一种电力线载波可靠轮询通信方法技术

本发明专利技术公开了一种电力线载波可靠轮询通信方法以协议帧为载体，具体包括如下步骤：1）首先设计网络层所用到的协议格式，主要由主机地址、从机地址、帧命令码、轮询状态码、帧序号、数据区、数据区长度、循环校验码16位组成；接着先对数据进行校验；2）判断帧序号；3）判断协议帧中的状态位；4）状态位为0则说明主机上次未接收成功此从机的内容，从机再判断上一次本机发送给主机的是有数据的协议帧还是空数据的协议帧；5）超时处理。本发明专利技术使得通讯系统丢包率大大降低，使本系统在工业环境信道恶劣的电力线上完成了多点高速可靠轮询通信，具有良好QoS保障，满足信息采集中的高可靠性要求，降低了网络故障率。

A reliable polling communication method for power line carrier

The invention discloses a reliable polling communication method for power line carrier with protocol frame as carrier. The method comprises the following steps: 1) firstly, the protocol format used in network layer is designed, mainly including host address, slave address, frame command code, polling status code, frame sequence number, data area, data area length, cyclic check code 16. Bit composition; then check the data; 2) determine the frame number; 3) determine the state bit in the protocol frame; 4) state bit 0 indicates that the host last failed to receive the content of the slave machine, slave machine to determine the last time the host sent to the host is a data protocol frame or empty data protocol frame; 5) timeout processing. The invention greatly reduces the packet loss rate of the communication system, makes the system complete multi-point high-speed and reliable polling communication on the power line with bad industrial environment channel, has good QoS guarantee, meets the high reliability requirements in information collection, and reduces the network failure rate.

