[發(fā)明專利]基于TDMA與CSMA/CA的電力線載波通信信道動(dòng)態(tài)分配方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711184394.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN107919951A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉勝;鄒德琴;張佳瑞;徐殿國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L5/00
• 分類號(hào): H04L5/00;H04B3/54
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 岳昕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，尤其涉及電力線載波通信信道動(dòng)態(tài)分配方法。

背景技術(shù)

目前，網(wǎng)絡(luò)資源中輸配電網(wǎng)絡(luò)覆蓋面最廣，并且具備數(shù)據(jù)通信的功能。基于電力線的通信技術(shù)與其他通信方式相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于連接方便、分布廣泛、開發(fā)方便且不需維護(hù)。利用低壓電力線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，可以應(yīng)用在智能家居、遠(yuǎn)程抄表、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。然而，電力線通信信道及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的時(shí)變性，這就要求設(shè)計(jì)出與之相匹配的信道動(dòng)態(tài)分配方法。

現(xiàn)有的電力線載波通信信道分配方法存在以下問題：

1、自適應(yīng)性差

信道分配方法多采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，載波幀聽多路訪問/沖突避免)，它能有效降低沖突發(fā)生的幾率。然而，該機(jī)制采用隨機(jī)退避方式，自適應(yīng)性比較差，特別是隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增加，沖突會(huì)急劇增加，網(wǎng)絡(luò)吞吐量和效率較低，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。

2、信道利用率低

采用TDMA(Time Division Multiple Access，時(shí)分多址)固定時(shí)隙分配機(jī)制的信道分配方法在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)也能保持良好的自適應(yīng)性，但是如果節(jié)點(diǎn)在自己被分配的時(shí)隙內(nèi)沒有發(fā)送請(qǐng)求，就會(huì)出現(xiàn)空時(shí)隙，導(dǎo)致信道資源浪費(fèi)，信道利用率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的電力線載波通信信道分配方法自適應(yīng)性差且信道利用率低的問題，現(xiàn)提供基于TDMA與CSMA/CA的電力線載波通信信道動(dòng)態(tài)分配方法。

基于TDMA與CSMA/CA的電力線載波通信信道動(dòng)態(tài)分配方法，

利用TDMA協(xié)議為通信網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)分配信道，當(dāng)信道分配完畢出現(xiàn)空時(shí)隙時(shí)，利用CSMA/CA協(xié)議為非主要節(jié)點(diǎn)分配信道，

所述非主要節(jié)點(diǎn)滿足以下要求：

當(dāng)前時(shí)刻屬于非主時(shí)隙的主要節(jié)點(diǎn)幀聽時(shí)段，且有數(shù)據(jù)發(fā)送需求。

所述方法具體包括以下步驟：

步驟一：通信網(wǎng)絡(luò)中所有通信節(jié)點(diǎn)上電后，利用CCO占據(jù)第一個(gè)時(shí)隙并周期性廣播當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)；

步驟二：除CCO外的其他節(jié)點(diǎn)獲取當(dāng)前時(shí)刻；

步驟三：判斷各個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻是否屬于主時(shí)隙的主要節(jié)點(diǎn)幀聽時(shí)段，是則執(zhí)行步驟四，否則執(zhí)行步驟五；

步驟四：判斷節(jié)點(diǎn)是否要發(fā)送數(shù)據(jù)，是則占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)，完成信道的分配，否則返回步驟二；

步驟五：判斷各個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻是否屬于非主時(shí)隙的主要節(jié)點(diǎn)幀聽時(shí)段，是則執(zhí)行步驟六，否則返回步驟二；

步驟六：節(jié)點(diǎn)對(duì)信道進(jìn)行幀聽，判斷信道是否空閑，是則執(zhí)行步驟七，否則執(zhí)行步驟八；

步驟七：?jiǎn)?dòng)退避計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)完畢時(shí)，判斷是否有其他節(jié)點(diǎn)要占用信道，即：信道沖突，是則執(zhí)行步驟八，否則占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)，完成信道的分配；

步驟八：利用退避算法進(jìn)行延時(shí)，然后返回步驟二。

步驟四完成信道的分配后，返回步驟二，重新獲取節(jié)點(diǎn)時(shí)刻，進(jìn)行下一次的信道分配。

步驟七完成信道的分配后，執(zhí)行步驟八進(jìn)行延時(shí)，然后再返回步驟二，重新獲取節(jié)點(diǎn)時(shí)刻，進(jìn)行下一次的信道分配。

本發(fā)明所述的基于TDMA與CSMA/CA的電力線載波通信信道動(dòng)態(tài)分配方法，以TDMA固定時(shí)隙分配為基礎(chǔ)，在不影響固定時(shí)隙分配的基礎(chǔ)上，充分利用了信道資源。結(jié)合了TDMA和CSMA/CA的優(yōu)勢(shì)，在減少網(wǎng)絡(luò)沖突的同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載實(shí)時(shí)變化的過程中，將信道利用率提高了3％。

同時(shí)，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、具有良好的自適應(yīng)性，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加劇或減輕時(shí)都能表現(xiàn)出良好的網(wǎng)絡(luò)性能。

2、具有很強(qiáng)的通用性，可以應(yīng)用在智能家居、樓宇自動(dòng)化、軌道交通等多個(gè)領(lǐng)域。

3、采用退避算法可以保證網(wǎng)絡(luò)沖突盡可能小。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，在低壓電力線載波通信的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域均可投入使用。

附圖說明

圖1為TDMA時(shí)隙結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間軸示意圖；

圖3為基于TDMA與CSMA/CA的電力線載波通信信道動(dòng)態(tài)分配方法的流程圖；

圖4為三種典型的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式