无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法

摘要

本发明提供了一种跳频无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法，涉及网络通讯技术领域，解决了微功率无线通信与HPLC通信无法融合的技术问题。本发明的步骤为：划分信道为公共信道与工作信道；划分信标为同步信标与发现信标；划分通信时隙为信标时隙和竞争时隙；给所述无线信标时隙、无线竞争时隙、电力载波信标时隙、电力载波竞争时隙按时序逐一分配时限，形成多个跳频时隙图。本发明通过增加同步信标与发现信标实现微功率无线通信和HPLC通信的融合，不仅提高通信效率，而且保证了通信可靠性。另一方面，降低了同步信标的占用时间，保证了网络的覆盖性。

权利要求

1.一种跳频无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、划分信道为公共信道与工作信道；

S2、划分信标为同步信标与发现信标；

S3、划分通信时隙为信标时隙和竞争时隙；

S4、给无线信标时隙、无线竞争时隙、电力载波信标时隙、电力载波竞争时隙按时序逐一分配时限，形成多个跳频时隙图。

2.根据权利要求1所述的双模通信方法，其特征在于，步骤S4完成后，还包括的步骤为：S5、组网；

S6、时钟同步。

3.根据权利要求2所述的双模通信方法，其特征在于，所述组网步骤如下：S51、中心节点依次扫描无线公共信道、电力载波工作信道、无线工作信道；

所述中心节点通过扫描能够获取所述无线公共信道的网络配置信息、所述HPLC网络的电力载波信号以及所述无线工作信 道的占用和干扰信息；

S52、外围节点扫描所述无线工作信道，并停留在所述无线公共信道，接收所述发现信标；

S53、所述中心节点根据扫描结果，分别在所述工作信道、跳频图案中选择1个工作信道和1个跳频时隙图；

S54、所述中心节点分别在其无线信标时隙、电力载波时隙到来时发送第一组网信标；

S55、所述外围节点收到所述第一组网信标，根据所述第一组网信标的同步信息，分别进行同步，并依次在所述中心节点的竞争时隙向所述中心节点发送入网申请；

S56、所述中心节点收到第一节点的入网申请，并对其进行合法性判断；合法，则给所述第一节点发送第一确认应答；否则，依序判断其他节点的合法性；

S57、所述第一节点入网后，分别在其无线信标时隙、电力载波时隙到来时，转发第二组网信标；所述第二组网信标由所述中心节点向所述第一节点发送；

S58、第二节点收到所述第二组网信标，向所述第一节点发送入网申请，所述第一节点向所述中心节点转发所述入网申请；

S59、所述中心节点收到所述第二节点的入网申请，并对其进行合法性判断；合法，则给所述第二节点发送第二确认应答；否则，依序判断其他节点的合法性；

S510、第三节点依次执行步骤S57‑S59直到入网为止；所述第三节点为未入网的节点或新增节点。

4.根据权利要求3所述的双模通信方法，其特征在于，所述时钟同步步骤为：S61、所述中心节点的超帧指向所述工作信道的起始时隙，向所述外围节点发送所述同步信标；

S62、所述外围节点收到所述同步信标，并在各自的信标时隙完成时钟同步。

5.根据权利要求4所述的双模通信方法，其特征在于，在所述时钟同步 完成后，还包括所述无线公共信道在所述信标时隙向所述电力载波信道发送所述发现信标。

6.根据权利要求5所述的双模通信方法，其特征在于，所述公共信道数量为1个或2个；

所述工作信道数量为多个。

7.根据权利要求6所述的双模通信方法，其特征在于，所述中心节点为微蜂窝接入中心或分布接入单元；

所述中心节点能够对所述网络的节点接入、路由维护与分配以及数据冲突规避进行管理。

8.根据权利要求7所述的双模通信方法，其特征在于，所述外围节点为除所述中心节点以外的网络节点，包括微功率无线网络中的节点和所述HPLC网络中的节点。

9.根据权利要求8所述的双模通信方法，其特征在于，所述第一组网信标、第二组网信标在所述公共信道上发送；所述入网申请、第一确认应答、第二确认应答在所述工作信道上发送；