【技术实现步骤摘要】
一种电力线载波可靠轮询通信方法
本专利技术涉及一种电力线载波可靠轮询通信方法。属于低压电网通信

技术介绍
所谓低压载波（低压电力线载波通信）是指利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种技术，即高频的通信信号与电力工频电流通过占用不同的频段来共用电力线网络进行传输。轮询通信技术是一种受控访问技术。在由多个结点共享公用信道的线路中，主机依照一定的顺序探询各结点有无传送信息的要求，被探询的结点如有传送要求就占用公用信道，将信息发送给主机否则，主机继续探询下一结点。这是一种轮询式的信道访问方法，它也是在RS232和RS485总线中使用得最为普遍的方法之一，这是一种集中控制的方法。由于电力线载波通信和传统的通信相比存在着巨大的差异性和特殊性，其线路阻抗、噪声、衰落以及多径时延等都严重影响电力线载波信道的性能，严重降低通信质量。所以这类已成熟应用于专用有线网的轮询协议不能直接用于电力线网络中，必须做出改进才能适用于信道恶劣的电力线上。轮询协议大部分应用在通信质量较好的有线电缆上，线路干扰环境导致丢失数据的情况极少，因此传统的轮询协议没有针对数据丢失做出可靠的重传补发通讯机制，而在电力线复杂的环境里，数据丢失的情况是常态。现有技术中，提升电力线载波通信可靠性的方法有：提升载波节点信号发射功率；使用正交频分复用技术；申请号201410366420.1还提出在过零点干扰小的区域进行数据传输；但这些方法带来的可靠性改善有限，且没有从应用层协议帧重传补发的角度来解决通信可靠性问题。因此需要针对轮询机制应用在电力线上产生的数据丢失问题提出一种可靠通讯的解决方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电力线载波可靠轮询通信方法。本专利技术针对电力线载波轮询方式提出了高可靠性通讯方法；从机一个节点发生故障不会使整个总线瘫痪；网络层应用了多种保障通信机制；通过此方法使得通讯系统丢包率大大降低，使本系统在工业环境信道恶劣的电力线上完成了多点高速可靠轮询通信，具有良好的QoS保障，满足信息采集中的高可靠性要求，降低了网络故障率。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种电力线载波可靠轮询通信方法，以协议帧为载体，具体包括如下步骤：1）首先设计网络层所用到的协议格式，主要由主机地址、从机地址、帧命令码、轮询状态码、帧序号、数据区、数据区长度、循环校验码16位(CRC16)组成；接着先对数据进行校验，采用16位循环冗余校验算法对协议帧循环校验码16位(CRC16)区之前所有字节进行校验，将CRC校验码构成的表存储于Flash中，采用快速查表法加快了校验速度，主机询问协议帧和从机应答协议帧都在校验通过的情况下读取和发送，所述的数据读取和发送的传输数据均按照协议格式传输，确保在传输过程中协议帧无字节丢失和错误；校验正确后进入步骤2），否则结束本次应答过程，等待下次主机询问；2）判断帧序号，由于加入了载波中继功能和重传功能，数据包到达主机端存在重复接收数据和乱序问题；因此通过加入帧序号来避免此问题，主机只接受期望得到的数据，特别是当对从机到达的数据有顺序要求时，通过判断帧序号进行排序存储，保证了数据的有序性，并且帧序号是连贯的，在出现丢失其中1个帧时，主机通过丢失的帧序号来要求从机重发此序号对应的协议帧内容；如果序号和从机本地记忆的序号相等，则说明此协议帧是正确的协议帧，进行步骤3），否则结束本次应答过程；3）判断协议帧中的状态位，主机询问协议帧的轮询状态位标明上次主机接收从机的数据正确与否，无论从机是否应答，主机会在下一个时间片开始时询问下一个从机，解决主机未收到从机应答而重复询问的问题；主机开始询问一个从机到从机数据返回到主机耗时在4—6ms左右，加上数据处理时间，主机轮询每个从机间隔设定在10ms，从机接收到询问协议帧后判断当中的状态码，如果状态位为1说明主机上次已成功接收本机的数据，则把本地新的数据和序号自增1打包发送给主机；如果状态位为0，则进行步骤4）；如果超过10ms仍然没有应答则进入步骤5）超时处理；4）状态位为0则说明主机上次未接收成功此从机的内容，从机再判断上一次本机发送给主机的是有数据的协议帧还是空数据的协议帧；如果是有数据的协议帧，则重发缓冲区中上次的数据给主机，序号不变，否则是空数据的协议帧，从机仍然发送空数据的协议帧给主机，序号不变；5）超时处理，主机按照一个从机点分配10ms的速度进行轮询；主从相互之间的传输协议帧由于信道干扰会出现丢失的情况。主机每次发送数据的协议帧都启动定时器开始计时；当主机询问协议帧发出时，定时器开始计时，超过设定时间10ms未接收到从机应答时判断超时，超时设定时间可根据网络负载、信道干扰具体情况设置长短。轮询状态位置0说明未收到应答，下次轮询重发；如果收到应答则置1，对应的从机定时器停止计时。本专利技术的有益效果为：本专利技术针对电力线载波轮询方式提出了高可靠性通讯方法；从机一个节点发生故障不会使整个总线瘫痪；网络层应用了多种保障通信机制；通过此方法使得通讯系统丢包率大大降低，使本系统在工业环境信道恶劣的电力线上完成了多点高速可靠轮询通信，具有良好的QoS保障，满足信息采集中的高可靠性要求，降低了网络故障率。附图说明图1为本专利技术的工艺步骤图；图2为本专利技术超时处理时的工艺步骤图。具体实施方式如图1所示，一种电力线载波可靠轮询通信方法，以协议帧为载体，具体包括如下步骤：1）首先设计网络层所用到的协议格式，主要由主机地址、从机地址、帧命令码、轮询状态码、帧序号、数据区长度、数据区、循环校验码16位(CRC16)组成；接着先对数据进行校验，采用16位循环冗余校验算法对协议帧循环校验码16位(CRC16)之前所有字节进行校验，将CRC校验码构成的表存储于Flash中，采用快速查表法加快了校验速度，主机询问协议帧和从机应答协议帧都在校验通过的情况下读取和发送，所述的数据读取和发送的传输数据均按照协议格式传输，确保在传输过程中协议帧无字节丢失和错误；校验正确后进入步骤2），否则结束本次应答过程，等待下次主机询问；主/从机地址(Host/SlaveAddress)表明数据的源地址和到达从机地址，电力线属于共享信道，总线上每一帧都能被各节点侦听到，当地址为0xFF时定义为广播帧，主机地址和从机地址各占一个字节。帧命令码(Command)通信中需要传输不同的帧类型，分为0x01数据帧，0x02命令帧，0x03无数据应答帧，数据接收完成应答帧，紧急帧等，传输的类型由帧命令码给出，占用一个字节。轮询状态码(PollingState)指示此从机上次被轮询，主机接收到数据正确状态码置0x01,错误置0x00，占用一个字节。帧序号(SequenceNumber)每个数据包都被分配唯一的序列号，用以标识包，不但能避免重复，还能保证数据的顺序性，当此次发送接收成功，下个数据包为刚发送的数据序号加1，序号在0～28-1内循环。占用一个字节。数据区长度(DataLength)指示数据区的长度，一帧最大传输1450字节，传输数据量大。数据区(Data)放置需要传输的数据。循环校验码16位(CRC16)对传输的数据进行高质量检错，保证数据正确性，采用快速查表法，占用2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力线载波可靠轮询通信方法，其特征在于，以协议帧为载体，具体包括如下步骤：1)首先设计网络层所用到的协议格式，主要由主机地址、从机地址、帧命令码、轮询状态码、帧序号、数据区、数据区长度、循环校验码16位组成；接着先对数据进行校验，采用16位循环冗余校验算法对协议帧循环校验码16位(CRC16)之前所有字节进行校验，将CRC校验码构成的表存储于Flash中，采用快速查表法加快了校验速度，主机询问协议帧和从机应答协议帧都在校验通过的情况下读取和发送，所述的数据读取和发送的传输数据均按照协议格式传输，确保在传输过程中协议帧无字节丢失和错误；校验正确后进入步骤2)，否则结束本次应答过程，等待下次主机询问；2)判断帧序号，由于加入了载波中继功能和重传功能，数据包到达主机端存在重复接收数据和乱序问题；因此通过加入帧序号来避免此问题，主机只接受期望得到的数据，特别是当对从机到达的数据有顺序要求时，通过判断帧序号进行排序存储，保证了数据的有序性，并且帧序号是连贯的，在出现丢失其中1个帧时，主机通过丢失的帧序号来要求从机重发此序号对应的协议帧内容；如果序号和从机本地记忆的序号相等，则说明此协议帧是正确的协议帧，进行步骤3)，否则结束本次应答过程；3)判断协议帧中的状态位，主机询问协议帧的轮询状态位标明上次主机接收从机的数据正确与否，无论从机是否应答，主机会在下一个时间片开始时询问下一个从机，解决主机未收到从机应答而重复询问的问题；主机开始询问一个从机到从机数据返回到主机耗时在4—6ms左右，加上数据处理时间，主机轮询每个从机间隔设定在10ms，从机接收到询问协议帧后判断当中的状态码，如果状态位为1说明主机上次已成功接收本机的数据，则把本地新的数据和序号自增1打包发送给主机；如果状态位为0，则进行步骤4)；如果超过10ms仍然没有应答则进入步骤5)超时处理；4)状态位为0则说明主机上次未接收成功此从机的内容，从机再判断上一次本机发送给主机的是有数据的协议帧还是空数据的协议帧；如果是有数据的协议帧，则重发缓冲区中上次的数据给主机，序号不变，否则是空数据的协议帧，从机仍然发送空数据的协议帧给主机，序号不变；5)超时处理，主机按照一个从机点分配10ms的速度进行轮询；主从相互之间的传输协议帧由于信道干扰会出现丢失的情况。主机每次发送数据的协议帧都启动定时器开始计时；当主机询问协议帧发出时，定时器开始计时，超过设定时间10ms未接收到从机应答时判断超时，超时设定时间可根据网络负载、信道干扰具体情况设置长短。轮询状态位置0说明未收到应答，下次轮询重发；如果收到应答则置1，对应的从机定时器停止计时，步骤过程见图2。...

