[发明专利]窄带电力线载波通信的IP组网方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于窄带电力线载波通信的IP组网方法。

背景技术

TCP/UDP/IP协议是开放的标准协议，已经成为互联网事实上的标准。目前，TCP/UDP/IP协议宽带电力线载波中已广泛使用。主要用于家庭、楼宇的局域网连接，以便共享与公网的接口，避免重复布线，节省成本。宽带电力线载波传输速率高(1Mbps-100Mbps)，数据帧长(大于1K字节)，载波芯片有完善的数据链路成所需的媒体访问控制(MAC)功能，所以，在宽带电力线载波通信中，TCP/UDP/IP协议的移植和使用没有障碍。但是，窄带电力线载波通信传输速率低(数百位每秒到数Kbps)，数据帧短(一般小于500字节)，更为困难的是，大多数窄带电力线载波不具有MAC功能，而具有MAC功能的芯片成本又比较高。因此，需要用软件的方法，实现MAC功能，这是在窄带电力线载波通信网络中采用TCP/UDP/IP协议，需要解决的一个主要问题。

窄带电力线载波通常用于用电节点监控、楼宇自动化、自动抄表等领域，与宽带电力线载波传输的多媒体和计算机通信相比，数据量要少很多。加之电网管理部门对电网上的电磁污染管理较为严格，监控、楼宇自动化、自动抄表等领域只能是窄带应用，并且规定了严格的载波频带内外的辐射标准。从目前的窄带应用来说，如果选择了一个窄带电力线载波芯片，从网络结构的角度来看，从应用层以下，甚至应用层的功能，都要受限于芯 片提供商，其网络层的组网和路由功能，都是私有的，限制了窄带应用的可扩展性。而TCP/UDP/IP协议是开放的、标准化的网络通信协议，如果在网络层采用TCP/UDP/IP作为通信协议，可使整个窄带应用仅在底层依赖芯片提供商，把窄带应用开发人员从整个网络维护任务中解脱出来，仅关注应用层的开发就可以了。

发明内容

本发明的目的是提供一种窄带电力线载波通信的IP组网方法，能够使使窄带电力线通信网由私有封闭网变为可扩展的开放网络，从而降低硬件成本，为智能用电和管电打下基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种窄带电力线载波通信的IP组网方法，其特别之处在于，

(1)帧格式设计

只限于载波芯片通信帧的用户数据区，定义与此算法对应的帧格式，具体特征是用户数据区的第一个字节表示的是帧类型，帧类型包括IP组网方法所用到帧、网络管理帧及普通点对点通信所用到的帧，具体是：组网广播帧hello，0x01；IP地址请求帧IPreq，0x02；IP地址分配帧IPassign，0x03；IP地址确认帧IPack，0x04；组播帧multicast，0x05；组播应答帧multicastrep，0x06；点对点请求帧P2Preq，0x07；点对点应答帧P2Prep，0x08；

(2)具有载波侦听多址访问/冲突避免功能的退避原理

任何节点发送之前，都处于接收状态，检测是否接收到有效帧的同步头字节；所有收到同步头子节的节点，都要保持接收状态，继续接收直到长度字节，然后根据长度字节，判断此帧是否全部接收完毕；每个收到此帧的节点都要根据帧类型及帧长度，判断自身应该等待的时间，然后启动 定时器，等待这个时间长度，并继续保持接收状态；发送节点发送完毕后，切换到接收状态，并等待应答；同时启动一个定时器，判断应答帧是否在规定的时间内到达；每接收一个应答帧，此定时器复位并重新启动定时；若定时期满后仍无应答，则根据会话的性质，确定下一步应该采取的措施；

接收节点若是目标节点，则需要构造应答帧；若目标节点是单个，则它立即构造应答帧并发送；而其它所有在通信双方有效距离内的节点，都根据通信语义及帧长度，等待相应的时间；若目标节点是多个，则各节点根据退避算法，形成一个随机的退避时间，在此时间内，仍处于接收状态；最早结束退避时间的节点，切换到发送状态，发送帧同步字节；其它仍然处于退避期的节点，收到此同步头后，结束此轮定时，处于等待状态，直至发送节点会话结束后，重新开始新的一轮随机退避定时；

接收节点若不是目标节点，则无需构造应答帧，但仍然需要根据所接收到帧的类型，决定自己应该处于等待状态还是定时状态；若处于等待状态，则设置等待状态结束的触发条件；若处于定时状态，则需要计算定时的长度；并且在每一次定时期满之前，若收到同一发送节点新的会话帧，则定时器复位并重新启动定时。