CN112422156A - 一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，包括以下步骤：S1：各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量；S2：各网关分别定期向各局域网内的节点发送信标帧；S3：若某一局域网内的节点收到另一局域网内的节点发出的信标帧，根据各自的信标帧，判断各自所在的局域网的网络规模大小；S4：对网络规模小的局域网的网络进行解散操作；S5：对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中；S6：重复步骤S1至S5，直至所有局域网合并为单一的网络规模更大的局域网。本发明能快速自主融合区域内规模较小的局域网，实现区域内网络的快速组网。

Description

一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法

技术领域

本发明涉及配电网通信领域，更具体地，涉及一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法。

背景技术

随着化石能源的短缺，环保压力日益增强，可再生能源将成为人类能源的主要供给来源。但可再生能源(风电、光伏发电等)的波动性、采能/用能间的不平衡性和地域不平衡性等特征，严重制约了可再生能源的大规模使用。

为了解决可再生能源大规模接入传统电网所带来的诸多问题，人们提出了微电网、智能电网、能源互联网等相关概念。作为未来能源供给平台，电力能源互联网(以下简称能源互联网)得到了全世界的广泛关注，其优势也逐渐得到了学术界与工业界的认可。虽然目前尚未有一个权威性定义，但能源互联网“智慧、能自学***台是CPS重要组成部分。

能源互联网在多空间尺度下，表现为广域的“主干网”(输电网)，区域的“接入网”(配电网)和本地的“局域网”(用户网)，如图1所示。在区域的“接入网”的低压配电网中，各种电气负载设备具有高动态拓扑变化性，使能源互联网具有多尺度动态性，导致通信网中的数据处理量大大增加。目前，在低压配电网中已使用的通信技术包括光纤通信、电力线载波通信(宽带和窄带)、RS485/232和微功率无线通信等。电力线省去了通信专业电缆，直接利用现有的配电网作为能源、信息与控制一体化网络平台，从真正意义上实现电力与信息的同网传输。

相比其他通信技术，低压电力线通信技术有着诸多优势，但通信可靠性是目前应用受到限制和质疑的最主要原因。电力线通信信道环境的复杂性和通信介质环境的共享性、开放性和多样性，是导致电力线通信***可靠性不强的本质原因。对于电力线通信来说，仅提高节点间点对点的通信高可靠性，并不意味着能够提高整个网络的通信高可靠性，它仅是网络可靠性的基础和前提。为了能够实现网络的通信可靠性，需要提出快速有效的组网方法。但在实际工况(即节点数量比较大，或节点间距离比较远，或信道环境突然变坏等情况)中，区域内节点进行的自组网会出现多网络共存的问题，严重影响组网的稳定性与快速性。因此，提出合适的多网络融合方法，保证节点间的可靠通信，将会成为低压PLC(电力线通信，英文全称为Power Line Communication)网络的一项前沿性课题，具有重大理论及实际意义。

公开日为2016-02-17，公开号为CN105337638A公开了一种基于子网体量的电力线通信多子网融合方法，在低压电力线网络中，由于节点分布在不同的区域内，采用准蛛网分形组网方法会形成多个准蛛子网。由于不同准蛛子网内的子节点会定期向其通信范围内的节点发送信标帧，若另一个准蛛子网内的子节点收到该信标帧后，该节点此时需比较准蛛子网MAC(局域网地址，英文全称为Media Access Control Address)地址大小，以向主节点MAC大的准蛛子网方向为原则进行融合，主节点MAC小的准蛛子网将其解散，解散后的节点将以新节点注册加入网络的方式逐一加入网络，直到全部节点加入网内为止。但是在节点数量比较大、或节点间距离比较远、或信道环境突然变坏等工况下，采用当前已有技术却存在诸多的问题。在节点在不同区域内分布不均匀的情况下，再采用现有文件中提出的方法进行网络融合会导致规模较大的局域网解散时间过长，使得最终网络融合(即组网)所需要的时间过大，严重影响整个区域的组网效率。

