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1、(10)申请公布号 CN 102291302 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102291302 A *CN102291302A* (21)申请号 201110230696.3 (22)申请日 2011.08.12 H04L 12/56(2006.01) H04B 3/54(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 刘晓胜 张良 徐殿国 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 张宏威 (54) 发明名称 低压配电网电力线载波通信网络中局部路由 重构方法 。
2、(57) 摘要 低压配电网电力线载波通信网络中局部路由 重构方法， 涉及电力线通信领域。它解决了现有 自动抄表系统中针对节点路由重构方法的重构效 率、 读表准确性差， 以及信道利用率低的问题。本 发明通过对自动抄表系统网络层及 MAC 层的分析 研究， 利用人工蛛网的这种特殊网络结构在组网 完成后， 子网的中心节点负责对子网局部的盲点 进行重路由， 不用对网络全部节点进行路由重构， 节省寻路由的时间， 提高通信效率及可靠性。 本发 明适用于低压配电网电力线载波通信网络中路由 重构。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 。
3、4 页 附图 2 页 CN 102291319 A1/1 页 2 1. 低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法， 其特征是 ： 它由以下步骤实 现 ： 步骤一、 低压配电网电力线载波通信网络中的基站发起数据广播， 低压配电网电力线 载波通信网络的 MAC 层中的 m 个 G 节点接收基站的数据广播， 并在 MAC 层组成 m-1 边单层 蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网， m 为大于 1 的整数， n 1 ； 步骤二、 在步骤一所述的 m-1 边单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中选择一个节点 hn作为中心节点， 所述中心节点与单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中其余任意一个节 点。
4、均能直接进行数据通信 ； 步骤三、 中心节点 hn对 m-1 边单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中的每个节点分配 逻辑 ID ； 步骤四、 第 n 层子网的中心节点 hn再次发起数据广播 ； 步骤五、 低压配电网电力线载波通信网络的 MAC 层中的 k 个节点接收中心节点 hn广播 的数据， 然后将已获得逻辑 ID 的所有节点剔除， 将余下的 k-m 个节点形成第 n+1 层子网， 在所述第n+1层子网中选择一个节点作为该层子网的中心节点hn+1， 所述中心节点hn+1与第 n+1层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信， 该中心节点hn+1对第n+1层子网中 的每一个节点分配逻辑 I。
5、D ； 令 n n+1， m k-m， 返回执行步骤四， 对剩余的 B 节点进行搜 索， 直至所有节点均与基站实现直接通信或中继通信， 完成低压配电网电力线载波通信网 络的 MAC 层中通信网络的建立 ； k 为大于 m 的整数 ； 步骤六、 更新信道环境， 对于每层子网 ： 中心节点通过逻辑 ID 判断是否收到的来自该 层子网内每个周边节点的数据， 如果判断结果为是， 则结束该层子网的路由重构 ； 如果判断 结果为否， 则该层子网需要进行路由重构 ； 针对每个需要路由重构的子网， 执行步骤七和 八， 对该子网进行路由重构 ； 步骤七、 逐一判断该层子网内不能与该子网的中心节点通信的每一个周边。
6、节点是否能 够与该周边节点在该层子网内的邻近节点进行通信， 如果所有周边节点的判断结果为否， 则返回步骤一， 重新进行组网 ； 否则， 执行步骤八 ； 步骤八、 该层子网的中心节点发送指令至每一个未收到数据的周边节点在该层子网内 的邻近节点， 发起对所述未收到数据的每一个周边节点的路由重构广播， 建立未收到数据 的每一个周边节点与该周边节点在该层子网内的邻近节点之间的握手机制， 进而实现所有 未收到数据的周边节点与该层子网的中心节点之间的中继通信， 并结束对该层子网的局部 路由重构 ； 步骤九、 当所有层子网均完成局部路由重构后， 实现对自动抄表系统的局部路由重 构 ； G 节点为能够直接与基。
