

【技术实现步骤摘要】
一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法
本专利技术属于低压电力线工频通信路由算法
，具体涉及一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法。
技术介绍
在诸多电力线通信方式中，应用最多的是电力线载波通信(powerlinecommunication,PLC)，PLC通过高频信号在电力线上传输实现通信，其缺点是抗干扰性能差、随距离衰减严重等，因而在应用中普遍存在可靠性不高的问题。国内外目前关于PLC信号传输可靠性的提升主要研究方向是物理层通信能力的增强和路由中继网络的建立。其中PLC物理层方面的提升，国内外的研究主要包括信道特性、噪声抑制、信号衰减、信号调制解调方式、阻抗匹配及耦合电路设计等。上述研究的本质是提高电力线载波通信点对点通信能力，对电力线通信网络来说，点对点通信的高可靠性，并不意味着整个网络的高可靠性，它仅是网络可生存性的前提和基础，上述研究并不能实质上提高PLC信号传输的可靠性。因此，PLC系统中路径中继组网算法的研究显得尤为重要，这是保证通信系统可靠性的必要条件。目前，有文献结合PRIME标准中媒体访问控制(MAC)层的帧结构、类型，深入归纳、分析和总结了PRIME标准中的电力线载波通信组网初始化算法、网络维护与重构算法；有文献分析了电力线通信网络的拓扑结构和组网模型，并提出组网的优化目标函数，进而提出一种基于信道状态和服务需求的电力线通信组网算法；还有文献提出了一种基于人工蜘蛛网的PLC组网模型，对新模型的结构特点及低压配电网物理拓扑映射为人工蛛网逻辑拓扑的组网过程进行了详细阐述，并基于此提出新的组网算法及重路由算法；另有文献设计了一种适用于路径寻优的改进遗传算法，这种变异遗传算法融合了图的遍历算法的思想和Dijkstra算法的优点，同时也结合了小生境技术最优保留原则。然而，基于上述方法不能有效地提高PLC信号传输的可靠性，现有技术中载波接力传输性能较低，搜索效率低下，不能满足配电网中电力线中继的传输需求，亟需一种可有效提高PLC信号传输可靠性的方法。
技术实现思路
电力线载波通信必须要求信令传输的高可靠性，才能节约搜索时间，提高搜索效率，使PLC系统有效性增强，提高其实用性。但是，PLC信号随距离衰减严重，传输距离有限。工频通信(TWACS)在不跨变压器的情况下几乎不衰减，时延非常小，完全可以忽略，通信成功率接近百分之百。所以，使用工频信号传输PLC路径搜索信令可靠性大大增强，能保证成功传输。基于此，本专利技术在阐述低压配电网PLC网络拓扑和特征的基础上，提出了一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法，所述方法包括以下步骤：A.将工频通信信号作为电力线载波通信的路径搜索信令，选择与当前节点通信时信噪比参数在一定范围内的节点作为中继节点；B.根据中继节点的通信级别或与集中器的距离来确定最优中继节点；C.建立集中器到达各个通信终端的中心节点路径表，各个分布节点建立子路径表；D.当集中器发送的指令信息无法送达某个节点时，选择次优路径，若无次优路径时，进行步骤E；E.修复路径；F.当集中器按照路由表向多个子节点终端发送命令通信路径都失败时，则对所有子站重新建立路由表。所述步骤A中节点信噪比参数范围为60±5H。所述步骤B中确定最优中继节点的方法为：若当前节点不与集中器直接通信则选择高于当前节点的中继节点作为最优中继节点；若当前节点与集中器直接通信则选择与集中器的通信距离小于当前节点与集中器的通信距离的中继节点作为最优中继节点。所述步骤E中所述修复路径包括以下子步骤：E1.检查故障节点的通信级别，选择高一级别的节点搜寻故障节点，若集中器收到该节点的反馈信息，修复完成；若集中器没有收到该节点的反馈信息，进行步骤E2；E2.命令与故障节点同一级别的节点开始二次搜寻，若集中器收到该节点的反馈信息，修复完成；若二次搜寻没有成功，进行步骤E3；E3.集中器删除该子节点，对该子节点进行局部重建路由。所述步骤E3中的所述局部重建路由包括按照初始分层的方法，集中器发送工频通信信号重构命令帧，随即开始路径修复。所述步骤D中的所述次优路径是指信噪比参数范围为60±5H的路径。本专利技术提出了基于TWACS可靠传输下行中继指令结合PLC信道状况监测的路径寻优方案，并对此算法进行了优化分析。该方案能够大大提升载波接力传输性能，提高搜索效率，保证PLC路径搜索信令可靠传输，从而大大提升电力线通信性能，能够更好的满足配电网中电力线中继的传输需求。附图说明图1为当P＝2时优化后路由表示意图图2为本专利技术路径修复流程图图3为本专利技术节点位置图图4为本专利技术节点通信等级图具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。