专利名称：低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法
技术领域：
本发明涉及一种数据包的路由转发方法。
背景技术：
低压配电网电气负载(尤其是具有高频开关特性的各类现代电力电子负载)环境的复杂性和低压配电网介质环境的共享性、开放性和多样性，是导致低压配电网作为通信网络可生存性不强的根本原因，电力线载波通信技术也因此在工业领域和商业领域的应用都受到很大限制。国内外学者针对电力线通信领域的研究多集中在输入阻抗特性和信道衰减特性研究、信道噪声特性研究、信道模型研究、阻抗匹配及耦合电路设计研究、电力线噪声抑制技术研究、比特功率自适应控制、OFDM在电力线通信中的应用以及跳频调制解调技术在电力线通信中的创新与应用等方面，其本质在于提高电力线载波通信的点对点通信能力。对于载波通信网络来说，点对点通信的高可靠性，并不意味着整个网络的高可靠性，它仅是网络可生存性的前提和基础。因此，建立由路由器、中继器等设备组成的电力线载波通信网是保证通信系统可靠性的必要条件，也是电力线载波通信发展的一个重要方向。
发明内容
本发明是为了解决低压配电网电力线通信系统的通信可靠性差的问题，从而提供一种低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法。低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，其特征是它由以下步骤实现步骤一、基站在低压配电网电力线通信网络中的全部η个节点发起组网广播，低压配电网电力线通信网络η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-Ι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 ；步骤二、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该层子网内的所有周边节点进行可靠通信的节点；步骤三、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η个节点中未组网的节点发起组网广播；步骤四、低压配电网电力线通信网络中的全部η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+Ι层逻辑子网；在所述第k+Ι层逻辑子网内选择一个能够与该层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+l，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η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；步骤五、令k = 1，低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化；步骤六、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；
步骤七、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；步骤八、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+Ι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+Ι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+Ι层逻辑子网内的每个节点根据接收到的数据创建数据包；步骤九、第k+Ι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+Ι层逻辑子网内中的周边节点数据包，并形成第k+Ι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；步骤十、当第k层逻辑子网数据包的节点层数小于第k+Ι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+Ι层逻辑子网数据包转发至基站，实现第 k+Ι层逻辑子网与基站之间的数据通信；否则呢，返回执行步骤八；步骤十一、令k = k+Ι，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η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。步骤五低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化包括初始化子网层数、分层标志位和基站地址。每个节点产生的数据包中均包括数据源地址、目的地址、子网中心节点地址、分层标志位和节点数据。步骤六和步骤八中各节点创建的数据包中的创建过程包括选取中心节点地址；数据源地址设置为该子网的中心节点地址；目的地址设为基站地址；设置分层标志位、节点层数与分层标志位相等和添加节点数据。有益效果本发明采用人工蛛网技术，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，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。
图1是人工蛛网通信逻辑拓扑原理示意图；图2是本发明的组网原理示意图；图3 是本发明的数据包格式示意图；图4是本发明的数据包传输流程示意图；图5是逻辑子网数量为三个时，数据包产生、传输原理示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，它由以下步骤实现步骤一、基站在低压配电网电力线通信网络中的全部η个节点发起组网广播，低压配电网电力线通信网络η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-Ι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 ；步骤二、在步骤一所述的m-Ι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该层子网内的所有周边节点进行可靠通信的节点；步骤三、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η个节点中未组网的节点发起组网广播；步骤四、低压配电网电力线通信网络中的全部η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+Ι层逻辑子网；在所述第k+Ι层逻辑子网内选择一个能够与该层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+l，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η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；步骤五、令k = 1，低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化；步骤六、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；步骤七、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；步骤八、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+Ι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+Ι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+Ι层逻辑子网内的每个节点根据接收到的数据创建数据包；步骤九、第k+Ι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+Ι层逻辑子网内中的周边节点数据包，并形成第k+Ι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；步骤十、当第k层逻辑子网数据包的节点层数小于第k+Ι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+Ι层逻辑子网数据包转发至基站，实现第 k+Ι层逻辑子网与基站之间的数据通信；否则，返回执行步骤八；步骤十一、令k = k+Ι，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η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。