一种用于解决多节点传输争用PLC信道资源的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于解决多节点传输争用PLC信道资源的方法，本发明专利技术解决多节点传输争用PLC信道资源的方法，通过时域和频域复用的方式，提高传输成功概率。基于MAC层理论，设计冲突解决算法，通过概率分析，计算出每个信道的最优传输向量，利用过滤协议选择竞争时隙，最后计算吞吐量，分析方法的性能指标。本发明专利技术中使用多个频率信道可以潜在地通过信道间周期性切换防止干扰，提高系统对噪声干扰的鲁棒性。在一个时隙当中，节点会感应到繁忙的信道，并把它们从竞争中强制下线，在一个相同的信道发送载波的节点将移动到下一个时隙。该方法的目标是通过导出分布式信道选择和冲突解决，减少信道争用的可能性。

A method for solving multi node transmission contention for PLC channel resources

The invention discloses a method for solving multi node transmission contention method for PLC channel resources, the invention solves multi node transmission contention method for PLC channel resources, through the reuse of time domain and frequency domain, improve the transmission probability of success. The MAC layer based on the theory of conflict resolution algorithm design, through probability analysis, calculates the optimal transmission vector of each channel, select the contention slot using filtering protocol, finally calculate the throughput performance index analysis method. The present invention uses multiple frequency channels to potentially prevent periodic interference by periodically switching between channels, thereby improving the robustness of the system to noise interference. In one time slot, the nodes will sense the busy channel and force them out of the competition, and the nodes that send the carrier in one same channel will move to the next slot. The goal of the approach is to reduce the likelihood of channel contention by deriving distributed channel selection and contention resolution.