所述公共信道包括无线公共信道；所工作信道包括所述无线工作信道、电力载波工作信道。

10.根据权利要求9所述的双模通信方法，其特征在于，所述第一组网信标包括所述中心节点的无线跳频图谱、网络地址、同步信息、时隙分配信息；

所述第二组网信标包括所述第一节点的无线跳频图谱、网络地址、同步信息、时隙分配信息；

所述第一确认应答包括由所述中心节点分配给所述第一节点的跳频图、信标时隙和网络地址；

所述第二确认应答包括由所述中心节点分配给所述第二节点的跳频图、信标时隙和网络地址。

说明书

无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法

技术领域

[0001] 本发明涉及网络通讯技术领域，尤其涉及一种无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法。

背景技术

[0002] 在高速电力线载波(High speed Power Line Communication，HPLC)标准中，对信标的类型、帧结构、工作时隙安排做了严格的定义。在将微功率无线通信技术和低压电力线
载波(Power Line Communication，PLC)通信技术结合起来，开发双模通信技术时，如果完
全使用HPLC的信标的技术协议，是不可行的。这是因为上述两种技术存在以下的技术差异，
会影响双模的协议与工作机制。

[0003] 第一，微功率无线通信速率与HPLC通信速率相差较大，使得传输相同的信标帧时，二者所使用的时间相差很大。比如无线通信最大速率为200Kbps，最低为20Kbps，HPLC最大
速率为1Mbps，最低为100Kbps，二者相差5倍，如果传输相同长度的信标帧，时隙的长度要求
相差5倍，工作时不好匹配。

[0004] 第二，HPLC信标帧中包含的信息比较多，当网络节点数量达到300个以上时，帧长度一般在520Byte以上，如果节点数超过1000个，需要连续发送多个520Byte长度的数据帧。
520Byte长的数据包在以20Kbps或200Kbps速率传输时，通信时间为208ms或20.8ms。当数据
在空中传输时间较长时，容易因为收到一些突发干扰而造成通信失败，降低通信可靠性。

[0005] 第三，HPLC信标帧的信息所面对的对象实际上有两个，一个是已经入网的节点，用于网络同步；一个是没有入网的节点，用于网络发现。由于电力线的物理特性的局限，HPLC
只能在同一个通信信道中将两种信标结合起来统一发送。而在无线通信条件下，空中接口
可以分配多个信道，从而将不同的信标放在不同的信道中发送传输。

[0006] 第四，HPLC协议中，在每一个超帧都会重复发送一些产生变化的信令信息，如中心节点的介质访问控制(Medium Access Control，MAC)地址，如果双模无线信道和电力载波
信道都要按照这个要求发送信令信息，会降低整体通信效率。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题在于针对上述两种技术差异而导致的无法融合的技术缺陷，提供了一种跳频无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种跳频无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法，包括如下步骤：

[0009] S1、划分信道为公共信道与工作信道S2、划分信标为同步信标与发现信标

[0010] S3、划分通信时隙为信标时隙和竞争时隙

[0011] S4、给所述无线信标时隙、无线竞争时隙、电力载波信标时隙、电力载波竞争时隙按时序逐一分配时限，形成多个跳频时隙图。

[0012] 进一步地，在步骤S4完成后完成后，还包括的步骤为：S5、组网；S6、时钟同步。

[0013] 进一步地，所述组网步骤如下：

[0014] S51、中心节点依次扫描所述无线公共信道、电力载波工作信道、无线工作信道；所述中心节点通过扫描能够获取所述无线公共信道的网络配置信息、所述HPLC网络的电力载
波信号以及所述无线工作道的占用和干扰信息；

[0015] S52、外围节点扫描所述无线工作信道，并停留在所述无线公共信道，接收所述发现信标；所述发现信标包括HPLC网络节点发送的发现信标；所述外围节点通过扫描能够获
取所述无线工作信道的占用信息；