7、站进行点对点通信的节点 ； B 节点是受到信道状态的影响不能与基站直接进行通信， 但是能与其相邻节点进行通 信的节点。 权 利 要 求 书 CN 102291302 A CN 102291319 A1/4 页 3 低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法 技术领域 0001 本发明涉及电力线通信领域， 具体涉及一种路由重构方法。 背景技术 0002 当电力自动抄表系统 MAC 层人工蛛网组网完成后， 由于信道干扰存在比较严重的 情况， 各子网内终端节点仍可能与中心节点通信不成功。 此种情况下， 可靠而高效的盲点重 路由方法对保证整个自动抄表系统的服务质量是非常重要的。 目前的针对节点路由。
8、重构技 术主要有以下两种。 0003 第一种是基于分簇思想的电力线通信路由算法， 电力线通信分簇算法主要包括网 络初始化算法和网络重构算法， 可以有效扩展电力线通信网络的通信半径。这种方法存在 的问题是， 一旦网络终端节点由于信道环境变化不能与簇头通信， 需要对整个网络的所有 节点进行重新的分簇， 路由重构。这种情况大大增加了系统的数据采集周期、 时间延迟， 降 低了自动抄表系统的效率及读表准确性。 0004 第二种是基于人工智能算法， 例如蚁群优化思想的电力线通信网络的路由优化算 法， 这些算法建立在网络的可连通性基础上， 优化目标是最小跳数， 在电力线通信网络中寻 找源节点至目标节点之间的。
9、最优路径。 同样， 应用蚁群优化算法， 如果由于信道环境改变造 成的通信盲点， 仍需要对网络内的所有节点进行重新的路由搜索、 中继点节点的选取等。 虽 然自动抄表系统对时间的要求不高， 但是由于信道环境变化频繁， 组网完成后盲点出现的 频率仍比较高， 需要经常性的对系统内所有节点进行路由重构， 增加了节点的计算量， 并容 易造成总线型信道的数据冲突， 降低信道利用率。 发明内容 0005 本发明是为了解决现有自动抄表系统中针对节点路由重构方法的重构效率、 读表 准确性差， 以及信道利用率低的问题， 提供一种低压配电网电力线载波通信网络中局部路 由重构方法。 0006 低压配电网电力线载波通信网。
10、络中局部路由重构方法， 它由以下步骤实现 ： 0007 步骤一、 低压配电网电力线载波通信网络中的基站发起数据广播， 低压配电网电 力线载波通信网络的 MAC 层中的 m 个 G 节点接收基站的数据广播， 并在 MAC 层组成 m-1 边 单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网， m 为大于 1 的整数， n 1 ； 0008 步骤二、 在步骤一所述的 m-1 边单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中选择一个 节点 hn作为中心节点， 所述中心节点与单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中其余任意一 个节点均能直接进行数据通信 ； 0009 步骤三、 中心节点 hn对 m-1 边单层蛛网逻辑拓扑结。
11、构的第 n 层子网中的每个节点 分配逻辑 ID ； 0010 步骤四、 第 n 层子网的中心节点 hn再次发起数据广播 ； 0011 步骤五、 低压配电网电力线载波通信网络的 MAC 层中的 k 个节点接收中心节点 hn 说 明 书 CN 102291302 A CN 102291319 A2/4 页 4 广播的数据， 然后将已获得逻辑 ID 的所有节点剔除， 将余下的 k-m 个节点形成第 n+1 层子 网， 在所述第 n+1 层子网中选择一个节点作为该层子网的中心节点 hn+1， 所述中心节点 hn+1 与第 n+1 层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信， 该中心节点 hn+1对第。
12、 n+1 层 子网中的每一个节点分配逻辑 ID ； 令 n n+1， m k-m， 返回执行步骤四， 对剩余的 B 节点 进行搜索， 直至所有节点均与基站实现直接通信或中继通信， 完成低压配电网电力线载波 通信网络的 MAC 层中通信网络的建立 ； k 为大于 m 的整数 ； 0012 步骤六、 更新信道环境， 对于每层子网 ： 中心节点通过逻辑 ID 判断是否收到的来 自该层子网内每个周边节点的数据， 如果判断结果为是， 则结束该层子网的路由重构 ； 如果 判断结果为否， 则该层子网需要进行路由重构 ； 针对每个需要路由重构的子网， 执行步骤七 和八， 对该子网进行路由重构 ； 0013 步。