【技术特征摘要】
1.一种电力线载波可靠轮询通信方法，其特征在于，以协议帧为载体，具体包括如下步骤：1)首先设计网络层所用到的协议格式，主要由主机地址、从机地址、帧命令码、轮询状态码、帧序号、数据区、数据区长度、循环校验码16位组成；接着先对数据进行校验，采用16位循环冗余校验算法对协议帧循环校验码16位(CRC16)之前所有字节进行校验，将CRC校验码构成的表存储于Flash中，采用快速查表法加快了校验速度，主机询问协议帧和从机应答协议帧都在校验通过的情况下读取和发送，所述的数据读取和发送的传输数据均按照协议格式传输，确保在传输过程中协议帧无字节丢失和错误；校验正确后进入步骤2)，否则结束本次应答过程，等待下次主机询问；2)判断帧序号，由于加入了载波中继功能和重传功能，数据包到达主机端存在重复接收数据和乱序问题；因此通过加入帧序号来避免此问题，主机只接受期望得到的数据，特别是当对从机到达的数据有顺序要求时，通过判断帧序号进行排序存储，保证了数据的有序性，并且帧序号是连贯的，在出现丢失其中1个帧时，主机通过丢失的帧序号来要求从机重发此序号对应的协议帧内容；如果序号和从机本地记忆的序号相等，则说明此协议帧是正确的协议帧，进行步骤3)，否则结束本次应答过程；3)判断协议帧中的状态位，主机询问协议帧的轮询状态位标明上次主...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁嫣红，秦坤，诸建强，
申请(专利权)人：浙江理工大学，杭州依途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33