[0016] S53、所述中心节点根据扫描结果，分别在所述工作信道、跳频图案中选择1个工作信道和1个跳频时隙图；

[0017] S54、所述中心节点分别在其无线信标时隙、电力载波时隙到来时发送第一组网信标；

[0018] S55、所述外围节点收到所述第一组网信标，根据所述第一组网信标的同步信息，分别进行同步，并依次在所述中心节点的竞争时隙向所述中心节点发送入网申请；

[0019] S56、所述中心节点收到第一节点的入网申请，并对其进行合法性判断；合法，则给所述第一节点发送第一确认应答；否则，依序判断其他节点的合法性；

[0020] S57、所述第一节点入网后，分别在其无线信标时隙、电力载波时隙到来时，转发第二组网信标；所述第二组网信标由所述中心节点向所述第一节点发送；

[0021] S58、第二节点收到所述第二组网信标，向所述第一节点发送入网申请，所述第一节点向所述中心节点转发所述入网申请；

[0022] S59、所述中心节点收到所述第二节点的入网申请，并对其进行合法性判断；合法，则给所述第二节点发送第二确认应答；否则，依序判断其他节点的合法性；

[0023] S510、第三节点节点依次执行步骤S57‑S59直到入网为止；所述第三节点为未入网的节点或新增节点。

[0024] 进一步地，所述时钟同步步骤为：

[0025] S61、所述中心节点的超帧指向所述工作信道的起始时隙，向所述外围节点发送所述同步信标；S62、所述外围节点收到所述同步信标，并在各自的信标时隙完成时钟同步。

[0026] 进一步地，在所述同步时钟完成后，还包括所述无线公共信道在所述信标时隙向所述电力载波信道发送所述发现信标。

[0027] 优选地，所述公共信道数量为1个或2个；所述工作信道数量为多个。

[0028] 优选地，所述中心节点为微蜂窝接入中心或分布接入单元；所述中心节点能够对所述网络的节点接入、路由维护与分配以及数据冲突规避进行管理。

[0029] 进一步地，所述外围节点为除所述中心节点以外的网络节点，包括微功率无线网络中的节点和所述HPLC网络中的节点。

[0030] 进一步地，所述第一组网信标、第二组网信标在所述公共信道上发送；所述入网申请、第一确认应答、第二确认应答在所述工作信道上发送；所述公共信道包括无线公共信
道；所工作信道包括所述无线工作信道、电力载波工作信道。

[0031] 进一步地，所述第一组网信标包括所述中心节点的无线跳频图谱、网络地址、同步信息、时隙分配信息；所述第二组网信标包括所述第一节点的无线跳频图谱、网络地址、同
步信息、时隙分配信息；所述第一确认应答包括由所述中心节点分配给所述第一节点的跳
频图、信标时隙和网络地址；所述第二确认应答包括由所述中心节点分配给所述第二节点
的跳频图、信标时隙和网络地址。

[0032] 实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

[0033] 本发明通过增加同步信标与发现信标实现微功率无线通信和HPLC通信的融合，同步信标只用于维持网络时钟同步，同步信标中包含信息比较少，同步信标帧长度不超过30
个字节，即使使用20Kbps速率，也可以在20ms的时隙完成发送。不仅提高通信效率，而且保
证了通信可靠性。另一方面，不是每一个节点都要发送同步信标，只有那些带有子节点的父
节点才会发送，这样降低了同步信标的占用时间。每次信标时隙无线信标与电力载波信标
相邻时隙发送，信标中包含无线和电力载波相关信息，保证了网络的覆盖性。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领
域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图，附图中：

[0035] 图1是本发明实施例的双模通信方法流程图；

[0036] 图2是本发明实施例的跳频时隙图构架图；

[0037] 图3是本发明实施例的HPLC信标帧结构图；

[0038] 图4是本发明实施例的组网流程图。

具体实施方式

[0039] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现
本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或
相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施
方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的
装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上
的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电
路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

[0040] 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含
地包括一个或者更多个所述特征；术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具
体的限定。