13、骤七、 逐一判断该层子网内不能与该子网的中心节点通信的每一个周边节点是 否能够与该周边节点在该层子网内的邻近节点进行通信， 如果所有周边节点的判断结果为 否， 则返回步骤一， 重新进行组网 ； 否则， 执行步骤八 ； 0014 步骤八、 该层子网的中心节点发送指令至每一个未收到数据的周边节点在该层子 网内的邻近节点， 发起对所述未收到数据的每一个周边节点的路由重构广播， 建立未收到 数据的每一个周边节点与该周边节点在该层子网内的邻近节点之间的握手机制， 进而实现 所有未收到数据的周边节点与该层子网的中心节点之间的中继通信， 并结束对该层子网的 局部路由重构 ； 0015 步骤九、 当所有层子网。
14、均完成局部路由重构后， 实现对自动抄表系统的局部路由 重构 ； 0016 G 节点为能够直接与基站进行点对点通信的节点 ； 0017 B 节点是受到信道状态的影响不能与基站直接进行通信， 但是能与其相邻节点进 行通信的节点。 0018 有益效果 ： 本发明通过对低压配电网电力线载波通信网络层及 MAC 层的分析研 究， 利用人工蛛网的这种特殊网络结构使得组网完成后， 子网的中心节点负责对子网局部 的盲点进行重路由， 不用对网络全部节点进行重路由， 节省寻路由的时间， 提高通信效率及 可靠性， 提高读表准确性差， 信道利用率较高。 附图说明 0019 图 1 是本发明的具体实施方式一中所述总线型。
15、物理拓扑原理示意图， 标记 G 为 G 节点， 标记 B 为 B 节点 ； 图 2 是人工蛛网通信逻辑拓扑原理示意图 ； 图 3 是具体实施方式一 中组网结果示意图标记 G 为 G 节点， 标记 B 为 B 节点 ； 图 4 是具体实施方式一中盲点路由重 构原理示意图， 标记 G 为 G 节点， 标记 B 为 B 节点 ； 图 5 是具体实施方式一中所述的盲点重 路由时序图。 具体实施方式 0020 具体实施方式一、 低压配电网电力线载波通信网络中局部路由重构方法， 它由以 下步骤实现 ： 0021 步骤一、 低压配电网电力线载波通信网络中的基站发起数据广播， 低压配电网电 说 明 书 CN 。
16、102291302 A CN 102291319 A3/4 页 5 力线载波通信网络的 MAC 层中的 m 个 G 节点接收基站的数据广播， 并在 MAC 层组成 m-1 边 单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网， m 为大于 1 的整数， n 1 ； 0022 步骤二、 在步骤一所述的 m-1 边单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中选择一个 节点 hn作为中心节点， 所述中心节点与单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中其余任意一 个节点均能直接进行数据通信 ； 0023 步骤三、 中心节点 hn对 m-1 边单层蛛网逻辑拓扑结构的第 n 层子网中的每个节点 分配逻辑 ID ； 0024 步。
17、骤四、 第 n 层子网的中心节点 hn再次发起数据广播 ； 0025 步骤五、 低压配电网电力线载波通信网络的 MAC 层中的 k 个节点接收中心节点 hn 广播的数据， 然后将已获得逻辑 ID 的所有节点剔除， 将余下的 k-m 个节点形成第 n+1 层子 网， 在所述第 n+1 层子网中选择一个节点作为该层子网的中心节点 hn+1， 所述中心节点 hn+1 与第 n+1 层子网中其余任意一个节点均能直接进行数据通信， 该中心节点 hn+1对第 n+1 层 子网中的每一个节点分配逻辑 ID ； 令 n n+1， m k-m， 返回执行步骤四， 对剩余的 B 节点 进行搜索， 直至所有节点均与。
18、基站实现直接通信或中继通信， 完成低压配电网电力线载波 通信网络的 MAC 层中通信网络的建立 ； k 为大于 m 的整数 ； 0026 步骤六、 更新信道环境， 对于每层子网 ： 中心节点通过逻辑 ID 判断是否收到的来 自该层子网内每个周边节点的数据， 如果判断结果为是， 则结束该层子网的路由重构 ； 如果 判断结果为否， 则该层子网需要进行路由重构 ； 针对每个需要路由重构的子网， 执行步骤七 和八， 对该子网进行路由重构 ； 0027 步骤七、 逐一判断该层子网内不能与该子网的中心节点通信的每一个周边节点是 否能够与该周边节点在该层子网内的邻近节点进行通信， 如果所有周边节点的判断结果。
19、为 否， 则返回步骤一， 重新进行组网 ； 否则， 执行步骤八 ； 0028 步骤八、 该层子网的中心节点发送指令至每一个未收到数据的周边节点在该层子 网内的邻近节点， 发起对所述未收到数据的每一个周边节点的路由重构广播， 建立未收到 数据的每一个周边节点与该周边节点在该层子网内的邻近节点之间的握手机制， 进而实现 所有未收到数据的周边节点与该层子网的中心节点之间的中继通信， 并结束对该层子网的 局部路由重构 ； 0029 步骤九、 当所有层子网均完成局部路由重构后， 实现对自动抄表系统的局部路由 重构 ； 0030 G 节点为能够直接与基站进行点对点通信的节点 ； 0031 B 节点是受到信。
