一种基于PLC和RF双模通信模块的通道自适应方法与流程

一种基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法
技术领域
1.本发明专利涉及智能电表领域，具体涉及通过plc和rf混合通道的形式，来提高整个网络通信成功率的方法。


背景技术：

2.载波通信具有线路覆盖范围广，便捷经济，利用电力线就能够实现数据的传递和信息的交换，在目前得到广泛的青睐。其具体优点如下：(一)电力线在载波通信中不仅是动力线还是通信线，因而在使用过程中不需要架设通信媒介，一次性的建设成本低，投资少，见效快，并且运行和维护成本也是相对比较低。(二)线路具有很高的机械强度，抵抗破快的能力强，传输的可靠性值得信赖。(三)利用已有的配电线路就可以作为通信信道，通过变电站为中心组织成一个子网，最后有数个子网就可以组成一个完整的数据传输网络，因而载波通信组网方便灵活。其主要缺点：(一)电力线及用电设备的脉冲噪声，会淹没掉有用的载波信号；(二)当电力线上负载很重时，会对载波信号造成大衰减。
3.无线通信不会受到电力线上脉冲噪声及负载大小的影响，但其也有明显的缺点：(一)通信距离有限；(二)信号易被障碍物阻挡。
4.因此，如何将载波通信与无线通信相结合，进行优势互补是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对如何对载波通信与无线通信进行结合的问题，提出一种基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，形成混合通道的模式，可以大大提高网络的通信成功率。
6.本发明的技术方案是：
7.本发明提供一种基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，各节点均具有plc和rf双模通信模块，该自适应方法包括通道选择步骤：
8.任一节点采用plc和rf通道以广播的形式来发送路由请求；
9.接收来自各邻居节点对应通道的路由回复，计算各路由回复的接收率rate；
10.若同一节点既有plc信号又有rf信号，将接收率rate大的通道作为本节点向该邻居节点发送数据时使用的主通道，将接收率rate小的通道作为次通道；
11.若某一节点只有plc信号或者rf信号，则将收到回复的通道作为本节点向该邻居节点发送数据时使用的主通道，次通道不存在；
12.完成通道选择，任一节点以主通道向邻居节点发送数据。
13.进一步地，计算各路由回复的接收率rate采用下述公式：
14.rate(j)＝rssi(j)/rssi_e(j)；
15.其中：j表示路由回复的编号，rssi_e(j)表示编号为j的路由回复所对应节点对应通道的额定发送信号强度，rssi(j)表示编号为j的路由回复的接收信号强度。
16.进一步地，该自适应方法还包括跟踪步骤：
17.任一节点向邻居节点发送数据时，邻居节点回复确认帧；
18.该节点向同一个邻居节点以当前主通道发送数据达到预设值时，计算当前主通道的丢包率并记录；
19.当丢包率》10％时且大于次通道的丢包率时，将主次通道进行切换，若次通道不存在时，则不进行切换；初始状态下，次通道丢包率为0；
20.之后以切换后的主通道发送数据，继续执行跟踪步骤。
21.进一步地，丢包率采用的公式为：
22.p＝1-r/s；
23.其中：p表示丢包率，s表示节点发送的数据帧数，r表示节点收到确认帧数。
24.进一步地，预设值为100数据包。
25.进一步地，该方法还包括自主学习步骤：
26.对于任一节点，每天将该节点向邻居节点发送的数据帧及收到的确认帧按时间段和通道类型进行统计；
27.学习达到预设天数后，获取对应时间段内plc通道和rf通道各自的总丢包率；
28.对于任一时间段，若两种通道的总丢包率差达到5％，选择总丢包率低的通道类型作为该时间段的通信通道；
29.若两种通道的总丢包率差小于5％，则执行当前通道选择策略。
30.进一步地，该方法还包括失败处理步骤：
31.当任一节点向邻居节点发送数据出现失败即未收到邻居节点的确认帧，则进行重发尝试，若重发数据达到预设次数后依然收不到确认帧时，则查看是否存在次通道；
32.若次通道不存在，则判定为与该邻居节点的通信路由丢失，并将该节点与该邻居节点的通道信息清空；
33.若次通道存在，则将次通道更新为主通道，次通道设置为不存在，并以更新的主通道继续尝试发送数据；若更新的主通道与邻居节点通信仍不成功，则判定为与该邻居节点的通信路由丢失，并将该节点与该邻居节点的通道信息清空。
