一种电力载波通信方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及载波通信，尤其涉及一种电力载波通信方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、电力线载波通信（power line communication，plc）利用现有的电力线作为信息传输媒介进行数据传输，具有无需重新布线、建设成本低、覆盖范围广等天然优势。随着新型电力系统建设的深入推进，各类新能源设备接入、状态实时监测、高频数据采集等通信需求爆发式增长，电力线载波通信已成为用电信息采集、配电自动化等场景下本地通信的重要技术手段。

2、在现有的电力线载波通信网络中，普遍采用集中式路由架构。该架构以中央协调器（central coordinator，cco）作为全网唯一的路由决策中心，由cco以路由周期为单位维护全网路由，为每个站点（station，sta）指定通信路径，网络中的中间节点（包括代理协调器和sta）仅能按照cco下发的路由表逐跳转发报文。然而，电力线信道具有高噪声、高衰减、强时变等特点，链路状态变化频繁，当网络中某条通信链路因信道变化发生故障时，由于中间节点不具备自主路由决策权限，故障链路的当前上游节点无法自行选择替代路径，只能持续重传直至超时，等待cco在后续路由周期中感知故障后通过代理变更重新下发路由。这种依赖cco全局重路由的故障恢复机制，导致单跳链路故障的恢复时间取决于路由周期长度，随网络规模增大可达数分钟甚至十几分钟；同时，故障期间的重传报文会沿树上溯至cco，进一步加剧了全网通信负担。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电力载波通信方法、装置、设备及介质，能够解决现有集中式路由电力线载波通信网络中，单跳链路故障需依赖中央协调器全局重路由规划才能恢复，导致故障恢复时间长、全网通信开销大的技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种电力载波通信方法，包括：

3、当向下一跳节点发送数据报文失败时，判断目标节点是否处于当前节点预存的第一邻居表中，若目标节点不处于所述第一邻居表，则获取所述下一跳节点的第二邻居表，并根据所述第一邻居表和第二邻居表，选取第一中继节点；将所述数据报文发送给第一中继节点，以通过所述第一中继节点将所述数据报文转发给所述下一跳节点；其中，所述下一跳节点是根据初始通信路由确定的；所述初始通信路由是由当前通信网络的中央协调器规划的；

4、若未能在预设的第一等待时间内接收到目标节点返回的第一回复报文，则实时获取满足预设的直接可达条件的第一候选节点集合和所述第一候选节点集合的第一通信链路数据，并根据所述第一通信链路数据，从所述第一候选节点集合中选取第二中继节点；将所述数据报文发送给第二中继节点，以通过所述第二中继节点向目标节点或下一跳节点发送数据报文；其中，所述直接可达条件为可直接到达目标节点或下一跳节点。

5、本发明实施例提供两级递进式局部绕行方法，第一级绕行利用当前节点自身的第一邻居表和故障下一跳节点的第二邻居表，计算两张表的公共邻居集合，从中选取能同时连通故障链路两端的中继节点，将报文经旁路转发回初始路由路径上的下一跳节点。该级绕行仅凭本地存储的历史信息即可快速计算旁路，不产生额外通信开销。当第一级绕行超时失败时，表明第二邻居表（由下一跳节点定期上传）已过期失效，历史报表中链路质量良好的公共邻居节点，在当前时刻可能已因突发噪声或通信拓扑更新无法正常通信。此时第二级绕行启动，当前节点通过实时获取各邻居节点当前时刻的可达状态与链路质量参数，从根本上消除对过期历史数据的依赖。第二级绕行还将修复目标从回到下一跳节点放宽至可直接到达目标节点或下一跳节点，从而在历史数据失效时直接构建完整旁路，最大化绕行成功率。本发明实施例中两级绕行形成先快速尝试历史最优路径，历史路径失效后再实时探索当前可用路径的递进式协同机制。该机制使得故障恢复不再依赖中央协调器的全局路由周期，整个绕行过程仅在故障链路附近的局部范围内完成，重传报文不再上溯至中央协调器，显著减少全网通信开销。因此，本发明能够解决现有集中式路由网络中单跳链路故障需依赖中央协调器全局重路由才能恢复，导致恢复时间长、全网开销大的技术问题。