但现阶段国内外研究较多的是某个特定区域内的单一网络的自组网方法，对于不同区域多个网络之间的相互融合方法研究相对较少，本质原因是多个网络相互融合机制较为复杂，并且现阶段已提出的融合技术还存在以下问题：

1.现阶段个别学者已提出的子网融合方法，该方法是明确指出了网络的融合方向，并且根据可行的融合方法是可以实现子网间的网络融合。但如果节点在整个区域内分布不均匀时，使节点在各自区域内进行组网时会出现较小规模(即节点数少)的本地网络，按照已有子网融合方法进行网络融合将会导致网络融合时间过长，严重影响整个区域所有节点的组网时间。

2.不同区域内节点将会组建成了多个不同的局域网，因此整个区域也就存在多个主节点(即网关)。现阶段已提出方法将多个主节点收敛为单一主节点的方法考虑因素(即限制条件)较少，导致主节点收敛时间较长，网络融合效率较低，不利于主节点对整个区域的所有节点进行管理及维护。

3.现阶段在网络相互融合过程中，由于网络间交叉的公共节点会接收到隐终端发出的组网信标帧，使得节点在接收本地网络内的信标帧出现帧碰撞，导致接收到的信标帧失败，也会使得区域内局域网快速融合较难实现。

发明内容

本发明提供一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，快速高效的将不同局域网融合成单一网络。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，包括以下步骤：

S1：各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量；

S2：各网关分别定期向各局域网内的节点发送信标帧，信标帧起到两个作用。第一个作用是发现区域内未注册的子节点，并实现这类节点的注册入网；第二个作用是判断整个本地网络外是否存在其他局域网；

S3：若某一局域网内的节点收到另一局域网内的节点发出的信标帧，根据各自的信标帧，判断各自所在的局域网的网络规模大小；

S4：对网络规模小的局域网的网络进行解散操作；

S5：对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中；

S6：重复步骤S1至S5，直至所有局域网合并为单一的网络规模更大的局域网。

优选地，步骤S1中各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量，具体为：

局域网内节点定期通过代理转发心跳帧至网关，网关收到心跳帧后，回复ACK帧，通过心跳帧与心跳帧的握手机制，网关可判断出在线节点和离线节点的数量。

优选地，步骤S2中所述信标帧中包括各自局域网网络标志符和各自局域网的网络规模。

优选地，所述局域网网络标志符为局域网网关逻辑地址。

优选地，所述局域网的网络规模为已注册入网的节点数。

优选地，步骤S2之后，步骤S3之前，当局域网的节点定期发出信标帧后，若未找到网内孤立节点时，则说明该区域内节点均已注册进入局域网内。

优选地，步骤S4中对网络规模小的局域网的网络进行解散操作，具体为：

S4.1：比较网络规模大小后，网络规模大的局域网自主创建网络解散数据帧，并以广播方式发向网络规模小的局域网内的节点；

S4.2：网络规模小的局域网内的节点接收到网络解散数据帧后，采用初始化并进行复位操作，断开节点之间的逻辑链路连接。

优选地，步骤S4.2中网络规模小的局域网内的节点接收到网络解散数据帧后，随机延时自调度该网络解散数据帧发现通信范围内的其它节点。

优选地，步骤S5中对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中，具体为：

S5.1：已经进行复位操作后的节点在接收到网络规模大的局域网的节点发送的信标帧后，以间接注册入网方式加入到网络规模大的局域网内。

优选地，步骤S5.1中已经进行复位操作后的节点在接收到网络规模大的局域网的节点发送的信标帧后，随机延时自调度该网络解散数据帧发现通信范围内的其它节点。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，智能识别区域内的每个网络规模程度，快速自主融合区域内规模较小的局域网，实现区域内网络的快速组网；本发明将不同局域网内的多个主节点均朝向局域网规模大的主节点进行收敛，最后不同规模较小的局域网均与规模大的网络融合成一个局域网后，多个不同局域网的主节点也最终收敛成单一主节点，更有利于主节点管理区域中的所有子节点；能够降低多个局域网络间公共节点接收到多个信标帧的冲突概率，提高了多局域网的融合效率，实现区域内多局域网快速融合的目标。同时，该方法具有很强的通用性，适用于在能源互联网、泛在电力物联网、智能家居、车载娱乐***等其他领域中推广和普及。

