[发明专利]中继过程的侦听确认方法及其电力载波通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据中继传输方法，特别是应用于电力载波通信系统的中继过程的侦听确认方法，以及应用这种方法的电力载波通信系统。

背景技术

将电力线作为传输数据信号的通信媒介，是现今载波通信技术发展的一个热点领域。随着相关应用和研究的不断推进，对低压载波通信技术的认知也逐渐深入。

在低压电网上实现可靠通信存在着以下几个方面的不利因素：

(1)高能量的噪声干扰：电力线本身存在固有的脉冲干扰和各种用电设备频繁开关所产生的周期性连续干扰和随机的突发性干扰。这些干扰由于其高能量、宽频谱的特性，如果它们正好发生在数据通信过程当中，通常会使所传数据的若干个比特甚至整个数据传输过程发生错误，而且可能使接收设备内部产生自干扰，严重影响整个系统的工作。

(2)不可预测的负载变化：低压电力线输入阻抗会随频率变化而剧烈变化，当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。

(3)时变性的信号衰减：由于低压电力线是非均匀不平衡的传输线，接在上面的负载阻抗也不匹配，所以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。这些复杂现象的组合，使信号的衰减随距离的变化关系变得非常复杂，有可能出现近距离点的衰减比远距离点还大的现象。再加上电力线本身的线路老化、线损严重等情况，使得线路衰减比较严重，通常可达60dB以上。

另外，信号的高变形，以及配电变压器对电力载波信号的阻隔作用，也会大大影响信号传输的可靠性和信号传输距离的远近，使得电力线成为了一个并不理想的通信媒介。

虽然随着许多新兴数字技术的发展，例如扩频通信技术、数字信号处理技术等，可以提高和改善物理层通信性能。但是在带宽受限，功率受限的前提下，电力线通信点对点物理传输性能的提高终究不会超过理论上的极限。而且低压电力网通信信道是动态的、极其复杂的，仅仅靠改善物理层通信性能并不足以彻底解决可靠性问题。

因此，最终还是需要依靠设备之间组成网络进行数据的传输，同时应用上层协议标准的技术支持才能真正使电力载波通信技术的应用水平提升到一个新的高度。

然而，现有通信协议中关于组网和可靠性传输的技术主要是基于以太网或是无线网络而设计，由于电力线传输介质和应用环境的特殊性，使得适用于电力载波通信的技术方案非常缺乏。例如电力载波集中抄表系统的应用，设备之间组网一般只有简单的总线或者星型拓扑结构，通信方式也只局限于简单的主从式应答方式，组网效率低，通信质量严重受限。在中国专利CN01218146.3中，每个终端虽然采用三相载波传输方来提高抄表的可靠性，但是由于网络中每个终端只和集中器直接相连，如果两者之间的距离已经超过了物理传输的最大范围，那么可靠性同样无法保证。

所以，要使整个网络容量能够不依赖于物理通信性能而灵活的进行扩充，就必须具有数据中继转发的功能。这样才能有效的延长通信距离，扩展整个网络的拓扑结构。

但是，由于在电力载波通信系统当中，点对点通信会因为衰减和噪声等客观因素的影响而造成通信成功率的下降，有时甚至会造成整个通信过程的持续性失败。所以随着中继次数的不断增加，数据在长距离传输中的不稳定性也会越来越明显。例如中国专利CN01136617.6中，虽然通过人工编制和测试路由表的方法实现了终端之间互为中继的功能，但是一旦中继路径确定以后，在数据传输过程中，因为某两点之间的突发干扰而影响到整个通信过程时，就没有方法可以从当前位置马上恢复通信。

为了解决数据在传输过程当中不会因为中继转发节点的不稳定而造成整个通信过程失败的问题，必须要在点对点通信当中加入相应的确认机制。

然而，一般的确认机制都是采用数据接收方返回确认报文(ACK)给数据发送方来实现端到端的可靠性确认。由于现有电力载波通信技术传输速率一般都比较低，最多只有几K，所以如果采用这种确认机制，那么即使真正传输的数据量很少，随着中继次数的增加，网络中的实际通信量也会因为两点之间确认报文的倍数增长，给整个网络带来很多不必要的通信负担。例如中国专利CN200410014637.2中，就是采用发送中继连接命令并接收返回应答帧来确定中继路径的，并且由于此过程还与数据中继传输过程相分离，所以确认机制的可靠性也会降低。