6、在第一方面的一些优选方案中，根据所述第一邻居表和第二邻居表，选取第一中继节点，具体为：

7、取所述第一邻居表与第二邻居表的交集，得到第一公共节点集合，若所述第一公共节点集合不为空，则获取所述第一公共节点集合中各邻居节点的第二通信链路数据；

8、根据所述第二通信链路数据，对所述第一公共节点集合进行通信质量评估，并根据评估结果确定第一中继节点。

9、本发明实施例通过计算两张邻居表的交集来获得第一公共节点集合，该集合中的每个节点均同时存在于当前节点的邻居表和故障下一跳节点的邻居表中，这意味着集合中的任一节点与故障链路两端（当前节点和下一跳节点）均具有一跳直连的物理链路，从而保证后续构建的旁路路径在拓扑上是可达的。在此基础上，进一步获取第一公共节点集合中各邻居节点的通信链路数据，对集合中的节点进行通信质量评估后择优确定第一中继节点，确保所选旁路路径的通信质量最优。上述方式通过集合交集的拓扑筛选保障了旁路的物理可达性，再通过质量评估保障了旁路的通信可靠性，两者结合使得第一级绕行所选出的中继节点既能连通故障链路两端，又在所有可行旁路中具有最优的链路质量，有效提高了单次绕行的成功率，避免了因中继节点选择不当导致的二次绕行。

10、在第一方面的一些优选方案中，实时获取满足预设的直接可达条件的第一候选节点集合和所述第一候选节点集合的第一通信链路数据，并根据所述第一通信链路数据，从所述第一候选节点集合中选取第二中继节点，具体为：

11、通过本地广播发送查询帧，以通过查询帧询问当前节点的各邻居节点是否满足预设的直接可达条件；

12、接收所述各邻居节点的第二回复报文；其中，所述第二回复报文包括针对所述查询帧的回复信息和所属邻居节点的第一通信链路数据；

13、根据所述回复信息，判断对应邻居节点是否满足所述直接可达条件，并将满足所述直接可达条件的邻居节点纳入第一候选节点集合；

14、根据所述第一候选节点集合中各邻居节点的回复信息，确定所述各邻居节点的优先级；其中，直接可达目标节点的邻居节点的优先级高于直接可达下一跳节点的邻居节点的优先级；

15、根据所述优先级和第一通信链路数据，对所述第一候选节点集合中的各邻居节点进行通信质量评估，并根据评估结果确定第二中继节点。

16、当第一级绕行超时失败时，表明故障下一跳节点的第二邻居表已无法准确反映当前时刻的链路状态。本发明实施例通过本地广播发送查询帧，实时询问各邻居节点是否可直接到达目标节点或下一跳节点，并接收各邻居节点当前时刻回复的链路质量数据，据此构建候选集合并进行中继选择。广播查询所获取的信息是各邻居节点在当前时刻的真实可达状态，彻底消除了对过期历史邻居表数据的依赖，有效解决了电力线信道时变特性导致历史数据失效的问题。在候选集合中，优先选择能直接到达目标节点的节点作为中继，其次选择能到达下一跳节点的节点，这是因为第一级绕行已证明回到下一跳节点的路径在当前时刻可能不可靠，因此优先选择能够直接到达目标节点的中继节点，即可在不经过故障下一跳节点的前提下完成端到端通信，彻底绕过整个故障路径段。上述方式通过广播查询获取实时数据克服了历史信息过期的缺陷，通过优先级设置最大化绕行成功率，使得第二级绕行在第一级绕行失效的情况下仍能有效恢复通信。

