CN106452505B - 一种载波与无线的mac层融合通信方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载波与无线的MAC层融合通信方法和装置，其中，该方法包括：步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；步骤B：通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；步骤C：分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；步骤D：比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据。
Description
技术领域
本发明涉及电力通信技术领域，具体地，涉及一种载波与无线的MAC层融合通信方法和装置。
背景技术
电力线载波通信(PowFrlinF Communications，PLC，电力线载波)技术作为电力行业特有的通信技术，拥有覆盖范围广、成本低的巨大优势，在电力用户用电信息采集***领域得到广泛应用。
微功率无线通信技术可以克服其他通信方式在某些抄表场合的不足，施工方便，不需要额外铺设电缆，普通工人都可以方便的进行安装；通信不受电网特性限制，可方便的对跨台区、复杂用电环境快速实施抄表操作；通信速率快，实时性高，方便实施远程预付费、远程拉合闸等应用。
在基于电力线载波通信的用电信息采集***的应用中，由于电力线载波通信的传输距离有限，需要通过中继方式保证抄表覆盖范围，对于农村、城乡结合部等低密度住宅不能做到全覆盖，实施难度很大；而且低压电力线窄带载波速率低，实时性差，无法满足远程预付费，远程拉合闸的需求。
而在基于微功率无线通信的用电信息采集***中，由于微功率无线距离短，穿透力弱，直接影响通信可靠性、***容量。此外，在基于电力线载波通信或者基于微功率无线通信的用电信息采集***中，由于这两种通信***所承载的电力用户用电数据报文信息较为敏感，对通信安全有着一定的要求。
因此，在现有的用电信息采集***中，采用单一的通信方式不仅难以保证高度可靠通信质量，更难以保证通信安全，这已成为亟待解决的紧迫问题。
发明内容
为了解决现有技术中用电信息采集***通信可靠性和安全性不高的问题，本发明提出了一种载波与无线的MAC层融合通信方法和装置。
本发明的载波与无线的MAC层融合通信方法，包括：
步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；
步骤B：通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；
步骤C：分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；
步骤D：比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据。
本发明的载波与无线的MAC层融合通信方法，采用MAC层融合的方法，即共用MAC层处理模块的方式，并通过电力线载波物理层与微功率无线物理层进行双通道的双发优收、自动进行MAC协议的切换，降低了设计复杂度。
本发明的载波与无线的MAC层融合通信装置，包括：
通信融合模块，用于将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；
数据发送模块，用于通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；
误码率计算模块，用于分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；
信道选择模块，用于比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据。
本发明的载波与无线的MAC层融合通信装置，采用MAC层融合的方法，即共用MAC层处理模块的方式，并通过电力线载波物理层与微功率无线物理层进行双通道的双发优收、自动进行MAC协议的切换，降低了设计复杂度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的载波和无线的MAC层融合通信的示意图；
图2为本发明实施例一的方法流程图；
图3为本发明实施例中MAC层处理模块的结构示意图；
图4为本发明实施例的载波与无线的MAC层融合通信装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
为了解决现有技术中用电信息采集***通信可靠性和安全性不高的问题，本发明提出了一种载波与无线的MAC层融合通信方法和装置。
本发明所提出的载波与无线的MAC层融合通信方法和装置，采用MAC层融合的方式实现。该装置主要由三部分构成：微功率无线物理层、电力线载波物理层、MAC层处理模块。如图1所示，微功率无线物理层和电力线载波物理层共用同一个MAC层处理模块，因此使用同一个的MAC地址。
载波电力线通信的物理层和微功率无线通信的物理层以独立分开的方式同时工作，各自实现信号的发送/接收、AD-DA转换以及基带处理。载波电力线通信物理层和微功率无线通信物理层均采用全双工的工作模式。