【技术实现步骤摘要】
一种用于解决多节点传输争用PLC信道资源的方法
本专利技术涉及信道传输
，特别是一种用于解决多节点传输争用PLC信道资源的方法。
技术介绍
电力线通信PLC是一种前景非常广阔的配用电通信网通信方式，它可以降低网络建设的复杂性。由于电力线通信是采用电力线传输数据的通信方式，因此在配网中的建设成本极低。随着配电通信网的广泛发展，通信的管理和控制变得更加复杂。同时，随着多点传输数据量的加大，电网对通信的可靠性和传输质量的要求也更加严格。但是，电力线通信的传输距离有限，吞吐量受到电力负荷的波动影响较大，且容易收到接入用电设备的噪声影响。因此，解决多传输节点争用PLC信道的问题，提高传输成功概率，对PLC网络数据传输质量的提高有重要作用。目前，O.Amrani等提出了一种PLC网络下的提供竞争监测和解决的介质访问控制(MAC)协议。这是一种有效的随机访问控制协议。该协议的目的是令唯一一个节点竞争得到访问电力线信道的机会。但是该算法并没有考虑如何最大化PLC通信传输成功概率。在PLC通信中，吞吐量和时延也是一项非常重要的指标。T.ElBatt等研究了电配电网通信中无线传输缩小时延的解决方法，但是并不能在PLC网络环境下的配电通信网中使用。因此，为了提高PLC网络竞争传输环境下的通信成功率，提高QoS指标，设计一种解决PLC访问冲突的方法具有很重要的研究价值。为了解现有技术的发展状况，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本专利技术相关度比较高的技术信息：技术方案1：专利号为CN102355405B的《低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法》专利，涉及一种路由转发方法，主要通过十一步完成：第一，基站在低压配电网电力线通信网络中的全部n个节点发起组网广播，低压配电网电力线通信网络n个节点中的m个节点接收到基站的组网广播，并在MAC层组成m-1边蛛网结构的第k层逻辑子网，n、m均为大于1的整数，且m<n，k＝1；；第二，在步骤一所述的m-1边蛛网结构的第k层逻辑子网内选择一个节点作为中心节点，所述中心节点为能够与所述第k层逻辑子网内的所有周边节点进行可靠通信的节点；第三，第k层逻辑子网的中心节点对低压配电网电力线通信网络中的全部n个节点中未组网的节点发起组网广播；第四，低压配电网电力线通信网络中的全部n个节点中未组网的节点中的w个节点接收到第k层逻辑子网的中心节点发起的组网广播，所述w个节点组成第k+1层逻辑子网，在所述第k+1层逻辑子网内选择一个能够与所述第k+1层逻辑子网内的所有周边节点进行可靠通信的节点作为中心节点，并令k＝k+1，返回执行步骤三，直至低压配电网电力线通信网络中的全部n个节点均实现与基站实现直接通信或中继通信，w为正整数；第五，令k＝1，低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化；第六，基站广播数据包，第k层逻辑子网内的节点均接收该数据包，当第k层逻辑子网内的节点接收到的数据包的数据源地址为基站地址时，则第k层逻辑子网内的每个节点均根据接收到的数据包创建数据包；第七，第k层逻辑子网内的周边节点将创建的数据包发给该层逻辑子网的中心节点，中心节点接收所有第k层逻辑子网内的周边节点发送的数据包，并形成第k层逻辑子网数据包，并将该数据包发送至基站，基站接收并记录第k层逻辑子网数据包；第八，第k层逻辑子网的中心节点广播第k层逻辑子网数据包，第k+1层逻辑子网内的节点均接收所述的第k层逻辑子网数据包，当第k+1层逻辑子网数据包的层数大于k层逻辑子网内节点的分层标志位时，第k+1层逻辑子网内的每个节点根据接收到的数据创建数据包；第九，第k+1层逻辑子网内的周边节点将创建的数据包发给该层逻辑子网的中心节点，该中心节点接收所有第k+1层逻辑子网内中的周边节点数据包，并形成第k+1层逻辑子网数据包，并将该数据包发送至第k层逻辑子网的中心节点；第十，当第k层逻辑子网数据包的节点层数小于第k+1层逻辑子网数据包的分层标志位时，第k层逻辑子网的中心节点将第k+1层逻辑子网数据包转发至基站，实现第k+1层逻辑子网与基站之间的数据通信；否则，返回执行步骤八；第十一，令k＝k+1，返回执行步骤八，直到每个逻辑子网内的节点，即低压配电网电力线通信网络中的全部n个节点均实现与基站进行数据通信时，结束低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发。技术方案2：专利号为CN103262434A的《用于电力线通信的介质访问控制层》专利，涉及一种用于电力线通信(PLC)的介质访问控制(MAC)层的系统和方法，主要通过四步完成：第一，接收在PLC网络上传输的多个包，所述多个包中的每个与优先级代码关联，每个优先级代码与其相应的包的时间或到达所述PLC设备的次序无关；第二，执行载波侦听多路访问即CSMA操作；第三，响应于允许传输的CSMA操作，传输所述多个包的第一子集，其中与所述第一子集中的包关联的优先级代码高于与所述多个包中的第二子集中的包关联的优先级代码；第四，缓冲在所述第二子集中的所述包，以便稍后在随后的CSMA操作后传输。技术方案3：专利号为CN103370884B的《通过电力线通信的方法》专利，涉及一种用于在电力线通信(PLC)中进行信道选择的系统和方法，主要通过三步完成：第一，定义多个帧，所述多个帧的每个帧具有多个时隙；第二，在所述多个帧的每个帧中的多个时隙的每个时隙内组装一对信标和带扫描分组；第三，通过电力线在多个不同频带的相应频带内向第二PLC装置顺序传输所述多个帧的每个帧关联帧与频带或信道，将帧添加到超帧中。技术方案1是采用一种路由转发方法，通过提出一种解决低压配电网电力线通信系统通信可靠性差的方法，利用人工蛛网组网技术在低压配电网电力线通信系统的MAC层组成多个逻辑子网，将大型网络分割成若干小型子网进行数据传输，成功降低了总线型信道的数据冲突率，大幅度提高了信道的利用率和系统的效率，提高了低压配电网电力线通信系统的通信可靠性。该方法的优点是采用人工蛛网技术，将大型网络分割成若干小型子网进行数据传输，降低了总线型信道的数据冲突率，提高了信道的利用率和系统的效率，使得低压配电网电力线通信系统的通信可靠性得以大幅度提高。通过比较节点层数与分层标志位的数据，判断数据包的来源与去向，减少了数据被转发的次数，降低了信道的繁忙率。这种将大型网络分割成若干小型子网的数据传输方式有利于降低总线型信道的数据冲突率，提高信道的利用率和系统的效率。缺点是网络建设复杂度大。技术方案2是采用一种用于电力线通信(PLC)的介质访问控制(MAC)层的方法，接收在PLC网络上传输的多个包，每个包均与优先级代码关联，每个优先级代码与其相应的包的时间或到达PLC设备的次序无关，通过执行载波侦听多路访问(CSMA)操作，以及响应于允许传输的CSMA操作，传输多个包的第一子集。该方法的优点是可以识别包括与PLC网络中邻近PLC设备的多个服务节点中的每个关联的链路质量指示，在多个服务节点中选择具有最高LQI的一个，向排除了其他的服务节点的选择的服务节点传输推广所需要的包数据单元，缺点是没有考虑系统吞吐量。技术方案3的方法采用定义多个帧，每个帧具有多个时隙。在每个帧的每个时隙内组装一对信标与带扫描分组，在多个不同频带的相应频带上顺序传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于解决多节点传输争用PLC信道资源的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将N个节点都连接在一个PLC网络中，每个节点包括发送机和接收机，将时间划分成固定大小的传输周期，PLC网络的上行、下行信号分别由发送机的馈送端口和接收机的接收端口传输与接收；在每个传输周期中，发送机或接收机采用多个频率信道；步骤二、PLC网络中所有节点的时间同步，发送机之间的信道争用发生在频域中：每个发送机在传输周期的开始时，随机拾取信道，如果存在争用问题即一个以上的发送机选择相同的信道，则通过在每个时隙中随机执行载波感测操作和载波传输操作来解决争用问题；步骤三、在每个时隙中，如果检测到信道繁忙，则发送机推迟数据包传输至下一发送周期；如果发送机无法探测到载波，争用问题会继续存在；在最后一个时隙，剩余的发送机发送节点所选择通道上的前同步码；在此之后，接收机从第一个信道开始扫描，当监测到第一非空闲频信道的数据包时，锁定并接收。

【技术特征摘要】
1.一种用于解决多节点传输争用PLC信道资源的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将N个节点都连接在一个PLC网络中，每个节点包括发送机和接收机，将时间划分成固定大小的传输周期，PLC网络的上行、下行信号分别由发送机的馈送端口和接收机的接收端口传输与接收；在每个传输周期中，发送机或接收机采用多个频率信道；步骤二、PLC网络中所有节点的时间同步，发送机之间的信道争用发生在频域中：每个发送机在传输周期的开始时，随机拾取信道，如果存在争用问题即一个以上的发送机选择相同的信道，则通过在每个时隙中随机执行载波感测操作和载波传输操作来解决争用问题；步骤三、在每个时隙中，如果检测到信道繁忙，则发送机推迟数据包传输至下一发送周期；如果发送机无法探测到载波，争用问题会继续存在；在最后一个时隙，剩余的发送机发送节点所选择通道上的前同步码；在此之后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32