17、在第一方面的一些优选方案中，所述第二通信链路数据包括通信成功率、接收信号强度、信噪比或链路质量指示；

18、其中，根据所述第二通信链路数据，对所述第一公共节点集合进行通信质量评估，并根据评估结果确定第一中继节点，具体为：

19、从所述第一公共节点集合中选取通信成功率和接收信号强度均大于对应预设门限阈值的邻居节点，得到第二公共节点集合；其中，所述通信成功率是根据预存的历史局部修复记录动态更新而得到的；所述通信成功率的动态更新方法包括滑动窗口法或指数加权移动平均法;

20、根据所述第二公共节点集合中各邻居节点的信噪比和链路质量指示，计算得到所述各邻居节点的通信质量评分，并将通信质量评分最高的邻居节点确定为第一中继节点。

21、本发明实施例通过采用通信成功率和接收信号强度作为联合门控条件，从公共节点集合中排除通信成功率过低或信号强度不足的候选节点，确保进入后续评估的节点均具备基础通信可靠性；通信成功率反映两点间的历史通信稳定程度，接收信号强度反映当前信号在电力线信道中的衰减状况，两者结合能从历史统计和当前物理两个维度筛选出基础通信条件达标的候选节点。其次，对通过门控的候选节点，本发明实施例进一步采用信噪比和链路质量指示计算通信质量评分，信噪比反映信号在噪声背景下的清晰度，链路质量指示综合评估解调质量、能捕捉信噪比无法反映的多径失真等信号畸变，两者互补共同表征链路端到端的综合质量。将评分最高的候选节点确定为中继节点，能够保证所选旁路路径中质量较差的那一段链路也尽可能优质，从端到端角度保障旁路通信的可靠性。上述递进式评估机制通过门控筛选结合综合评分的两级结构，在保证计算效率的同时实现了对多维链路质量参数的全面考量，确保所选中继节点构成的旁路路径具有可靠的通信质量。

22、在第一方面的一些优选方案中，所述第一通信链路数据包括通信成功率、接收信号强度、信噪比或链路质量指示；

23、其中，根据所述优先级和第一通信链路数据，对所述第一候选节点集合中的各邻居节点进行通信质量评估，并根据评估结果确定第二中继节点，具体为：

24、从所述第一候选节点集合中选取通信成功率和接收信号强度均大于对应预设门限阈值的邻居节点，得到第二候选节点集合；其中，所述通信成功率是根据预存的历史局部修复记录动态更新而得到的；所述通信成功率的动态更新方法包括滑动窗口法或指数加权移动平均法;

25、根据所述第二候选节点集合中各邻居节点的信噪比和链路质量指示，计算得到所述各邻居节点的通信质量评分；

26、根据所述优先级和所述通信质量评分，从所述第二候选节点集合中确定第二中继节点。

27、本发明实施例通过对各候选节点首先以通信成功率和接收信号强度进行门控筛选，确保其与当前节点之间的直连链路具有基础可靠性；再以信噪比和链路质量指示进行综合评分，衡量链路端到端的综合质量。在此基础上，本方案根据优先级和通信质量评分综合决策，优先在同优先级内按评分择优，即先保证直达目标节点优先于直达下一跳节点这一更高层级的修复策略，再在同类候选节点中选择链路质量最优者，这种综合决策机制，使得第二级绕行在面对历史数据失效的情况时，能够优先选择直接绕过整个故障路径段的方案，同时确保所选方案在当前时刻具有最优的链路质量，从而最大化绕行成功率。

28、在第一方面的一些优选方案中，在将所述数据报文发送给第一中继节点之前，还包括：

29、当前节点向所述第一中继节点发送临时通信路由；其中，所述临时通信路由包括目标节点的地址；当所述下一跳节点并非目标节点时，所述临时通信路由还包括所述下一跳节点的地址；

30、当确定所述第一中继节点成功接收到所述临时通信路由时，为所述数据报文设置局部修复标识。

31、本发明实施例通过推送临时通信路由并设置局部修复标识，确保中继节点在接收到数据报文之前已安装临时路由条目并明确知晓去程转发目标，使得数据报文到达中继节点后能够按临时路由快速转发而非按过期常规路由表查找，同时局部修复标识使中继节点在mac层即可识别报文类型并触发临时路由处理逻辑。

