一种基于信噪比的中压载波的组网通信方案的制作方法

1.本发明关于10kv电力线通信技术领域，特别是关于一种基于信噪比的中压载波的组网通信方案。


背景技术：

2.中压线路是一个开放式的网络结构，对于实际现场运行场景，可以分为埋地电缆、架空线缆等，但无论对于哪种运行场景，为了解决电力采集无信号及配网设备无法铺设光纤的问题，利用中压载波线路进行稳定高效通信是我们永恒的追求。但现实中中压线路往往通信距离较远，并且线路噪声、衰减较大，导致通信不良。
3.为了能够实现稳定通信，以往实现方案仅利用单个频点进行通信，如果通信不上则使用搭建中继或者使用分布式分级管理系统进行管理。由于电力线特性的原因，往往出现某个频点不通或出现多个频点间的严重干扰问题，导致最终通信效果较差。
4.随着通信速率的提升，搭建中继进行通信的实时性得到了应有的保障；随着组网方案的完善，多频点组网技术也得以实现，中压载波技术得到进一步的提升。通信不稳定的问题成为阻碍中压载波推广的重要因素。


技术实现要素：

5.结合现场实际测试，为解决以上问题，发明了一种基于信噪比的中压载波的组网通信方案，本发明的技术方案为：一种基于信噪比的中压载波的组网通信方案，物理形态包括主站、管理单元、从节点、终端设备，其中：管理单元上行与主站相连，下行与各从节点相连，从节点与终端设备相连；上行数据是由终端设备发出，经从节点、管理单元发送给主站的数据；下行数据指的是由主站发出，经管理单元、从节点发送给终端设备的数据；组网学习帧指的是管理单元与各从节点之间交互的数据，保证节点能够入网。从节点分为直抄点和中继点，直抄点为直接与管理单元通信的从节点，中继点为其他从节点通过该点进行通信的从节点。
6.主站及设备连接前，也就是产生上下行数据前，首先得保证管理单元与各从节点载波能实现稳定通信，这也是所讲的自由组网。
7.具体步骤为：步骤1：首次上电时，管理单元创建组网队列，首先向第一个从节点发送组网学习帧进行组网尝试，管理单元将所有可用频段组网学习完毕后，综合判定符合阈值的频段，依据子载波及信噪比选出最优的频段；步骤2：其他从节点按照步骤1进行组网尝试，所有能够直接入网的节点为直抄点，其他未入网的节点尝试通过中继点入网；步骤3：所有节点载波上线后，进行实时优化学习，保证节点实时通信的最稳定路径。
8.具体方案为：优选地，管理单元在首次启动时与各从节点是无法通信的，管理单元将各从节点按照档案顺序组成队列，管理单元与某一从节点进行学习帧的交互。
9.优选地，学习帧的交互包括握手、筛选、配置、获取信噪比等过程，握手过程是用于使管理单元与该从节点处于同一频段，筛选目的是用于判定该频段中的子载波数量及质量，配置的目的是用于使该从节点固定在某一固定频段上，不再进行轮询，为筛选后续频段时节省时间；获取信噪比目的是用于获取通信时从节点接收时及管理单元接收时的信号、噪声幅值。
10.优选地，在单元与从节点之间、从节点与从节点之间的频域范围内分成多个频段，以确保管理单元与从节点或从节点与从节点之间通信有合适的频段；自由状态下，从节点的多个频段是按顺序进行切换轮询的。
11.优选地，按照通信衰减原理，距离管理单元越近的从节点接收到的信号幅值比距离管理单元远的从节点的信号幅值要大；反之要小。以上方案决定了管理单元与从节点或两从节点之间通信可能会选择使用不同的频段，这样尽最大可能获得通信好的频段。
12.进一步地，未入网节点选择尝试使用与其通信的信噪比高的中继点入网，通过学习帧的交互，学习到稳定的路径信息。如果从节点数量太多，为了达到快速入网的目的，此时可以设定未入网的节点尝试中继入网时，可先尝试某一个频段，如果符合设定阈值均可使其入网，至于稳定频段及路径，可通过下一步的优化得到。
13.进一步地，所有从节点均入网后，载波信道空闲的时候进行再次学习，每个点的优化过程中均执行对所有可用频段的筛选，同时获得每个频段筛选时的信噪比，以此决定该路径通信速率及成功率是否为最好的，并决定是否进行路径或频段的切换使用。
14.进一步地，信噪比的获取可以通过上行数据的提取一同获得，以达到当载波成功率下降时且未能及时进行学习时，保证能够获得更好频段或者路径的目的。
15.本发明的有益效果是：提出了一种基于信噪比的中压载波的组网通信方案，解决现有方案中使用固定某个频段不通或出现多个频段间的严重干扰，最终导致通信效果不稳定的问题。并且随着通信速率的提升，搭建中继进行通信的实时性得到了应有的保障；多频段技术的应用解决了当出现某一频段不通时，只能通过更换设备的方式进行解决的情况。信噪比的使用，使组网更加可靠稳定，减少了组网学习所占用的带宽，使整个系统有了更充足的时间去进行上下行数据的传输。提高了通信可靠性及运行效率。