附图说明

图1为能源互联网结构示意图。

图2为本发明的方法流程示意图。

图3为实施例中网络融合示意图。

图4为实施例中局域网1的网络解散流程示意图。

图5为实施例中节点注册到局域网2的流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，如图2，包括以下步骤：

S1：各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量；

S2：各网关分别定期向各局域网内的节点发送信标帧，信标帧起到两个作用。第一个作用是发现区域内未注册的子节点，并实现这类节点的注册入网；第二个作用是判断整个本地网络外是否存在其他局域网；

S3：若某一局域网内的节点收到另一局域网内的节点发出的信标帧，根据各自的信标帧，判断各自所在的局域网的网络规模大小；

S4：对网络规模小的局域网的网络进行解散操作；

S5：对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中；

S6：重复步骤S1至S5，直至所有局域网合并为单一的网络规模更大的局域网。

步骤S1中各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量，具体为：

局域网内节点定期通过代理转发心跳帧至网关，网关收到心跳帧后，回复ACK帧，通过心跳帧与心跳帧的握手机制，网关可判断出在线节点和离线节点的数量。

步骤S2中所述信标帧中包括各自局域网网络标志符和各自局域网的网络规模。

所述局域网网络标志符为局域网网关逻辑地址。

所述局域网的网络规模为已注册入网的节点数。

步骤S2之后，步骤S3之前，当局域网的节点定期发出信标帧后，若未找到网内孤立节点时，则说明该区域内节点均已注册进入局域网内。

步骤S4中对网络规模小的局域网的网络进行解散操作，具体为：

S4.1：比较网络规模大小后，网络规模大的局域网自主创建网络解散数据帧，并以广播方式发向网络规模小的局域网内的节点；

S4.2：网络规模小的局域网内的节点接收到网络解散数据帧后，采用初始化并进行复位操作，断开节点之间的逻辑链路连接。

步骤S4.2中网络规模小的局域网内的节点接收到网络解散数据帧后，随机延时自调度该网络解散数据帧发现通信范围内的其它节点。

步骤S5中对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中，具体为：

S5.1：已经进行复位操作后的节点在接收到网络规模大的局域网的节点发送的信标帧后，以间接注册入网方式加入到网络规模大的局域网内。

步骤S5.1中已经进行复位操作后的节点在接收到网络规模大的局域网的节点发送的信标帧后，随机延时自调度该网络解散数据帧发现通信范围内的其它节点。

在具体实施过程中，如图3所示的两个区域，当区域1与区域2内的节点采用有效的组网方法后完成了对两个区域内的节点组网后，并形成了局域网1和局域网2。在局域网运行及维护过程中，局域网内子节点需要定期地通过代理转发心跳帧至网关。网关收到心跳帧后，回复ACK帧。通过心跳帧与心跳帧的握手机制，网关可判断出在线节点的数量(包括离线节点的数量)。此外，网关需要定期的发送信标帧，这个信标帧起到两个作用。第一个作用是发现区域内未注册的子节点，并实现这类节点的注册入网；第二个作用是判断整个本地网络外是否存在其他局域网；

