一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法，定义各种帧类型和格式，新节点加入网络，构建邻居节点信息表，通信时实时更新邻居节点信息表，运用前导码技术和激活唤醒时刻估计技术，即通过更加丰富的邻居节点信息，在本地计算宿端节点激活唤醒时刻，源端根据此时刻传输数据，这样有效降低无效数据传输，减少数据冲突，提高链路利用率，同时可以有效降低网络功耗。

Medium access control method suitable for domestic power line network

The present invention relates to a household power line network medium access control method, the definition of various frame types and formats, new nodes join the network, build the neighbor node information table, communication real-time updates the neighbor node information table, using the preamble technique and activate moment estimation techniques, namely through the neighbor node information is more abundant. Activate local computing time in the source node, the source according to the time data transmission, so reduce the transmission of invalid data, reduce the data conflict, improve link utilization, and can effectively reduce the network power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法
本专利技术涉及一种介质访问控制方法，特别涉及一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法。
技术介绍
电力线通信技术以其成本低、见效快、与电网建设同步等优点，在很多领域得到广泛应用。完整的电力线通信架构体系是由物理层、介质访问控制层、逻辑链路层等构成。其中，介质访问控制层功能的进一步优化对降低电力线通信网络中的数据冲突，提高链路利用率，提高电力线通信网络的可靠性和稳定性有着重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对家庭电力线网络介质访问控制层数据冲突，链路低效等问题，提出一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法，进一步降低家庭电力线网络中的数据冲突，提高链路利用率，降低网络能耗。本专利技术的技术方案为：一种用于家庭电力线网络的介质访问控制方法，具体包括如下步骤：1）定义各种帧类型和格式：第一前导帧，帧格式包括：帧类型RTS标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；第二前导帧，帧格式包括：帧类型CTS标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；数据帧，帧格式包括：帧类型DATA标识、宿端地址、源端地址、数据、CRC校验码；确认帧，帧格式包括：帧类型ACK标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；广播帧，帧格式包括：帧类型BCM标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；2）每个节点加入网络时，构建一个邻居节点信息表，所述邻居节点信息表字段包括：邻居节点地址ID、该邻居节点再过多少时间会激活唤醒To、更新To的本地时刻；3）正常通信过程，包括；Ⅰ：正常通信时，源端节点发送一个RTS帧序列，以唤醒宿端节点；Ⅱ：宿端节点激活唤醒后，接收RTS帧，立刻回复CTS帧，随后源端节点开始发送数据，当数据传输完毕后，宿端节点向源端节点返回ACK帧；Ⅲ：非宿端节点激活唤醒时，根据邻居节点信息表的RTS帧、CTS帧、ACK帧中的源端地址更新邻居节点信息表，同时进入睡眠模式。所述校验码为CRC校验码。进一步的，所述每个节点加入网络时，构建一个邻居节点信息表包括以下步骤：（1）新节点加入网络时，一直保持信道监听状态，接收邻近节点发出的RTS帧、CTS帧、ACK帧和BCM帧，新节点据此创建自己的邻居节点信息表，这个过程持续2个唤醒周期；（2）当新节点监听到信道空闲时，新节点广播BCM帧序列，各邻居节点接收到新节点的BCM帧，在自己的邻居节点信息表中添加这个新节点条目，随后进入睡眠状态。优选的，新节点广播BCM帧序列的持续时间要大于2个唤醒周期，确保每个邻居节点都可以检测到新节点。更优的，所述正常通信时，源端节点发送一个RTS帧序列的时间是在该源端节点的RTS发送起始时刻到达后。所述源端节点的RTS发送起始时刻的计算方法如下：查询根据所述源端节点的邻居节点信息表，A）定义To表示宿端节点再过多少时间会激活唤醒，Tr表示更新To的本地时刻，Td表示数据到达时刻，Tw表示激活唤醒周期；B）定义Te表示宿端节点再次激活唤醒时刻：C）定义θ为晶振漂移误差，则RTS帧序列需要覆盖晶振漂移误差Tq：Tq=min[4θ(Te-Tr),Tw]D）定义T1表示一个RTS帧的持续时间，T2表示相邻2个RTS帧之间的时间间隔，则RTS帧序列起始发送时刻要提前Tp以保证在宿端节点激活唤醒之前：Tp=T1+T2+R其中，R是一个均匀分布的随机数以保证介质访问控制算法的公平性；E）定义则RTS帧序列的起始发送时刻Ts计算如下：当T-Td≥0时，Ts=T+Tw；当T-Td<0时，Ts=T。本专利技术的有益效果在于：本专利技术适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法，运用前导码技术和激活唤醒时刻估计技术，有效提高了链路利用率，降低了通信能耗。附图说明图1为本专利技术正常通信过程中帧发送序列示意图；图2为本专利技术新节点加入网络，构建邻居节点信息表的流程图；图3为本专利技术正常通信过程，更新邻居节点信息表的流程图；图4为本专利技术实施例试验拓扑示意图；图5为使用本专利技术链路利用率试验结果示意图；图6为使用本专利技术数据帧长度试验结果示意图。具体实施方式如图1所示正常通信过程中帧发送序列示意图，本专利技术适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法包含以下几个步骤：步骤1：定义2个前导帧、1个数据帧、1个确认帧和1个广播帧。（1）定义2个前导帧RTS和CTS、1个数据帧DATA、1个确认帧ACK和1个广播帧BCM。（2）前导帧RTS格式依次包括：帧类型0xF0、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、CRC校验码。（3）前导帧CTS格式依次包括：帧类型0xF1、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、CRC校验码。（4）数据帧DATA格式依次包括：帧类型0xF2、宿端地址、源端地址、数据、CRC校验码。（5）确认帧ACK格式依次包括：帧类型0xF3、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、CRC校验码。（6）广播帧BCM格式依次包括：帧类型0xF4、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、CRC校验码。步骤2：新节点加入网络，构建邻居节点信息表，如图2所示流程图。（1）每个节点维护一个邻居节点信息表，其内容依次包括：邻居节点地址ID、该邻居节点再过多少时间会激活唤醒To（本地时间）、更新To的本地时刻。（2）当一个新节点加入网络，此新节点一直保持信道监听状态，接收邻近节点发出的RTS帧、CTS帧、ACK帧和BCM帧，新节点据此创建自己的邻居节点信息表，这个过程持续2个唤醒周期。（3）然后，当信道空闲时，新节点广播BCM帧序列，各邻居节点接收到新节点的BCM帧，在自己的邻居节点信息表中添加这个新节点条目，随后进入睡眠状态。（4）BCM帧序列广播持续时间要大于2个唤醒周期，确保每个邻居节点都可以检测到新节点。步骤3：正常通信过程，更新邻居节点信息表，如图3所示流程图。（1）正常通信时，该算法需要发送一个RTS帧序列，以唤醒宿端节点。（2）根据邻居节点信息表，该算法首先要估计RTS帧序列的起始发送时刻，而不是一有数据就发送RTS帧序列，即源端节点一直处于睡眠模式直到估计的RTS帧序列的起始发送时刻到达。RTS帧序列的起始发送时刻估计方法如下：A：定义To表示宿端节点再过多少时间会激活唤醒，Tr表示更新To的本地时刻，Td表示数据到达时刻，Tw表示激活唤醒周期。B：定义Te表示宿端节点再次激活唤醒时刻：C：定义θ为晶振漂移误差，则RTS帧序列需要覆盖晶振漂移误差Tq：Tq=min[4θ(Te-Tr),Tw]D：定义T1表示一个RTS帧的持续时间，T2表示相邻2个RTS帧之间的时间间隔，则RTS帧序列起始发送时刻要提前Tp以保证在宿端节点激活唤醒之前：Tp=T1+T2+R其中，R是一个均匀分布的随机数以保证介质访问控制算法的公平性。E：定义则RTS帧序列的起始发送时刻Ts计算如下：当T-Td≥0时，Ts=T+Tw；当T-Td<0时，Ts=T；（3）宿端节点激活唤醒后，接收RTS帧后立刻回复CTS帧，随后源端开始发送数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)定义介质访问帧类型和格式，包括：第一前导帧，帧格式包括：帧类型RTS标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；第二前导帧，帧格式包括：帧类型CTS标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；数据帧，帧格式包括：帧类型DATA标识、宿端地址、源端地址、数据、CRC校验码；确认帧，帧格式包括：帧类型ACK标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；广播帧，帧格式包括：帧类型BCM标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；2)每个节点加入网络时，构建一个邻居节点信息表，所述邻居节点信息表字段包括：邻居节点地址ID、该邻居节点再过多少时间会激活唤醒To、更新To的本地时刻；3)正常通信过程，包括；Ⅰ：正常通信时，源端节点发送一个RTS帧序列，以唤醒宿端节点；Ⅱ：宿端节点激活唤醒后，接收RTS帧，立刻回复CTS帧，随后源端节点开始发送数据，当数据传输完毕后，宿端节点向源端节点返回ACK帧；Ⅲ：非宿端节点激活唤醒时，根据邻居节点信息表的RTS帧、CTS帧、ACK帧中的源端地址更新邻居节点信息表，同时进入睡眠模式，所述正常通信时，源端节点发送一个RTS帧序列的时间是在该源端节点的RTS发送起始时刻到达后，所述源端节点的RTS发送起始时刻的计算方法如下：根据所述源端节点的邻居节点信息表，A)定义To表示宿端节点再过多少时间会激活唤醒，Tr表示更新To的本地时刻，Td表示数据到达时刻，Tw表示激活唤醒周期；B)定义Te表示宿端节点再次激活唤醒时刻：...