34.进一步地，当节点与邻居节点的通信路由丢失时，进行修复，包括：
35.节点同时用plc和rf通道向该邻居节点以单播形式发送路由请求，尝试重新修复通信路由，对收到的路由回复，按照通道选择步骤进行通道选择。
36.进一步地，任一节点向邻居节点回复数据确认帧时，通道使用策略为：任一节点接收到数据需要响应数据发送方时，根据收到数据的通道，以相同的通道进行数据回复。
37.本发明的有益效果：
38.本发明中，以收到信号通道情况和质量情况选择最佳的路由节点，可以保证后续通道的可靠性；该方法应用后，在数据发送时只使用一个通道，在满足通信要求的情况下可以有效降低功耗。
39.本发明的跟踪步骤中，通过动态评估通信丢包率，可以动态选择目前最优通道。
40.本发明的自主学习步骤中，通过学习不同时段的通信情况，若plc和rf通道受干扰的程度有较大区别时，可以在对应时段选用更合适的通道来提高通信成功率。
41.本发明中，在工况发生变化导致通信失败时，可以快速有效恢复通信。
42.本发明中，在响应其他节点数据请求时根据收到数据的通道来使用相同的通道进
行回复，可以有效提高跟其他节点通信的灵活性。
43.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
44.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
45.图1本发明的实施例中节点向邻居节点广播路由请求的示意图。
46.图2本发明的实施例中节点根据邻居路由回复选的主次通道示意图。
47.图3本发明的实施例中节点根据主通道的丢包率进行切换的示意图。
48.图4本发明的实施例中节点主通道自主学习的示意图。
49.图5本发明的实施例中节点向邻居节点发送数据失败时通道切换的示意图。
50.图6本发明的实施例中节点向邻居节点发送数据失败时主次通道都失败的示意图。
51.图7本发明的实施例中节点向邻居节点单播路由修复时的示意图。
52.图8本发明的实施例中节点向邻居节点回复确认帧时的示意图。
具体实施方式
53.下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
54.实施例一：
55.一种基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，各节点均具有plc和rf双模通信模块，该自适应方法包括通道选择步骤：
56.任一节点采用plc和rf通道以广播的形式来发送路由请求；
57.接收来自各邻居节点对应通道的路由回复，计算各路由回复的接收率rate，rate(j)＝rssi(j)/rssi_e(j)；其中：j表示路由回复的编号，rssi_e(j)表示编号为j的路由回复所对应节点对应通道的额定发送信号强度，rssi(j)表示编号为j的路由回复的接收信号强度；
58.若同一节点既有plc信号又有rf信号，将接收率rate大的通道作为本节点向该邻居节点发送数据时使用的主通道，将接收率rate小的通道作为次通道；
59.若某一节点只有plc信号或者rf信号，则将收到回复的通道作为本节点向该邻居节点发送数据时使用的主通道，次通道不存在；
60.完成通道选择，任一节点以主通道向邻居节点发送数据。
61.在本实施例中，向邻居节点主动发送数据时的主次通道选择完成后，后续向邻居节点发送数据时都以主通道去发送数据，次通道不会去发送数据。这样一方面为了降低功耗，另一方面为了减少网络中的数据量。
62.实施例二：
63.在实施例一的基础上，增加跟踪步骤：
64.任一节点向邻居节点发送数据时，邻居节点回复确认帧；
65.该节点向同一个邻居节点以当前主通道发送数据达到预设值时，计算当前主通道的丢包率p并记录，p＝1-r/s，s表示节点发送的数据帧数，r表示节点收到确认帧数；
66.当丢包率》10％时且大于次通道的丢包率时，将主次通道进行切换，若次通道不存在时，则不进行切换；初始状态下，次通道丢包率为0；
67.之后以切换后的主通道发送数据，继续执行跟踪步骤。
68.本实施例中，通过动态评估通信丢包率，可以动态选择目前最优通道。
69.实施例三：
70.在实施例一或者二的基础上，增加自主学习步骤：
71.对于任一节点，每天将该节点向邻居节点发送的数据帧及收到的确认帧按时间段和通道类型进行统计，例如将时间段划分为08:00～20:00和20:00～08:00两个时间段。统计两个时间段内plc通道和rf通道的丢包情况；