当局域网1与局域网2内的节点定期发出信标帧后，若未找到网内孤立节点时，则说明两区域内节点均已注册进入各自的局域网内。假定在某一时刻，局域网2内的节点A和B收到局域网1内的节点C和D发出的信标帧后，信标帧是含有各自局域网网关逻辑地址(即网络标识符)，节点A和B经比较后发现自己存储的网络标识符和节点C和D存储的网络标识符不一致。此外，节点A和B解析信标帧中存储的已注册入网的节点数(即网络规模)，并比较后该信息后也发现自己所在网络规模要更大一些，此时网络节点A和B就会获取到整个区域中除了自己所在的本地网络也是存在其他局域网的这个信息。在本实施例中，在获取到区域中是存在两个(或两个以上)局域网信息后，采用智能识别网络规模大的局域网作为融合方向进行网络融合；

如图4，节点A和B在获取到局域网1的网络规模较小这个信息后，将自主创建网络解散数据帧，并以广播方式发向局域网1的节点。局域网1的节点在收到网络解散帧后，并随机延时自调度该帧发向通信范围内的其他节点。节点在收到该数据帧后，采用初始化并进行复位操作，断开节点之间的逻辑链路连接。通过这个操作是可以将局域网2的网络完成解散操作；

如图5，由于局域网1在解散过程中局域网2内节点仍会动态的发送信标帧，此时已经复位的节点C和节点D(包括其他局域网1内已经复位的节点)在接收到节点A和节点B分别发送的信标帧后将以间接注册入网方式加入到局域网2内，成为局域网2的子节点。类似地，局域网1的其他复位节点也会以相同方式加入到局域网2中，最终结果就会融合成为单一的网络规模更大的局域网1。若区域中存在其他的局域网3、4等，则网络融合的方式和局域网1中的节点方式是相似的。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量；

S2：各网关分别定期向各局域网内的节点发送信标帧；

S3：若某一局域网内的节点收到另一局域网内的节点发出的信标帧，根据各自的信标帧，判断各自所在的局域网的网络规模大小；

S4：对网络规模小的局域网的网络进行解散操作；

S5：对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中；

S6：重复步骤S1至S5，直至所有局域网合并为单一的网络规模更大的局域网。

2.根据权利要求1所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S1中各网关判断各局域网内在线节点和离线节点的数量，具体为：

局域网内节点定期通过代理转发心跳帧至网关，网关收到心跳帧后，回复ACK帧，通过心跳帧与心跳帧的握手机制，网关可判断出在线节点和离线节点的数量。

3.根据权利要求1所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S2中所述信标帧中包括各自局域网网络标志符和各自局域网的网络规模。

4.根据权利要求3所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，所述局域网网络标志符为局域网网关逻辑地址。

5.根据权利要求3所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，所述局域网的网络规模为已注册入网的节点数。

6.根据权利要求1所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S2之后，步骤S3之前，当局域网的节点定期发出信标帧后，若未找到网内孤立节点时，则说明该区域内节点均已注册进入局域网内。

7.根据权利要求1所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S4中对网络规模小的局域网的网络进行解散操作，具体为：

S4.1：比较网络规模大小后，网络规模大的局域网自主创建网络解散数据帧，并以广播方式发向网络规模小的局域网内的节点；

S4.2：网络规模小的局域网内的节点接收到网络解散数据帧后，采用初始化并进行复位操作，断开节点之间的逻辑链路连接。

8.根据权利要求6所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S4.2中网络规模小的局域网内的节点接收到网络解散数据帧后，随机延时自调度该网络解散数据帧发现通信范围内的其它节点。

9.根据权利要求6所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S5中对解散后的局域网内的节点，入网加入到网络规模大的局域网中，具体为：

S5.1：已经进行复位操作后的节点在接收到网络规模大的局域网的节点发送的信标帧后，以间接注册入网方式加入到网络规模大的局域网内。

10.根据权利要求8所述的基于网络规模的低压电力线通信多局域网融合方法，其特征在于，步骤S5.1中已经进行复位操作后的节点在接收到网络规模大的局域网的节点发送的信标帧后，随机延时自调度该网络解散数据帧发现通信范围内的其它节点。

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