32、在第一方面的一些优选方案中，当所述第一中继节点接收到所述临时通信路由时，记录所述当前节点为来源节点；

33、当所述第一中继节点接收到源地址为所述目标节点的回复报文时，根据所记录的来源节点，将所述回复报文发送给所述当前节点。

34、本发明实施例通过在中继节点处记录来源节点信息，该方法在数据报文经由中继节点成功抵达目标节点并产生回复报文后，能够为回复报文建立起一条明确的反向传输路径，使得回复报文无需依赖初始通信路由或中央协调器的重新规划即可准确返回到发起绕行的当前节点，从而在局部绕行成功的同时也保证了双向通信的完整闭环，避免了因单向绕行导致回复报文无法回传而引发的二次故障。

35、在第一方面的一些优选方案中，在将所述数据报文发送给第二中继节点之前，还包括：

36、当前节点向所述第二中继节点发送临时通信路由；其中，所述临时通信路由包括目标节点的地址；当所述下一跳节点并非目标节点时，所述临时通信路由还包括所述下一跳节点的地址；

37、当确定所述第二中继节点成功接收到所述临时通信路由时，为所述数据报文设置局部修复标识。

38、本发明实施例通过推送临时通信路由并设置局部修复标识，确保中继节点在接收到数据报文之前已安装临时路由条目并明确知晓去程转发目标，使得数据报文到达中继节点后能够按临时路由快速转发而非按过期常规路由表查找，同时局部修复标识使中继节点在mac层即可识别报文类型并触发临时路由处理逻辑。

39、在第一方面的一些优选方案中，当所述第二中继节点接收到所述临时通信路由时，记录所述当前节点为来源节点；

40、当所述第二中继节点接收到源地址为所述目标节点的回复报文时，根据所记录的来源节点，将所述回复报文发送给所述当前节点。

41、本发明实施例通过在中继节点处记录来源节点信息，该方法在数据报文经由中继节点成功抵达目标节点并产生回复报文后，能够为回复报文建立起一条明确的反向传输路径，使得回复报文无需依赖初始通信路由或中央协调器的重新规划即可准确返回到发起绕行的当前节点，从而在局部绕行成功的同时也保证了双向通信的完整闭环，避免了因单向绕行导致回复报文无法回传而引发的二次故障。

42、在第一方面的一些优选方案中，还包括：

43、当中继节点接收到设有局部修复标识的数据报文且确定目标节点为自身后继可达的节点时，生成流状态记录；其中，所述中继节点为未接收到临时通信路由且发送节点非自身父节点的节点；所述发送节点指将所述数据报文发送给所述中继节点的节点；所述流状态记录包括目标节点、所述数据报文的第一报文序号和发送节点；

44、当中继节点接收到源地址为所述目标节点的回复报文时，提取所述回复报文的第二报文序号，并将所述第二报文序号与所述流状态记录中的第一报文序号进行比对，若所述第二报文序号与所述第一报文序号一致，则为所述回复报文设置局部修复标识，并将设有局部修复标识的回复报文发送给所述流状态记录中的发送节点。

45、本发明实施例通过流状态记录将下行数据报文与上行回复报文进行精确匹配，确保只有匹配成功的回复报文才被拦截并强制沿临时路由回传，避免将无关报文错误地引入绕行路径，同时使绕行路径上的每一跳中继节点均能独立完成上下行报文的对称闭环转发，确保回复报文能够逐跳原路返回当前节点而不会在绕行路径的某处被常规路由表错误转发。