20、道状态的影响不能与基站直接进行通信， 但是能与其相邻节点进 行通信的节点。 0032 原理 ： 图 1 所示的是某单元楼内自动抄表系统的总线型物理拓扑。基站发起数据 采集广播， 由于广播信号随传输距离衰减， 只有离基站比较近的终端节点可与基站直接可 靠通信， 为 G 节点。其他节点收不到基站的广播信息， 不能将数据发送至基站， 但相邻节点 之间是可以点对点通信的， 为 B 节点。 0033 图1中， 第1层子网内的所有节点均可与基站直接通信， 节点之间可以直接点对点 通信或通过中继节点进行通信。依此特点， 第 1 层子网内各节点在 MAC 层可以等效为图 2 所示的单层人工蛛网的逻辑拓扑。如图。
21、 2 所示， m 个终端节点构成一个 m-1 边的单层蛛网， 说 明 书 CN 102291302 A CN 102291319 A4/4 页 6 h 为 m 个节点中的任意一个， 节点 h 可与子网内所有节点直接通信， 相邻节点间可以点对点 通信， 不相邻节点以中心节点 h 为中继进行通信。 0034 中心节点 h 对子网内的其余 m-1 个终端节点分配逻辑 ID， 直到所有节点均获得逻 辑 ID 为止。 0035 由节点 h 再次发送广播。节点 h 相对于基站， 与 B 节点的物理距离更近， 收到节点 h 广播信息的节点个数为 k(k m)， 在 k-m 个没有逻辑 ID 的节点中选择一个。
22、节点为中心节 点， 并对这 k-m 个节点分配逻辑 ID。 0036 第二个子网的中心节点再次发送广播， 对 B 节点进行探索。如仍有新的节点， 则重 复步骤 5， 选取中心节点， 分配逻辑 ID， 直到没有新的盲点为止 ； 如果没有新的节点， 则以上 一个子网的中心节点为中继， 向基站发送搜索结束信息。MAC 层最后的组网结果如图 3 所 示， 以 3 个子网即搜索到所有盲点为例。 0037 组网完成后， 网络内所有节点以各子网的中心节点为中继与基站保持通信， 但由 于信道环境变化， 子网内仍存在与中心节点不能通信的周边节点， 如图 3 所示。 0038 以第 2 层子网为例， 中心节点 n。
23、 收到来自周边节点的数据中， 通过判断逻辑 ID， 确 认没有收到节点 r 的数据， 等待一段时间， 确认节点 r 的状态。 0039 与节点 r 相邻的节点 p， q 仍能与中心节点 n 保持通信， 经过时间 PT(Process Time) 的数据处理， 节点 n 发送请求数据包 RP(Request Packet) 至节点 p， q， 由这两节点发 起对节点 r 的重路由广播。 0040 节点 p 收到请求数据包 RP 后， 经过时间 PT， 向节点 r 发送请求数据包 RP， q 经过 时间 WT(Wait Time)(WT PT) 向节点 r 发送请求数据包 RP。 0041 节点 。
24、r 经过时间 PT 处理来自节点 p 和 q 的 RP， 等待时间 WT， 发送应答数据包 AP(Answer Packet) 给节点 p， q， 节点 p， q 收到节点 r 的应答数据包 AP， 完成节点 r 与节点 p， q 的通信握手机制。 0042 节点 p， q 分别等待时间 2WT， WT 将收到的应答数据包 AP 发送至中心节点 n， 至此 节点 r 以节点 p， q 为中继与中心节点 n 重新取得数据通信， 节点 n 完成对盲点 r 的路由重 构。 0043 以上节点 p， q 同时为中继节点的具体过程， 单独选取其中一个为中继节点的时序 与这个相似， 去掉图 5 中的节点 。
25、p 或是节点 q 的时序， 相应修改等待时间即可。本发明为 了避免路由重构产生的数据冲突， 定义了数据处理时间 PT(Process Time) 以及等待时间 WT(Wait Time)。数据包的接收和转发按照设定的时序进行。 0044 本发明通过对自动抄表系统网络层及 MAC 层的分析研究， 利用人工蛛网的这种特 殊网络结构使得组网完成后， 子网的中心节点负责对子网局部的盲点进行重路由， 不用对 网络全部节点进行重路由， 节省寻路由的时间， 提高通信效率及可靠性。 说 明 书 CN 102291302 A CN 102291319 A1/2 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102291302 A CN 102291319 A2/2 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102291302 A 。