低压配电网设计之初是为电能而非数据的传输，故低压电力线并不很适合数据的传输。由于电力线信道环境恶劣，而载波信号的发送功率受限，所以随着载波信号传输距离的增加，信号的信噪比快速将下降，使得电力线载波通信网络覆盖范围很小，没有实用价值。若要实现大规模电力线通信，必须采用组网/中继技术。电力线通信必须要求信令传输的高可靠性，才能节约搜索时间，提高搜索效率，使PLC系统有效性增强，提高其实用性。但是，PLC信号随距离衰减严重，传输距离有限。而TWACS在不跨变压器的情况下几乎不衰减，时延非常小，完全可以忽略，通信成功率接近百分之百。所以，使用工频信号传输PLC路径搜索信令一定可靠，保证传输成功。通信终端能够实时监听电网中传输的载波信号，并能够将监听到的信号解调获得信号的发送地址、目的地址、中继地址以及发送信号的节点的通信级别，然后，利用软件计算出信噪比参数集中器能够与其距离较近的节点直接建立通信，这些通信良好的节点规定为一级节点。对于不能直接与集中器通信的节点(即二到四级节点)，必须通过中继节点间接地与集中器建立通信路径。中继节点的选择需要考虑两个条件：(1)通信级别比本节点高，这样的中继节点才能更好的与集中器通信；(2)中继节点与本节点的距离要适中，距离太远则通信不稳定，距离太近则可能需要更多级的中继。中继节点的通信级别可以从监听到的PLC信号的数据帧中获得。对于节点i，在搜索中继节点前，可能已经监听到多个节点向集中器发送的确认信号，假设这些节点为j1，j2，……，jm，……，那么jm的通信级别应满足式(1)：当节点i监听到多个通信级别较高的中继节点时，则需要考虑通信的可靠性，并选择适当的通信距离。如果两个节点可以通信，但是距离较远，那么这两个节点的通信并不稳定，可能时断时续，因此不适宜做中继节点。相反，如果选择距离较近的节点作为中继节点，虽然可以保证通信的稳定性，但是必然会经过更多的中继节点。中继次数增多会大大降低通信的有效性。所以，选择距离适中的节点作为中继非常重要。本专利技术通过计算似然比参数，可以估计通信的可靠性与稳定性，经过现场实测，获得了大量数据，数据表明信噪比参数在60H附近时，不仅能保证良好的通信质量，通信距离也较大。当i节点监听到其它节点发送的载波信号后，根据接收的数据帧结构可以获取发送节点的地址、通信级别以及该节点与集中器之间的信噪比参数。同时，i节点在信号解调时能够获得发送节点与i节点之间的信噪比参数。这样，i节点能够判断出周围节点中，最适合作为中继节点的位置。作为i节点的中继节点，一方面与集中器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A.将工频通信信号作为电力线载波通信的路径搜索信令，选择与当前节点通信时信噪比参数在一定范围内的节点作为中继节点；B.根据中继节点的通信级别或与集中器的距离来确定最优中继节点；C.建立集中器到达各个通信终端的中心节点路径表，各个分布节点建立子路径表；D.当集中器发送的指令信息无法送达某个节点时，选择次优路径，若无次优路径时，进行步骤E；E.修复路径；F.当集中器按照路由表向多个子节点终端发送命令通信路径都失败时，则对所有子站重新建立路由表。

【技术特征摘要】
1.一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A.将工频通信信号作为电力线载波通信的路径搜索信令，选择与当前节点通信时信噪比参数在一定范围内的节点作为中继节点；B.根据中继节点的通信级别或与集中器的距离来确定最优中继节点；C.建立集中器到达各个通信终端的中心节点路径表，各个分布节点建立子路径表；D.当集中器发送的指令信息无法送达某个节点时，选择次优路径，若无次优路径时，进行步骤E；E.修复路径；F.当集中器按照路由表向多个子节点终端发送命令通信路径都失败时，则对所有子站重新建立路由表。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中节点信噪比参数范围为60±5H。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中确定最优中继节点的方法为：若当前节点不与集中器直接通信则选择高于当前节点的中继节点作为最优中继节点；若...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，杨君中，张慧，秦新峰，徐俊，蔡明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司泰州供电公司，华北电力大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32