高速窄带电力线通信中的串扰容忍竞争接入机制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子信息技术领域，特别涉及一种高效的媒质接入竞争机制，更具体 地，涉及一种基于双信道的串扰容忍的高速窄带电力线通信的媒质接入竞争机制。
【背景技术】
[0002] 高速窄带电力线通信（HNPLC)作为建设新型智能电力系统的有力支持，为智能电 网双向信息交互提供了极具竞争力的通信选择方式。媒质接入控制（MAC)作为HNPLC骨干 架构中承上启下的中间层，其核心的载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA)机制是影响 和制约系统效率及传输质量的关键环节，因而也成为了HNPLC工业及学术领域关注的焦点 问题。HNPLC网络拓扑中大量存在隐藏接收节点和暴露发送节点问题严重制约着HNPLC系 统性能，因此设计并实现一种新型的竞争接入机制，充分挖掘MAC竞争接入机制的传输性 能，对推动HNPLC的发展与工业应用，进而推动智能电网的发展具有十分重要的意义。
[0003] 目前技术的缺点是：已有HNPLC竞争接入机制仅结合了电力线信道环境或PHY 层相关参数，其自底向上的着眼方式使现有机制缺少对系统整体布局的把握，从而忽视了 HNPLC网络拓扑特性可带来的接入性能的提高。另外，现有机制在处理业务量增加引起的竞 争接入性能下滑问题时，使用设定辅助量或引入预约机制的方法，由于受信道独占及协议 实现机制的约束，这些方法均难以使系统整体通信效率得到合理改善。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种高速窄带电力线通信中的串扰容忍竞争接入机 制。该机制具有实现复杂度低，节点状态的识别效率高，寻优算法稳定可靠的优点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种高速窄带电力线通信中的串扰容 忍的MAC竞争接入机制，包括：利用双信道在高速窄带电力线通信系统HNPLC竞争接入机制 中引入并行传输机制，以解决HNPLC网络拓扑中大量存在的暴露发送节点和隐藏接收节点 问题；利用基于系统信道特性和物理层参数的启发式寻优算法解决信道分配问题；以及使 用扩展的握手协议对节点状态进行判断，并兼容基于优先级或参数自适应调整的媒质接入 控制MAC机制改进竞争接入策略，实现MAC机制的多途径跨层优化与整合。
[0007] 根据本发明实施例的高速窄带电力线通信中的串扰容忍的MAC竞争接入机制，串 扰容忍接入策略的实现复杂度低，节点状态的识别效率高，寻优算法稳定可靠，不仅可用于 高速窄带电力线通信系统的MAC层，还可以应用于其他通信网络的MAC接入机制中，例如无 线个域网、Zigbee通信等。
[0008] 另外，根据本发明上述实施例的高速窄带电力线通信中的串扰容忍的MAC竞争接 入机制还可以具有如下附加的技术特征：
[0009] 在一些示例中，所述HNPLC竞争接入机制指以子载波为单位将基于正交频分复用 技术OFDM的HNPLC信道划分为控制信道和数据信道。
[0010] 在一些示例中，所述利用基于系统信道特性和物理层参数的启发式寻优算法解决 信道分配问题，包括：基于既定的物理层动态调整策略和系统参数，寻找控制信道与数据信 道的最佳带宽比，从而最小化双信道中信息传输的统计平均耗时。
[0011] 在一些示例中，所述扩展的握手协议的传输帧包括：握手帧类型、握手序列号、数 据包长度、收、发节点的地址信息以及校验信息。
[0012] 在一些示例中，所述兼容基于优先级或参数自适应调整的媒质接入控制MAC机制 改进竞争接入策略，包括：在已有策略的基础上引入TXvic标志量和RXvic标志量，以指示 节点是否受到邻居节点的发送和接收影响。
[0013] 在一些示例中，通过实际传输场景仿真环境验证所述高速窄带电力线通信中的串 扰容忍的MAC竞争接入机制的性能，其中，实际传输场景仿真环境包括：网络层Mesh拓扑、 MAC层接入机制以及物理层动态调整策略的HNPLC变包长随机传输环境。
[0014] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0015] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0016] 图1为本发明实施例的信道配置寻优算法的启发式搜索的伪代码；
[0017] 图2为本发明实施例的扩展握手协议帧格式；
[0018] 图3为本发明实施例的扩展握手协议的消息序列图；
[0019] 图4为本发明实施例的协议实现总体流程图；
[0020] 图5为本发明实施例的发送流程图；
[0021] 图6为本发明实施例的仿真系统拓扑结构图；
[0022] 图7为本发明实施例在变包长随机传输环境下的仿真性能与原CSMA/CA的对比；
[0023] 图8为本发明实施例在9节点拓扑中各节点的通信概率统计情况。
[0024] 图9 (a)至图9 (d)分别为CSMA/CA+CP机制暴露发送节点场景电力线噪声示意图、 暴露发送节点模型示意图、隐藏接收节点场景电力线噪声示意图以及隐藏接收节点模型示 意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0028] 针对现有技术的不足，本发明在MAC竞争接入机制中引入基于拓扑特性的传输需 求，允许HNPLC网络中大量存在的隐藏接收节点和暴露