CN102067568B - 在电力线通信网络中分配mac地址的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在将通信地址分配给连接于载流通信网络的设备的领域中，并且具体地，所述网络为用于通过电网从数据集中装置远程读取电度表的网络，提出了为这种类型的网络分配MAC地址以使在地址分配阶段节省大量时间成为可能的改进方法。该方法具体提出了将使设备的序列号和分配的MAC地址相关联的列表存储在用于分配地址的中心设备级。该方法还提出在发送通信帧之前先发送编目请求以用于分配MAC地址。

Description

在电力线通信网络中分配MAC地址的方法和设备
技术领域
本发明涉及将通信地址分配给被连接于电力线通信网络的设备的领域。具体地，这些是通过电网从数据集中仪器远程读取的电度表的网络。
背景技术
远程读取在电网上工作的电度表上的数据是众所周知的。这通常是通过对计算机网络(例如配电操作员的***网络)进行读取并且整理概要的装置完成的。该装置被称作术语“DC”(Data Concentrator，表示数据集中器)。
为了被远程读取，电度表具有载流上的通信接口。该接口记忆有被刻在仪器上的序列号。该序列号构成了每个电度表的唯一永久标识。
载流上的通信是通过配电网络的电缆上的已调数据帧执行的。例如图4所示的这些帧是用于识别帧的前同步码4.1、严格来说构成传输数据包的部分4.2、和用于例如通过CRC(循环冗余码)核查其完整性的校验位4.3构成。帧的目的地通过被称作MAC地址的地址被选择，所述地址被编码在12个位中并且被分配给将与网络进行通信的每个设备。与这些帧的格式有关的细节可在题为“Distribution automationusing distribution line carrier systems-Part 5-1：Lower layer profiles-The spread shift keying(S-FSK)profile”的法国标准NF EN61334-5-1中被找到，其完全复制了公开CEI 61334-5-1：2001。
因此，为了能够通信，与配电网络相连的设备必须被分配MAC地址。这些地址的分配在题为“Distribution automation using distributionline carrier systems-Part 4-511：Data communication protocols-System administration-CIASE protocol”的法国标准NF EN61334-4-511中被描述，其完全复制了公开CEI 61334-4-511：2001。该协议允许***的中心设备将MAC地址分配给被连接于网络的所有设备。所述的方法涉及占据大量时间的大量发现阶段，连接率较低。
本发明旨在提出给这种类型的网络分配MAC地址的改进方法，从而能够在地址分配阶段节省大量时间。具体地，该方法提出在中心地址分配设备处存储设备的序列号与分配的MAC地址之间的关联的列表。本发明还提出在发送通信帧之前发送分配MAC地址的编目请求。
按照这种方式，用于将MAC地址分配给不具有地址的设备的发现阶段被显著地缩短。网络用于该发现的时间被减少，因而增加了网络中可利用的有效通信时间。
发明内容
本发明涉及一种通过数据集中设备将被称作MAC地址的地址分配给被连接于配电网络的设备的方法，每个设备具有不同的不可变的序列号，该方法包括如下步骤：通过网络以普通广播模式发送发现需求请求的步骤；接收响应于该请求、来自于未分配有MAC地址的设备的至少一个发现通知的步骤，所述设备由其序列号被识别；将可用的MAC地址分配给响应的设备的步骤；以及将编目请求发送给响应的设备的步骤，编目请求包括设备的序列号和被分配给设备的MAC地址。该方法还包括存储设备的序列号与分配给设备的MAC地址之间的关联的步骤。
根据本发明的特殊实施方式，设备易于在经过没有通信的给定时间之后丢失被分配给该设备的所述MAC地址，该方法还包括在将通信帧发送给设备之前发送编目请求的步骤。
根据本发明的特殊实施方式，对于通信帧的每个发送，均***地执行在发送通信帧之前发送注册帧的步骤。
根据本发明的特殊实施方式，上一次发送通信帧到设备的时刻被存储，只有当距上一次发送通信帧的时间超出给定阀值时，才执行在发送通信帧之前发送编目请求的步骤。