1)微功率无线工作频段为470MHz-486MHz，数据传输速率为9600Kbps；其中无线基带处理单元主要负责物理层的组帧/解帧。在发送数据时，无线基带处理单元将来自上层的MAC帧封装成物理层帧格式；而在接收数据时，无线基带处理单元将物理层帧格式解封装成MAC帧，传递给MAC层处理模块。
2)电力线载波工作频段为72KHz和86KHz(频谱宽度为16KHz)，数据传输速率为9600Kbps。电力线载波基带处理单元主要负责物理层的组帧/解帧。在发送数据时，电力线载波基带处理单元将来自上层的MAC帧封装成物理层帧格式；而接收数据时，电力线载波基带处理单元将物理层帧格式解封装成MAC帧，传递给MAC层处理模块。
在该装置的MAC层，主要采用一个MAC层处理模块实现该层的各项主要功能，MAC层处理模块与两路物理层(电力线载波信道的物理层和微功率无线信道的物理层)通过URAT或MII接口进行数据发送和接收的双向交互。
本发明的技术方案采用“双发优收”的原理，即发送数据时采用微功率无线通道和电力线载波两个通道同时发送数据，接收数据时通过两个通道的误码率比较，择优自动切换到通信质量较好的通道接收数据。
实施例一
如图2所示，本发明的载波与无线的MAC层融合通信方法，包括：
步骤S201：将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；
本发明的融合通信功能主要由MAC层处理模块实现，该模块同时运行电力线载波的MAC协议和微功率无线的MAC协议，根据电力线载波和无线两个信道的通信质量，在两个信道之间进行切换和协议转换。采用判决切换控制单元与映射单元模块结合的方式，来实现对两种MAC协议之间的切换。如图3所示为本发明的MAC层处理模块的结构示意图。
步骤S202：通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；
步骤S203：分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；
误码率BER(Bit Error Rate，二进制误码率)可以根据信噪比计算得出，误码率与信噪比的关系是根据概率统计学公式得到的：
其中，M为调制多相制数(多相制是指由多个频率相同而相位不同的电动势作为电源供电的方式)，e为自然常数，r＝C/N为信噪比，即信噪比指的是在解调(进入解调器的)前的信号频谱中有用信号功率C与噪声功率N的比值。
本步骤为实时的误码率计算，即分别计算来自无线微功率信道的物理层和电力线载波信道的物理层的数字基带信号的误码率，以此作为两种信道通信质量优劣的判断依据，本领域技术人员应当了解，误码率较低的信道的通信质量较优，反之亦然。
步骤S204：比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据。
具体的，本步骤主要为了实现通信方式的判决与切换，通过将微功率无线和电力线载波这两种通信方式的误码率进行比较，判决两种方式通信质量的优劣，自动切换到通信质量较好的物理层通信方式。
本发明的载波与无线的MAC层融合通信方法，采用MAC层融合的方法，即共用MAC层处理模块的方式，并通过电力线载波物理层与微功率无线物理层进行双通道的双发优收、自动进行MAC协议的切换，降低了设计复杂度。
优选的，本发明的方法还包括：
步骤S205：根据步骤S204中选择的通信信道，所述MAC层处理模块在电力线载波的通信协议帧与微功率无线的通信协议帧之间进行相互转换和同步映射。
该步骤为自动进行协议转换的过程，根据前述步骤S204中所选定的物理通信信道(即无线微功率通信方式或电力线载波通信方式)，在微功率无线通信协议帧和电力线载波通信协议帧之间进行相互转换和同步映射，以适应所选定的物理层通信方式。
为此，本发明在MAC层处理模块中设计了两种协议之间的帧格式映射单元。在发送数据时，帧格式映射单元只需将数据根据帧格式分别填入电力线载波信道的MAC帧和微功率无线信道的MAC帧中；在接收数据时，只需将接收到的MAC帧的数据存入帧格式映射单元。
该步骤的方法带来的有益技术效果为：由于在MAC层处理模块中设计了两种MAC协议的帧格式映射单元，因此，在发送数据时，帧格式映射单元只需将数据根据帧格式分别填入电力线载波的MAC帧和微功率无线的MAC帧中；在接收数据时，只需将接收到的MAC帧的数据存入帧格式映射单元，通过上述方法，提高了MAC层的处理速度。
优选的，本发明的方法还包括：
步骤S206：当所述第一误码率和所述第二误码率均过高，或所述电力线载波信道和所述微功率无线信道均产生丢包时，则从两个信道同时发起自动重传请求或重新向外发送数据。
丢包的判断方法可以如下：接收节点在收到数据包后，给发送节点回复一个ACK确认；如果发送节点在超过等待时间(可人为自行设置)未收到ACK，则视为丢包。
该步骤实现了自动重传请求的功能：如果微功率无线通道和电力线载波通道的通信质量都不理想导致第二误码率、第一误码率过高或产生丢包，则接收数据时，在MAC层处理模块的控制下从两个信道向外同时发起自动重传请求；发送数据时则重新发送。该步骤提供的方法，能够支持MAC层发起自动重传请求，进一步提高了通信可靠性。
实施例二
如图4所示，本发明的载波与无线的MAC层融合通信装置，包括：
通信融合模块41，用于将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；