[0041] 以下实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。

[0042] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

[0043] 如图1所示，一种跳频无线信标时隙与HPLC信标时隙融合的双模通信方法，包括如下步骤：

[0044] S1、划分信道为公共信道与工作信道；

[0045] S2、划分信标为同步信标与发现信标；

[0046] S3、划分通信时隙为信标时隙和竞争时隙；

[0047] S4、给无线信标时隙、无线竞争时隙、电力载波信标时隙、电力载波竞争时隙按时序逐一分配时限，形成多个跳频时隙图。

[0048] 具体地，公共信道能够对网络中的节点进行组网与维护，工作信道能够在网络节点间的传输命令和数据，信道包括微功率无线网络节点信道和HPLC网络节点信道；同步信
标能够对网络中的节点进行同步，发现信标能够对未进入网络的节点进行发现并加入网
络，信标包括在微功率无线网络、HPLC网络节点间传输的信标；信标时隙用于发送信标，竞
争时隙用于数据通信，进一步地，信标时隙包括无线信标时隙和电力载波信标时隙，竞争时
隙包括无线竞争时隙和电力载波竞争时限，无线信标时隙、电力载波信标时隙分别为无线
网络节点、电力线电力载波网络节点的入网时隙，无线竞争时隙、电力载波竞争时隙分别为
无线网络节点、电力线电力载波网络节点的通信时隙。

[0049] 进一步地，在跳频时隙图完成后，即步骤S4之后，还包括的步骤为：S5、组网和S6、时钟同步。

[0050] 如图2所示，列示了一种部分时隙的跳频时隙图结构的布局。无线信标、电力载波信标均包括多个节点的时隙(图未列示)，对于无线时隙来说，每两个无线信标时隙之间均
间隔固定数量的无线竞争时限，例如3个，具体数量间隔由网络中的无线节点与电力载波节
点的数量确定，按上述规则在时序上依次周期性排列；电力载波时限与无线时隙按照相同
规则排列，所有无线与电力载波节点的信标排列完成，便形成了完整的跳频时隙图，无线信
标时限与电力载波信标时隙可以对应同一时隙也可以交错排列，这是由于微功率通信与
HPLC通信之间的差异决定的。每个节点都会由中心节点在此跳频时隙图中选择合适的跳频
图分配给网络中的每一个节点。

[0051] 如图3所示，HPLC网络中有三种类型的信标：中央信标，代理信标和发现信标，而且信标帧必须在信标时隙中进行发送。信标时隙由中央协调器(Central Coordinator，CCO)
进行分配，分配时需要指明具体站点(Station，STA)可以使用的对应时隙。代理信标由代理
站点(Proxy COordinator，PCO)发送，代理信标中包含了中央信标的全部时隙安排内容，并
且携带了代理STA的基本属性；发现信标由STA站点发送，发现信标必须在CCO指定给该STA
的信标时隙内发送。发现信标，主要用于发现周围可能的隐藏STA，信标中包含了用于隐藏
STA加入网络的竞争时隙安排等内容。未入网的STA，在接收到发现信标后，可以根据发现信
标中的时隙安排发起加入网络的请求。

[0052] CCO、PCO、STA三个角色，对于信标中时隙的管理算法必须保持统一。CCO将信标周期中的时隙分配，按照统一的算法，填充到信标中的时隙分配条目，通过信标发送，通知给
PCO和STA。PCO和STA对于信标中的时隙分配条目的解析，也同样需要遵照统一的算法。整个
信标周期的长度，是由“信标周期长度”字段确定，单位是1毫秒。

[0053] 时隙的分配，是以相对时间计算，即分配从0时刻起，到信标周期长度的整个时间范围。每个信标周期的起始时刻(即0时刻)，CCO都指定了其起始网络基准时间，即“信标周
期起始网络基准时间”字段。

[0054] 如图4所示，组网步骤如下：

[0055] S51、中心节点依次扫描无线公共信道、电力载波工作信道、无线工作信道；

[0056] S52、外围节点扫描无线工作信道，并停留在无线公共信道，接收发现信标；

[0057] S53、中心节点根据扫描结果，分别在工作信道、跳频图案中分别选择1个工作信道和跳频图案；

[0058] S54、中心节点分别在其无线信标时隙、电力载波时隙到来时发送第一组网信标；

[0059] S55、外围节点收到第一组网信标，根据第一组网信标的同步信息，分别进行同步，并依次在中心节点的竞争时隙向中心节点发送入网申请；

[0060] S56、中心节点收到第一节点的入网申请，并对其进行合法性判断；合法，则给第一节点发送第一确认应答；否则，依序判断其他节点的合法性。合法性判断是判断入网节点是
否在白名单内以及入网节点链路质量是否合格来判断，白名单为未入网节点的列表。