根据本发明的特殊实施方式，该方法还包括在***的重新初始化期间，将编目请求发送给其关联被存储的任意设备的步骤。
根据本发明的特殊实施方式，该方法还包括以普通广播模式周期地发送发现需求请求的步骤，以使MAC地址能够被分配给出现在网络上的新设备。
根据本发明的特殊实施方式，发现需求请求包括定义响应百分比的第一参数，未分配MAC地址的设备根据响应概率等于第一参数的随机抽取做出响应决定，第一参数是用百分比概率被定义的。
根据本发明的特殊实施方式，发现需求请求包括定义响应窗的第二参数，响应于请求的设备必须在响应窗内随机地定义响应时间，窗被定义为小于30秒。
根据本发明的特殊实施方式，发现需求请求包括定义响应窗的第二参数，响应于请求的设备必须在响应窗内随机地定义响应时间，第二参数是根据在先前的发现步骤期间已经响应的设备的个数和检测到的冲突的次数被计算的。
本发明还涉及一种将被称作MAC地址的地址分配给被连接于配电网络的、具有不同的不可变的序列号设备的设备。该设备包括通过网络以普通广播模式发送发现需求请求的装置；接收响应于请求、来自于未分配有MAC地址的设备的至少一个发现通知的装置，设备由其序列号被识别；将可用的MAC地址分配给响应的设备的装置；以及将编目请求发送给响应的设备的装置，编目请求包括设备的序列号和被分配给设备的MAC地址。该设备还包括存储设备的序列号与分配给设备的MAC地址之间的关联的装置。
根据本发明的特殊实施方式，设备易于在经过没有通信的给定时间之后丢失被分配给设备的MAC地址，设备还包括在将通信帧发送给设备之前发送编目请求的装置。
附图说明
通过阅读参照附图对示例性实施方式进行的以下描述，上面提到的本发明的特征以及其它特征将更清楚地呈现。
图1示出了配电网络的实施例的结构；
图2示出了根据本发明的示例性实施方式在发现和通信阶段交换请求的顺序；
图3示出了根据本发明的示例性实施方式的MAC地址分配设备的结构；以及
图4示出了***中使用的帧格式。
具体实施方式
图1描绘了配电网络1.2的实施例。用作数据集中器的第一设备1.1被连接于该网络。在本发明的示例性实施方式中，该设备1.1还具有NF EN 61334-4-511的意义中的CIASE客户机的功能，也即是说，该设备还将负责将MAC地址分配给被连接于网络的设备。一定个数的设备以参考1.3被示出。通常，这些设备是被用于测量每个订户消耗的电量的电度表C1至CN。尽管这些设备被描述为电度表，但是这些设备可为与设备DC 1.1通信的任意设备类型。在示例性实施方式的上下文中，DC负责收集来自于电度表1.3的消耗数据，以反馈管理配电网络的操作员的信息***。
在该***中，每个设备具有用于在网络上唯一地区别它的不可变的序列号。该序列号在前面所述的标准中被称作system_title。它还包括MAC地址字段，当***被初始化时，MAC地址字段被初始化为值NEW。该值指示设备在网络上是新的并且不具有被分配的MAC地址，可以说该设备处于未分配状态。
为了能够在网络上通信，任何设备必须被分配MAC地址。这是因为通信帧的目的地寻址是通过该地址完成的。为了将地址分配给这些设备，发现连接的设备的过程是必要的。该过程在已经提到的CIASE标准中被描述。对于负责分配地址的设备，该过程包括发送所谓的搜索需求请求。在这里应该注意到，正如网络中的任意通信一样，发现的阶段由DC初始化。在这种类型的网络中，通信不会由连接的设备发起，而是始终由中心服务器发起。该请求以普通的广播模式发送，也即是说，旨在发送给连接于网络的所有设备。只有处于未分配状态并且因此MAC地址字段的值为NEW的设备将通过由其序列号指示的搜索通知响应于该请求。MAC地址分配设备，在这里是DC，将地址分配给这些设备，并且通过包含响应的设备的序列号和被分配给该设备的MAC地址的编目请求作出响应。然后，接收请求且识别该请求中的序列号的设备将相关联的MAC地址赋予其MAC地址字段。然后，设备处于分配状态并且因此可在网络上通信。在本文中，将分配设备发送发现需求请求、接收该请求的所有响应、将MAC地址分配给已经响应的设备、以及将相应的编目消息发送给设备以为其分配MAC地址的操作称作发现阶段。