数据发送模块42，用于通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；
误码率计算模块43，用于分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；
信道选择模块44，用于比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据。
误码率BER(Bit Error Rate，二进制误码率)可以根据信噪比计算得出，误码率与信噪比的关系是根据概率统计学公式得到的：
其中，M为调制多相制数(多相制是指由多个频率相同而相位不同的电动势作为电源供电的方式)，e为自然常数，r＝C/N为信噪比，即信噪比指的是在解调(进入解调器的)前的信号频谱中有用信号功率C与噪声功率N的比值。
转换映射模块45，用于根据信道选择模块选择的通信信道，所述MAC层处理模块在电力线载波的通信协议帧与微功率无线的通信协议帧之间进行相互转换和同步映射。
自动重传模块46，用于当所述第一误码率和所述第二误码率均过高，或所述电力线载波信道和所述微功率无线信道均产生丢包时，则从两个信道同时发起自动重传请求或重新向外发送数据。
丢包的判断方法可以如下：接收节点在收到数据包后，给发送节点回复一个ACK确认；如果发送节点在超过等待时间(可人为自行设置)未收到ACK，则视为丢包。
优选的，所述转换映射模块45具体包括：
映射单元设置子模块451，用于在所述MAC层处理模块中设置帧格式映射单元，所述帧格式映射单元用于电力线载波信道与微功率无线信道之间的通信协议帧映射；
第一存入子模块452，用于当发送数据时，将所述数据根据帧格式分别存入所述电力线载波信道的MAC帧和所述微功率无线信道的MAC帧中；
第二存入子模块453，用于当接收数据时，将所述数据的MAC帧存入所述帧格式映射单元。
本实施例所述装置与实施例一所述的方法相对应，其具有实施例一的全部技术效果，在此不再赘述。
本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图4为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种载波与无线的MAC层融合通信方法，其特征在于，包括：
步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；
步骤B：通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；
步骤C：分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；
步骤D：比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据；
步骤E：根据步骤D中选择的通信信道，所述MAC层处理模块在电力线载波的通信协议帧与微功率无线的通信协议帧之间进行相互转换和同步映射，
其中，所述步骤E具体包括：在所述MAC层处理模块中设置帧格式映射单元，所述帧格式映射单元用于电力线载波信道与微功率无线信道之间的通信协议帧映射；当发送数据时，将所述数据根据帧格式分别存入所述电力线载波信道的MAC帧和所述微功率无线信道的MAC帧中；当接收数据时，将所述数据的MAC帧存入所述帧格式映射单元。
2.根据权利要求1所述的载波与无线的MAC层融合通信方法，其特征在于，该方法还包括：
步骤F：当所述第一误码率和所述第二误码率均过高，或所述电力线载波信道和所述微功率无线信道均产生丢包时，则从两个信道同时发起自动重传请求或重新向外发送数据。
3.一种载波与无线的MAC层融合通信装置，其特征在于，包括：
通信融合模块，用于将电力线载波信道和微功率无线信道共用MAC层处理模块，所述MAC层处理模块同时运行电力线载波信道的MAC协议和微功率无线信道的MAC协议；
数据发送模块，用于通过所述电力线载波信道和微功率无线信道同时向外发送数据；
误码率计算模块，用于分别计算所述电力线载波信道的第一误码率以及所述微功率无线信道的第二误码率；
信道选择模块，用于比较所述第一误码率和第二误码率，根据比较结果选择通信质量较好的信道接收数据；
转换映射模块，用于根据信道选择模块选择的通信信道，所述MAC层处理模块在电力线载波的通信协议帧与微功率无线的通信协议帧之间进行相互转换和同步映射，
其中，所述转换映射模块具体包括：
映射单元设置子模块，用于在所述MAC层处理模块中设置帧格式映射单元，
所述帧格式映射单元用于电力线载波信道与微功率无线信道之间的通信协议帧映射；
第一存入子模块，用于当发送数据时，将所述数据根据帧格式分别存入所述电力线载波信道的MAC帧和所述微功率无线信道的MAC帧中；
第二存入子模块，用于当接收数据时，将所述数据的MAC帧存入所述帧格式映射单元。
4.根据权利要求3所述的载波与无线的MAC层融合通信装置，其特征在于，该装置还包括：
自动重传模块，用于当所述第一误码率和所述第二误码率均过高，或所述电力线载波信道和所述微功率无线信道均产生丢包时，则从两个信道同时发起自动重传请求或重新向外发送数据。
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| GR01 | Patent grant | ||
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