[0061] S57、第一节点入网后，分别在其无线信标时隙、电力载波时隙到来时，转发第二组网信标；第二组网信标由中心节点向第一节点发送；

[0062] S58、第二节点收到第二组网信标，向第一节点发送入网申请，第一节点向中心节点转发入网申请；

[0063] S59、中心节点收到第二节点的入网申请，并对其进行合法性判断；合法，则给第二节点发送第二确认应答；否则，依序判断其他节点的合法性。其他节点，如第三节点；

[0064] S510、其他未入网节点或新增节点依次执行步骤S57‑S59，直到全部节点入网为止。其他未入网节点，如第三节点、第四节点、…、最后一个节点。在执行步骤S7‑S9的过程
中，第二节点转发中心节点发送的第三组网信标；第三节点收到后，发送入网申请，第二节
点、第一节点依次向中心节点转发第三节点的入网申请；中心节点收到入网申请后，判断合
法性，合法，则给第三节点发送第二确认应答；否则，依序判断第四节点的入网申请合法性。
第四节点、…、最后一个节点以及新入网的节点，以此类推进行入网。节点的编号可以由心
节点根据实际网络节点的布局确定。

[0065] 进一步地，中心节点通过扫描能够获取无线公共信道的网络配置信息、HPLC网络的电力载波信号以及无线工作道的占用和干扰信息；发现信标包括微功率无线网络、HPLC
网络节点发送的发现信标；外围节点通过扫描能够获取无线工作信道的占用信息；第一组
网信标包括所述中心节点的无线跳频图谱、网络地址、同步信息、时隙分配信息，第二组网
信标包括第一节点的无线跳频图谱、网络地址、同步信息、时隙分配信息；第一确认应答包
括由中心节点分配给第一节点的跳频图、信标时隙和网络地址，第二确认应答包括由中心
节点分配给第二节点的跳频图、信标时隙和网络地址。

[0066] 进一步地，时钟同步步骤为：

[0067] S61、中心节点的超帧指向工作信道的起始时隙，向外围节点发送同步信标；工作信道包括无线工作信道和电力载波工作信道；同步信标包括同步时隙；

[0068] S62、外围节点收到同步信标，并在各自的信标时隙完成时钟同步；信标时隙包括无线信标时隙和电力载波信道信标时隙。

[0069] 进一步地，在同步时钟完成后，还包括无线公共信道在信标时隙向无线信道、电力载波信道发送发现信标，进一步地发现HPLC网络中未入网的节点。

[0070] 优选地，公共信道数量为1个或2个；工作信道数量为多个。中心节点为微蜂窝接入中心或分布接入单元，中心节点能够对网络的节点接入、路由维护与分配以及数据冲突规
避进行管理。

[0071] 进一步地，外围节点为除中心节点以外的网络节点，包括微功率无线网络中的节点和HPLC网络中的节点。第一组网信标、第二组网信标在公共信道上发送，入网申请、第一
确认应答、第二确认应答在工作信道上发送，公共信道包括无线公共信道，所工作信道包括
无线工作信道、电力载波工作信道。

[0072] 综上所述，本发明通过增加同步信标与发现信标实现微功率无线通信和HPLC通信的融合，同步信标只用于维持网络时钟同步，同步信标中包含信息比较少，同步信标帧长度
不超过30个字节，即使使用20Kbps速率，也可以在20ms的时隙完成发送。不仅提高通信效
率，而且保证了通信可靠性。另一方面，不是每一个节点都要发送同步信标，只有那些带有
子节点的父节点才会发送，这样降低了同步信标的占用时间。每次信标时隙无线信标与电
力载波信标相邻时隙发送，信标中包含无线和电力载波相关信息，保证了网络的覆盖性。

[0073] 在阅读完本文描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描述的各种特征可通过方法、数据处理系统或计算机程序产品来实现。因此，这些特征可不采用硬件的方
式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来表现。此外，上述特征也可采用
存储在一种或多种计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读
存储介质中包含计算机可读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可读存储介质被
配置为存储各种类型的数据以支持在装置的操作。可读存储介质可以由任何类型的易失性
或非易失性存储设备或者它们的组合实现。如静硬态盘、随机存取存储器(SRAM)、电可擦除
可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器
(PROM)、只读存储器(ROM)、光存储设备、磁存储设备、快闪存储器、磁盘或光盘和/或上述设
备的组合。

[0074] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的
教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的
精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要
求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。