步骤五低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化包括初始化子网层数、分层标志位和基站地址。每个节点产生的数据包中均包括数据源地址、目的地址、子网中心节点地址、分层标志位和节点数据。步骤六和步骤八中各节点创建的数据包中的创建过程包括选取中心节点地址；数据源地址设置为该子网的中心节点地址；目的地址设为基站地址；设置分层标志位、节点层数与分层标志位相等和添加节点数据。以3层逻辑子网为例说明本发明的原理假设低压配电网电力线通信网络中有η 个终端节点，由基站发起组网广播，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。在MAC层与基站可靠通信的m个节点中，相邻两节点间是可靠通信的，m个节点组成图1所示的m-1边蛛网结构，不相邻节点可通过节点h为中继进行通信。节点h位于逻辑子网的中心(h为1 m中的一个)，其与所有周边节点均能可靠通信，功能与基站类似， 负责收集其所在蛛网周边各节点的数据，维护子网内的路由以及与其他子网的中心节点通由节点h发起对剩下的n-m个用户节点的组网广播。依次类推，最终该网络内的所有节点组成了多个类似的人工蛛网。如图2所示，离基站节点“近”的蛛网的中心节点(例如h)，可以直接与基站通信，处在“中间”位置的蛛网的中心节点需要以“近”的中心节点为中继与基站通信，同样，处在“较远”位置的蛛网的中心节点，是以“中间”、“近”的中心节点为中继与基站通信，至此组网完成。组网完成后，开始数据包的产生、转发、发送过程。数据包格式如图所示，包括数据源地址，目的地址，子网中心节点地址，分层标志位，节点数据。其中，分层标志位用于判定节点所在子网及数据包来源，同时，防止发送到基站的数据包被反复广播，提高数据处理效率。数据传输流程图如图4所示。数据传输开始，设置所有节点的初始化子网层数为 3，分层标志位为0，基站地址为0。数据采集开始，基站广播分层标志位为0的数据包，只有子网1内的节点收到数据包，判断数据源地址是否等于基站地址，如果是基站地址，则创建新的数据包，包括选取中心节点地址，数据源地址设置为该子网的中心节点地址，目的地址设为基站地址，分层标志位设置为1，节点层数与分层标志位相等，添加节点数据。子网1的周边节点将数据包发给中心节点，中心节点处理完所有数据包后，将其发送至基站节点。基站收到来自子网1的数据包后，进行记录。子网1的中心节点广播新数据包，这个数据包会被子网1内的周边节点，子网2的所有节点收到。子网1内的节点收到数据包后，判断数据包节点层数与分层标志位是否相等，相等则结束传输。子网2的节点收到子网1的中心节点广播数据包后，判断节点层数大于分层标志位，子网2内的所有节点创建新的数据包，与子网1创建数据包过程一致，数据包的节点层数与分层标志位相等，设置为2。子网2的中心节点处理完周边节点数据后将其发送至子网1的中心节点，子网1 的中心节点比较本节点数据包的节点层数小于收到数据包的分层标志位，则将该数据包发送至基站，至此完成子网2的数据与基站之间的通信。子网2的中心节点广播数据包，被子网1，子网3的节点收到，子网1的节点将其发送至基站，子网3的节点判断收到数据包的节点层数大于分层标志位，创建数据包。节点层数与分层标志位相等，设置为3。子网3的中心节点处理来自周边节点的数据后，以子网2， 子网1的中心节点为中继节点，将数据发送到基站，至此完成所有节点与基站的通信。子网1到子网3的网络内数据采集以及数据广播是依次进行的，例如，子网1数据采集完成后，将数据发给基站，中心节点h向子网2发送广播，子网2开始数据采集与发送， 依次类推，同一时间段内，只有一个子网占用信道，进行数据采集与传输，在一定意义上减少了节点数量。利用三层网络进行数据包的产生，发送过程如图5所示。在每一层子网中都创建新数据包，其中源地址设置为其所在子网的中心节点地址，目的地址均为基站地址，子网的中心节点把数据发送到上一级子网的中心节点/基站，同时对下一层网络进行数据广播。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。
权利要求
1.低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，其特征是它由以下步骤实现步骤一、基站在低压配电网电力线通信网络中的全部η个节点发起组网广播，低压配电网电力线通信网络η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_l 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 < η ;k = 1 ；步骤二、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该层子网内的所有周边节点进行可靠通信的节点；步骤三、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η个节点中未组网的节点发起组网广播；步骤四、低压配电网电力线通信网络中的全部η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+Ι层逻辑子网； 在所述第k+Ι层逻辑子网内选择一个能够与该层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+Ι，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η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；步骤五、令k = 1，低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化； 步骤六、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；步骤七、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；步骤八、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+Ι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+Ι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+Ι层逻辑子网内的每个节点根据接收到的数据创建数据包；步骤九、第k+Ι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+Ι层逻辑子网内中的周边节点数据包，并形成第k+Ι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；步骤十、当第k层逻辑子网数据包的节点层数小于第k+Ι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+Ι层逻辑子网数据包转发至基站，实现第k+Ι层逻辑子网与基站之间的数据通信；否则，返回执行步骤八；步骤十一、令k = k+Ι，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η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。
2.根据权利要求1所述的低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，其特征在于步骤五低压配电网电力线通信网络中的每个节点初始化包括初始化子网层数、分层标志位和基站地址。
3.根据权利要求1所述的低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，其特征在于每个节点产生的数据包中均包括数据源地址、目的地址、子网中心节点地址、分层标志位和节点数据。
4.根据权利要求1所述的低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，其特征在于步骤六和步骤八中各节点创建的数据包中的创建过程包括选取中心节点地址；数据源地址设置为该子网的中心节点地址；目的地址设为基站地址；设置分层标志位、节点层数与分层标志位相等和添加节点数据。
全文摘要
低压配电网电力线通信系统数据包的路由转发方法，涉及一种路由转发方法，解决了低压配电网电力线通信系统的通信可靠性差的问题。本发明采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低压配电网电力线通信系统的通信可靠性较高。本发明适用于低压配电网电力线通信系统的数据通信中。
文档编号H04L12/18GK102355405SQ20111023106
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者刘晓胜, 张良, 徐殿国 申请人:哈尔滨工业大学