附图说明
16.图1为本发明基于的中压载波系统示意图。
17.图2为本发明基于信噪比的节点入网学习示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
19.一种基于信噪比的中压载波的组网通信方案具体实施物理形态如图1，由于各节
点距离管理单元距离长度不定，并且电力线上噪声、阻抗、衰减等均不同，因此，该从节点是处于管理单元直抄域范围内还是需要通过中继节点通信，使用哪个频段及多少子载波进行通信均需要进行学习，至于稳定路径及频段的使用，依靠信噪比的条件进行判定。
20.该系统按照是否为首次上电，分为首次上电学习状态，实时学习优化状态两大部分；其中每一学习状态又分为直抄域学习状态，中继域学习状态。
21.状态一：首次上电工作流程。
22.步骤1：管理单元按照从节点序号组建从节点学习队列，使用通信学习的父节点仅为管理单元。
23.步骤2：如图1所示，管理单元发送学习帧给从节点1，其中学习帧交互包括握手、筛选、配置、获取信噪比等过程，握手过程为了使管理单元与该从节点处于同一频段，筛选目的是为了判定该频段中的子载波数量及质量，配置的目的是为了使该从节点固定在某一固定频段上，不再进行轮询，为筛选后续频段时节省时间；获取信噪比目的是为了获取通信时从节点接收时及管理单元接收时的信号、噪声幅值，通过以上过程首先获取一个达到子载波数量及子载波筛选成功率达到阈值的频段进行设置，这样从节点1就固定在该频段与管理单元进行通信。
24.步骤3：管理单元继续与从节点1进行剩余频段的学习，当所有频段学习完毕后，综合判定符合阈值的频段，选择其中子载波数量及质量好的，并且信号幅值不低于设定阈值，且信号幅值大于噪声幅值的频段作为最终使用的频段，以保证通信稳定性；如果最开始配置的频段与最终选择的频段不为同一频段，将通信频段切换到该频段，此时该节点载波入网。
25.步骤4：按照步骤2、3，将所有的载波未入网的从节点进行学习，能入网的从节点均为直抄点，不符合入网条件的进入下一阶段中继路径的学习。
26.步骤5：如图2所示，圆圈1及圈内节点均为能够直接入网的直抄域节点，选择圆圈1上的节点（从节点a1、从节点4）作为其他未入网节点的中继点，中继点作为其他节点载波入网的父节点进行使用，按照步骤2、3进行学习，节省了该节点学习入网的时间。不选择圈内节点，例如从节点2或者从节点3，是因为如果每级中继均选择圈内节点，很有可能会增加未入网的从节点中继级别。
27.步骤6：一级中继的所有子节点学习完毕后，如有载波未入网的节点，继续按照步骤5进行学习，直至所有节点均正常载波入网。
28.状态二：业务空闲时优化学习流程，为达到通信稳定性的目的，在线节点的优化学习时，选择从直抄域节点开始进行优化，目的是使前级节点通信健壮。
29.步骤1：首先将中继级别最大的路径中的在线节点进行排序，将该路径的直抄点作为第一个优化节点，按照中继级别依次将其他从节点放入待优化队列。
30.步骤2：其他路径按照中继级别由大到小依次按照步骤1构建待优化队列。
31.步骤3：取出一个待优化节点后，按照其中继级别，将小于其中继级别且信号强度幅值与其上一级中继节点信号强度相近的节点作为该待优化点的父节点，构建父节点队列。
32.步骤4：将每一个父节点与该待优化节点进行单频段筛选，记录子载波数量、子载波成功率以及通信时的接收信号强度幅值及噪声幅值等信息。
33.步骤5：待所有父节点与该优化节点进行学习完毕，选择一个从通信速率、子载波数量、子载波成功率、以及信噪比等信息均比好的父节点作为其首选父节点，如果该父节点与当前通信使用的节点为不同节点，那么进行路径及频段的切换。
34.步骤6：如果步骤5中路径进行了切换，那么该被优化中继点的后续子从节点均在原有的路径上做相应路径切换和中继级别变化。
35.步骤7：在正常跑业务的同时，如果某一路径载波成功率下降，且该节点未能及时进行优化学习，那么仍可以通过正常业务正获取该路径上相应的信噪比信息，来切换到更好频段的目的。
36.步骤8：如无异常，以上优化步骤在业务空闲时均进行，保证通信的高速稳定。
37.以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。