72.学习达到预设天数后，以30天为例，获取两个时间段内plc通道和rf通道各自的总丢包率；
73.对两个时间段，分别获取两种通道的总丢包率差，总丢包率相差5％以上时，选择总丢包率低的通道类型作为该时间段的通信通道；否则，按照当前通信信道选择情况继续执行。
74.在本实施例中，通过学习不同时段的通信情况，若plc和rf通道受干扰的程度有较大区别时，可以在对应时段选用更合适的通道来提高通信成功率。
75.实施例四：
76.该方法还包括失败处理和修复步骤，失败处理步骤为：
77.当任一节点向邻居节点发送数据出现失败即未收到邻居节点的确认帧，则进行重发尝试，若重发数据达到预设次数后依然收不到确认帧时，则查看是否存在次通道；
78.若次通道不存在，则判定为与该邻居节点的通信路由丢失，并将该节点与该邻居节点的通道信息清空；
79.若次通道存在，则将次通道更新为主通道，次通道设置为不存在，并以更新的主通道继续尝试发送数据；若更新的主通道与邻居节点通信仍不成功，则判定为与该邻居节点的通信路由丢失，并将该节点与该邻居节点的通道信息清空。
80.修复步骤为：节点同时用plc和rf通道向该邻居节点以单播形式发送路由请求，尝试重新修复通信路由，对收到的路由回复，按照通道选择步骤进行选择。
81.工作原理如下：
82.以节点a为例，在完成入网后，如图1所示，同时使用plc和rf通道以广播的形式来发送路由请求。
83.如图2所示，节点a分别收到了来自邻居节点b、c、d不同通道的路由回复。其中图示中，a收到了b的plc通道和rf通道的路由回复，假设plc通道计算得到的信号接收率rate更大，所以a与b通信时使用的主通道为plc通道，次通道为rf通道。a只收到了c的plc通道的路由回复，所以a与c通信时使用的主通道为plc通道，次通道不存在。a只收到了d的rf通道的路由回复，所以a与d通信时使用的主通道为rf通道，次通道不存在。
84.如图3所示，节点a初始选择的与节点b的主通道为plc通道，次通道为rf通道。当a
与b通过plc通道发送完100帧后，收到确认的帧为85，丢包率为15％，大于设定的阈值10％，且此时rf通道的丢包率不存在，所以将主次通道进行切换。
85.之后a以rf通道与b进行通信，在以rf通信了300帧时，收到的确认帧数为250，丢包率为16.7％，大于设定的阈值10％，且大于次通道的丢包率，所以再次将主次通道进行切换。
86.如图4所示，节点a与邻居节点b统计学习期内的通信情况，当学习时间结束后，假设|(1-n1/n1)-(1-n2/n2)|》0.5，则认为在08:00～20:00的主通道学习结果有效，若plc的丢包率更低，则在进入该时段时直接启用plc通道为主通道，反之启用rf通道为主通道。若|(1-n1/n1)-87.(1-n2/n2)|《＝0.5，则认为在08:00～20:00的主通道学习结果无效，在进入该时段时不会去做主次通道的切换，还是按照情况四中描述进行通道切换。在20:00～08:00的通道切换方法与08:00～20:00的一致，|(1-n13/n13)-(1-n4/n4)|的值来进行判断。
88.如图5所示，节点a与邻居节点b以主通道plc通信时，收不到b的确认帧，且a与b通信的次通道也存在，所以将次通道设置为新的主通道，次通道设置为不存在。然后再次尝试与b通信，如果通信成功，则a记录的与b通信使用的主通道变为rf，使用的次通道不存在。
89.如图6所示，节点a与邻居节点b以主通道plc通信时，收不到b的确认帧，且a与b通信的次通道也存在，所以将次通道设置为新的主通道，次通道设置为不存在。然后再次尝试与b通信，如果依旧通信失败，则最后a记录的与b通信使用的主次通道都为不存在。
90.如图7所示，本节点a丢失了与邻居节点b的通信通道记录，此时a需要同时使用plc和rf通道以单播的形式来发送r路由请求。
91.如图8所示，邻居节点e向a发送数据时，若e以plc通道发送，则a以plc通道回复确认帧；若e以rf通道发送，则a以rf通道回复确认帧。