46、在第一方面的一些优选方案中，在判断目标节点是否处于当前节点预存的第一邻居表中之后，还包括：

47、若所述目标节点处于所述第一邻居表中，则获取从当前节点到所述目标节点的第三通信链路数据；

48、若所述第三通信链路数据满足预设的通信质量条件，则直接向所述目标节点发送数据报文。

49、本发明实施例在进入两级递进式绕行之前执行的直达路径优先判断机制：当前节点预存的第一邻居表中记录了所有一跳可达的邻居节点及其链路质量参数，当目标节点就位于该邻居表中时，表明当前节点与目标节点之间存在一跳直连的物理链路。此时，本发明实施例并不直接进入绕行流程，而是先获取该直连链路的链路质量数据并判断是否满足预设的通信质量条件，若满足则直接向目标节点发送数据报文。该机制使得在复杂故障场景中优先选择一跳直达路径的跳数最少、延迟最低、不依赖任何中继节点转发，在链路质量达标的情况下是最佳的通信方式。因此，本发明实施例能够在条件允许时以最高效的方式完成通信，从而进一步缩短通信延迟并减少不必要的多跳中继开销。

50、在第一方面的一些优选方案中，在通过所述第二中继节点向目标节点或下一跳节点发送数据报文之后，还包括：

51、若未能在预设的第二等待时间内接收到目标节点返回的第三回复报文，则向所述中央协调器发送通信路由重规划请求。

52、本发明实施例限定两级递进式绕行均失败后执行兜底处理机制：当第一级绕行和第二级绕行均在预设等待时间内未能收到目标节点的回复报文时，表明本节点在局部范围内已无法自主解决该链路的通信问题，可能是由于电力线信道发生了持续性的严重恶化，导致所有可用的中继节点均无法有效转发。此时，本发明实施例向中央协调器发送通信路由重规划请求，回归传统集中式路由的恢复方式。该兜底机制的设置具有重要意义在于，一是提供了系统的可靠性保障，确保了在任何极端情况下通信都不会永久中断；二是保证了本方案与传统集中式路由架构的兼容性，局部绕行能力是对现有架构的增强而非替代，当局部自治能力不足时能够平滑回退；三是避免了当前节点在局部绕行彻底失败后无限等待或因持续重传导致网络资源浪费。上述兜底机制使得本发明实施例在提升故障恢复速度的同时，不牺牲系统的整体通信可靠性。

53、第二方面，本发明实施例提供了一种电力载波通信装置，包括第一中继模块和第二中继模块，其中，

54、所述第一中继模块，用于当向下一跳节点发送数据报文失败时，判断目标节点是否处于当前节点预存的第一邻居表中，若目标节点不处于所述第一邻居表，则获取所述下一跳节点的第二邻居表，并根据所述第一邻居表和第二邻居表，选取第一中继节点；将所述数据报文发送给第一中继节点，以通过所述第一中继节点将所述数据报文转发给所述下一跳节点；其中，所述下一跳节点是根据初始通信路由确定的；所述初始通信路由是由当前通信网络的中央协调器规划的；

55、所述第二中继模块，用于若未能在预设的第一等待时间内接收到目标节点返回的第一回复报文，则实时获取满足预设的直接可达条件的第一候选节点集合和所述第一候选节点集合的第一通信链路数据，并根据所述第一通信链路数据，从所述第一候选节点集合中选取第二中继节点；将所述数据报文发送给第二中继节点，以通过所述第二中继节点向目标节点或下一跳节点发送数据报文；其中，所述直接可达条件为可直接到达目标节点或下一跳节点。

56、本发明实施例通过第一中继模块负责在链路故障发生时，利用故障链路两端节点的邻居交集选取中继节点，完成基于历史邻居表信息的第一级绕行；利用第二中继模块在第一级绕行超时失败后被调用，通过广播查询实时获取各邻居节点的可达状态和链路质量数据，完成基于实时信息的第二级绕行。两个模块之间形成递进式的调用关系，使得能够在无需中央协调器介入的情况下，独立完成从基于历史信息快速尝试到基于实时信息重新探索的完整绕行流程。

57、第三方面，本发明实施例提供了一种终端设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

58、所述存储器用于存放至少一条可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上述任意一项所述的电力载波通信方法的操作。

59、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备或装置执行如上述任意一项所述的电力载波通信方法。

60、上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。