应该注意到，这些通信是以1200波特被执行的，并且因此需要大量时间。此外，在将被分配的设备个数增加之后，由所有这些设备发送的各种搜索通知之间发生冲突的风险将显著地增加。这样则需要重复其发现阶段，直到所有设备都已经能够被分配。该标准提供用于帮助在包含大量将被发现的设备的网络中的发现阶段管理的两个机制。这些机制是基于可在发现需求请求中使用的两个参数。第一参数是由1至100之间的整数表示的响应百分比。当接收到发现需求时，未分配设备将随机地取1至100之间的整数，并且如果该数小于或等于响应概率参数时，则决定作出响应。可看出，通过该机制可限定必须被分配且将响应于给定的发现需求请求的设备的百分比。因此，可限制将试图响应的设备的个数，并且因此限制在这些响应之间的冲突。将理解到，对该响应百分比的限制越多，增加发现阶段以使所有设备被分配的必要性越大。
第二机制是基于在发现需求请求中的第二参数，其定义用于响应的时间窗。时间是以时隙被计算的，这些时隙通常持续300毫秒。时间窗参数将被分配给设备的响应的大量时隙定义在15个位中。可看出，时间窗可被定义为高达约3小时的时间。当设备将被分配时，取随机数以允许设备将它的时间响应设置在如此定义的时间窗内。该机制使得将被分配的设备的时间响应分散在该时间窗内成为可能。因此，这两个机制使得首先可减少将响应的设备的个数，其次可将响应分布在不同时间上以限制冲突。
尽管使用了这些机制，但是只要将被分配的设备的个数约为1000，那么发现包含利用低响应概率和长时间窗的大量发现阶段，该时间窗可持续发现几个小时或者甚至超出一天。在此期间，网络不能被有效地用于电度表的远程读取操作。
应该注意到，在***的每个重新初始化时，所有设备都处于非分配状态。然后，重新初始化需要网络的完全发现。此外，发现过程必须非常规律地被执行以使得可首先将地址分配给可能已经被连接于网络的任意新设备，然后为可能已经由于在经过给定时间没有通信之后引起MAC地址丢失的机制而丢失其地址的任意设备重新分配地址。
此外，一旦经过一段时间没有通信之后，设备会丢失它们的MAC地址。该时间通常为12小时。当发现持续不止12小时时，已分配的第一设备丢失它们的地址，并且在发现结束之前是未分配的。这样，该过程不会结束。
为了克服这些问题，本发明提出了在MAC地址分配设备处存储被分配给设备的地址。该存储例如以设备的序列号与被分配的MAC地址之间的关联的列表的形式发生。按照这种方式，发现过程通过将编目请求发送给所有存储的设备被初始化。一旦该发送已经发生，那么可执行传统的发现过程。因此，可保证少量的设备将在该发现阶段期间被分配。更精确地，只有出现在网络上的新设备将必须被分配。该个数被更限制为偏离网路的主要修改，然后，可有利地将响应概率参数设置为100，从而允许所有未分配的设备进行响应。有利地，还将使用短持续时间的时间窗。通常，可使用允许约25个设备响应的约15秒的时间窗，而不使用通常持续很多分钟的窗。在任意情况下，可使用小于30秒的时间窗。
有利地，存储机制使得可执行在发送通信帧之前先将编目请求发送给设备的机制。按照这种方式，避免了设备可能丢失其MAC地址的事实。这是因为如果接收编目请求的设备已经丢失了MAC地址，那么该设备将重新初始化它的MAC地址。然后，它才能够接收通信帧。MAC地址的重新初始化独立于发现机制而发生。然后，发现过程的周期性可被减小，这是因为它们仅用于发现被连接于网络的新设备。
有利地，在发送所有通信帧之前***地发送该编目请求。然后，可保证通信帧被发送给已分配的设备。
有利地，也可存储上一次与每个设备的通信的时刻。然后，可限制编目请求到在给定时间内未与DC通信的设备的在前发送，所述给定时间通常对应于这样的时间，即，在该时间之后设备丢失它的MAC地址。这样，必须被发送的编目请求的个数被限制。
有利地，可试图确定响应于发现需求请求的发送而发生的冲突的个数。在DC接收到正确的前同步码但校验和错误时，检测到冲突。由此可推断出至少一个其它响应干扰了第一个请求的发送。如果冲突的个数很大，那么可增加响应时间窗和/或减小响应概率，以使大量设备能够响应。
图2示出了根据本发明的示例性实施方式的消息交换。DC发送发现需求请求2.1，该请求由设备C1、C2和C3接收。在描绘的实施例中，只有C2是未分配的并且将发现通知2.2答复至DC。然后，DC为C2分配存储的MAC地址，并且为C2发送包含其序列号和为其分配的MAC地址的编目请求2.3。在通信期间，DC再次在发送通信帧2.5之前先发送编目请求2.4，以保证在通信之前设备C2已被分配并且因此能够接收通信帧。