【技术特征摘要】
1.一种适用于家庭电力线网络的介质访问控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)定义介质访问帧类型和格式，包括：第一前导帧，帧格式包括：帧类型RTS标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；第二前导帧，帧格式包括：帧类型CTS标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；数据帧，帧格式包括：帧类型DATA标识、宿端地址、源端地址、数据、CRC校验码；确认帧，帧格式包括：帧类型ACK标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；广播帧，帧格式包括：帧类型BCM标识、宿端地址、源端地址、源端下一次激活唤醒时间、当前数据发送持续时间、校验码；2)每个节点加入网络时，构建一个邻居节点信息表，所述邻居节点信息表字段包括：邻居节点地址ID、该邻居节点再过多少时间会激活唤醒To、更新To的本地时刻；3)正常通信过程，包括；Ⅰ：正常通信时，源端节点发送一个RTS帧序列，以唤醒宿端节点；Ⅱ：宿端节点激活唤醒后，接收RTS帧，立刻回复CTS帧，随后源端节点开始发送数据，当数据传输完毕后，宿端节点向源端节点返回ACK帧；Ⅲ：非宿端节点激活唤醒时，根据邻居节点信息表的RTS帧、CTS帧、ACK帧中的源端地址更新邻居节点信息表，同时进入睡眠模式，所述正常通信时，源端节点发送一个RTS帧序列的时间是在该源端节点的RTS发送起始时刻到达后，所述源端节点的RTS发送起始时刻的计算方法如下：根据所述源端节点的邻居节点信息表，A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，刘飞鹏，胡楠，陈昌岭，郑金英，王佳佳，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网安徽省电力公司天长市供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11