92.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于各节点均具有plc和rf双模通信模块，该自适应方法包括通道选择步骤：任一节点采用plc和rf通道以广播的形式来发送路由请求；接收来自各邻居节点对应通道的路由回复，计算各路由回复的接收率rate；若同一节点既有plc信号又有rf信号，将接收率rate大的通道作为本节点向该邻居节点发送数据时使用的主通道，将接收率rate小的通道作为次通道；若某一节点只有plc信号或者rf信号，则将收到回复的通道作为本节点向该邻居节点发送数据时使用的主通道，次通道不存在；完成通道选择，任一节点以主通道向邻居节点发送数据。2.根据权利要求1所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于，计算各路由回复的接收率rate采用下述公式：rate(j)＝rssi(j)/rssi_e(j)；其中：j表示路由回复的编号，rssi_e(j)表示编号为j的路由回复所对应节点对应通道的额定发送信号强度，rssi(j)表示编号为j的路由回复的接收信号强度。3.根据权利要求1所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于，该自适应方法还包括跟踪步骤：任一节点向邻居节点发送数据时，邻居节点回复确认帧；该节点向同一个邻居节点以当前主通道发送数据达到预设值时，计算当前主通道的丢包率并记录；当丢包率>10％时且大于次通道的丢包率时，将主次通道进行切换，若次通道不存在时，则不进行切换；初始状态下，次通道丢包率为0；之后以切换后的主通道发送数据，继续执行跟踪步骤。4.根据权利要求3所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于丢包率采用的公式为：p＝1-r/s；其中：p表示丢包率，s表示节点发送的数据帧数，r表示节点收到确认帧数。5.根据权利要求3所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于，预设值为100数据包。6.根据权利要求1或3所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于：该方法还包括自主学习步骤：对于任一节点，每天将该节点向邻居节点发送的数据帧及收到的确认帧按时间段和通道类型进行统计；学习达到预设天数后，获取对应时间段内plc通道和rf通道各自的总丢包率；对于任一时间段，若两种通道的总丢包率差达到5％，选择总丢包率低的通道类型作为该时间段的通信通道；若两种通道的总丢包率差小于5％，则执行当前通道选择策略。7.根据权利要求1所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于：该方法还包括失败处理步骤：当任一节点向邻居节点发送数据出现失败即未收到邻居节点的确认帧，则进行重发尝
试，若重发数据达到预设次数后依然收不到确认帧时，则查看是否存在次通道；若次通道不存在，则判定为与该邻居节点的通信路由丢失，并将该节点与该邻居节点的通道信息清空；若次通道存在，则将次通道更新为主通道，次通道设置为不存在，并以更新的主通道继续尝试发送数据；若更新的主通道与邻居节点通信仍不成功，则判定为与该邻居节点的通信路由丢失，并将该节点与该邻居节点的通道信息清空。8.根据权利要求7所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于：当节点与邻居节点的通信路由丢失时，进行修复，包括：节点同时用plc和rf通道向该邻居节点以单播形式发送路由请求，尝试重新修复通信路由，对收到的路由回复，按照权利要求1所述的方法进行通道选择。9.根据权利要求1所述的基于plc和rf双模通信模块的通道自适应方法，其特征在于：任一节点向邻居节点回复数据确认帧时，通道使用策略为：任一节点接收到数据需要响应数据发送方时，根据收到数据的通道，以相同的通道进行数据回复。

技术总结
本发明提供一种基于PLC和RF双模通信模块的通道自适应方法，通道选择步骤为：任一节点采用PLC和RF通道以广播的形式来发送路由请求；接收来自各邻居节点对应通道的路由回复，计算各路由回复的接收率；若同一节点既有PLC信号又有RF信号，将接收率大的通道作为的主通道，将接收率小的作为次通道；若某一节点只有单一信号，则作为主通道，次通道不存在；完成通道选择，任一节点以主通道向邻居节点发送数据。本发明中，以收到路由回复的情况选择最佳的路由节点，保证后续通道的可靠性；该方法应用后，在数据发送时只使用一个通道，在满足通信要求的情况下可以有效降低功耗。信要求的情况下可以有效降低功耗。信要求的情况下可以有效降低功耗。


技术研发人员：顾陈瑜 季海涛 尹建丰 马村楼 陆峁林
受保护的技术使用者：江苏林洋能源股份有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/9