图3示出了根据本发明的MAC地址分配设备3.1的结构的实施例。该设备被连接于配电网络3.7。它具有用于执行前述方法的处理器3.3。它还具有包含存储设备的序列号与MAC地址之间的关联的装置3.5的存储器3.4。例如，该装置为关联列表。处理器和存储器通过通信总线3.6通信，该通信总线还提供与被连接于网络3.7的载波电码通信接口3.2的通信。

Claims (10)

1.一种通过数据集中装置将称作MAC地址的地址分配给被连接于配电网络的设备的方法，每个所述设备具有不同的不可变的序列号，并且所述数据集中装置具有用于存储所述设备的序列号与已被分配有MAC地址的设备的MAC地址之间的关联的组件，所述方法包括由所述数据集中装置所执行的如下步骤：
将包含序列号与被分配的MAC地址之间的关联的编目请求发送给所述关联已被所述数据集中装置存储的所有设备的步骤；然后
通过所述网络以普通广播模式发送发现需求请求的步骤；
接收响应于所述请求、来自于未分配有MAC地址的设备的至少一个发现通知的步骤，所述设备由其序列号被识别；
将可用的MAC地址分配给响应的设备的步骤；
存储作出响应的设备的序列号与分配给所述作出响应的设备的MAC地址之间的关联的步骤；以及
向所述响应的设备发送包括其序列号和被分配给所述作出响应的设备的MAC地址的编目请求的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备易于在经过没有通信的给定时间之后丢失被分配给所述设备的所述MAC地址，所述方法还包括：
在将通信帧发送给所述设备之前发送编目请求的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于通信帧的每个发送，均***地执行在发送通信帧之前发送注册帧的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，上一次发送通信帧到设备的时刻被存储，只有当距上一次发送通信帧的时间超出给定阀值时，才执行在发送通信帧之前发送编目请求的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
以普通广播模式周期地发送发现需求请求的步骤，以使MAC地址能够被分配给出现在所述网络上的新设备。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发现需求请求包括定义响应百分比的第一参数，未分配MAC地址的设备根据响应概率等于所述第一参数的随机抽取做出响应决定，所述第一参数是用百分比概率被定义的。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发现需求请求包括定义响应窗的第二参数，响应于所述请求的设备必须在所述响应窗内随机地定义响应时间，所述响应窗被定义为小于30秒。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发现需求请求包括定义响应窗的第二参数，响应于所述请求的设备必须在所述响应窗内随机地定义响应时间，所述第二参数是根据在先前的发现步骤期间已经响应的设备的个数和检测到的冲突的次数被计算的。
9.一种将称作MAC地址的地址分配给连接于配电网络的设备的装置，每个连接的设备具有不同的不可变的序列号，并且所述装置具有用于存储所述设备的序列号与已被分配有MAC地址的设备的MAC地址之间的关联的组件，所述装置还包括：
将包含序列号与被分配的MAC地址之间的关联的编目请求发送给所述关联已被所述装置存储的所有设备，然后通过所述网络以普通广播模式发送发现需求请求的组件；
接收响应于所述请求、来自于未分配有MAC地址的设备的至少一个发现通知的组件，所述设备由其序列号被识别；
将可用的MAC地址分配给响应的设备的组件；
存储作出响应的设备的序列号与分配给所述作出响应的设备的MAC地址之间的关联的组件；以及
向所述响应的设备发送包括其序列号和被分配给所述作出响应的设备的MAC地址的编目请求的组件，
所述装置被设置为实现根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述设备易于在经过没有通信的给定时间之后丢失被分配给所述设备的所述MAC地址，所述装置还包括：
在将通信帧发送给所述设备之前发送编目请求的组件。
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