一种IPv4电力线载波通信网络及其优化方法与流程

一种ipv4电力线载波通信网络及其优化方法
技术领域
1.本发明涉及宽带电力线载波通信领域，特别涉及一种轻量化ipv4的hplc 网络传输方法及系统。


背景技术：

2.近年来,智能电网行业飞速发展，宽带电力线载波通信(high power linecarrier communication，hplc)技术应用越发广泛，但电网设备信息采集和控制的种类和数量不断增加，使得hplc网络复杂度大大提高。在hplc网络工作方面存在以下几个问题：1)各采集或控制子系统使用不同的协议和接口，增加了更多的协议转换工作，很难实现数据的共享，需要对数据进行大量处理，降低了通信的效率；2)hplc网络设备的增多，使hplc网络对地址资源的需求持续增大，hplc网络的负载也随之加重。
3.ipv4在互联网协议簇中的重要协议承担着分组转发和路由选择的重要责任, 作为第一个被广泛应用的版本，有着大量设备部署基础，目前仍无法被完全取代，具有持久的生命力。将ipv4技术应用于hplc将是行业的一大发展趋势，能够降低电网设备维护复杂度，避免网络负载过大，提高通信的可靠性。
4.目前，ip网络的发展已成为计算机网络使用的主要方式，如何使庞大的电力线资源传输ip网络一直是计算机网络通讯的重要研究课题，同时具有广阔应用场景。


技术实现要素：

5.本发明结合现有的hplc组网方式和接入策略，对hplc网络通信架构进行优化，引入tcp/ip协议技术，提出了一种ipv4电力线载波通信网络及其优化方法。方便了电力通讯设备维护、管理，降低电力通讯设备的部署成本,提高了 hplc网络通信可靠性和传输效率，同时为hplc网络提供统一的链路平台，为数据的共享和挖掘提供便利。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种ipv4电力线载波通信网络及其优化方法，包括以中央协调器设备 (central coordinator，cco)、hplc站点设备(station，sta)为基本结构组成的网络系统和ipv4通信策略部分。
8.所述cco设备包括以太网接口、hplc接口具备ip通信功能(动态主机分配，dhcp；地址解析协议，arp)和电力线载波通信功能(组网、事件分发等功能)，其中cco设备的以太网接口通过网线与远端服务器或者主站连接，hplc 接口通过电力线与hplc网络内sta设备进行连接，搭配ipv4分组路由进行远端服务器或者主站和hplc网络内sta设备之间的数据交换。cco设备充当 hplc子网、远端服务器的网关角色，具备分组转发与路由选择的功能。
9.所述sta设备包括以太网接口、hplc接口具备ip通信功能和宽带电力线载波通信功能)其中sta设备的以太网接口通过网线与客户端或者下位机连接， hplc接口通过电力线与hplc网络内cc0设备进行连接，搭配ipv4分组路由进行远端服务器或者主站和hplc网络内sta设备之间的数据交换。
10.所述的ipv4通信策略包括ipv4地址生成策略、ipv4数据包传输策略；
11.(1)ipv4地址生成策略
12.所述的ipv4地址生成策略指以hplc网络的短网络标识符(short networkid，snid)(24位)、终端设备标识(terminal equipment identifier，tei)(16 位)为基础，通过地址生成算法为cco设备以太网接口、hplc接口，sta以太网接口、hplc接口分配唯一ip地址，避免ip地址冲突。由于ip地址的特殊组成，在进行地址解析过程中，利用hplc网络拓扑结构中mac层地址路由表进行路由寻址、转发，避免ipv4协议栈在hplc网络通信过程中路由表的重复开销，优化地址解析流程(仅进行动态地址分配过程，跳过地址解析协议流程)，实现轻量化ipv4的设计理念，减轻hplc网络的负担，优化hplc网络。
13.(2)ipv4数据包传输策略
14.所述的ipv4数据包传输策略分为ipv4数据包分包处理、ipv4数据包的转发两部分。
15.所述的ipv4数据包分包处理指ipv4数据包在传输层进行分片(分片大小不超过数据链路层最大传输单元的大小)处理，有效减少数据包在hplc网络的协议层间重复的分片工作，减轻hplc网络的负担，优化hplc网络。
16.在ipv4数据包的转发过程，中央协调器设备、站点设备承担路由寻址、转发工作取代传统的路由器、网关等设备，减少设备的部署。通过对网络结构内部进行子网划分，在通信进程中选择不同的接口进行转发，提高通信效率。
17.本发明的有益效果是：在hplc网络的基础上引用轻量化ipv4技术，极大降低了数据传输过程中转换协议的工作，提高了传输的可靠性，使hplc网络具备更强的健壮性和可扩展性；同时为整个电网系统提供统一的通讯链路和网络平台，使系统数据的共享成为可能。
附图说明
18.图1为本发明的系统模型示意图。
19.图2为本发明的总体流程示意图。
20.图3为本发明的cco ipv4地址结构示意图。
21.图4为本发明的sta ipv4地址结构示意图。
22.图5为本发明的ipv4数据包传输策略示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
24.结合附图1，一种ipv4电力线载波通信网络及其优化方法，包括以中央协调器设备(central coordinator，cco)、hplc站点设备(station，sta)为基本结构组成的网络系统和ipv4通信策略部分。包括以下步骤：
25.步骤1：cco设备上电进行hplc组网过程，sta设备上电加入hplc网络中；
26.步骤2：通过地址分配算法分别为cco设备的hplc接口分配如图3所示的ipv4地址
和sta设备以太网接口生成如图4所示ipv4地址；
27.具体地，图3所示ipv4地址由部分snid、16位tei进行填充；图4所示 ipv4地址由部分snid、16位tei、8位随机生成数字进行填充。将snid填充到ipv4地址的目的在于区分不同的cco设备组建的ipv4子网络。因为在特殊环境下，可能存在同一区域有多个cco设备同时存在，但不同的cco设备在组建hplc网络时，生成的snid不同，因此，将snid作为ipv4地址的填充能有效区分不同的ipv4子网
28.步骤3：通过上位机为cco设备的以太网接口手动设置ip地址，其中上位机与cco设备以太网接口归属于同一子网；通过动态主机分配机制分别为 sta设备的hplc接口、下位机的以太网接口分配的ipv4地址；其中sta设备 hplc接口与cco设备hplc接口归属于同一子网，下位机的以太网接口与sta 设备以太网接口归属于同一子网；相同子网内的数据包转发不需要创建路由表，不同子网之间的数据包转发需要创建路由表
29.步骤4：在cco以太网接口与cco hplc接口之间，sta以太网接口与 sta hplc接口之间的分别创建路由表。
30.结合附图5，进一步地阐述ipv4数据包传输策略，此处以远端服务器向sta2 设备发送ipv4数据包为例加以说明，包括以下步骤：
31.步骤5：远端服务器通过以太网接口向cco发送ipv4数据包，数据包的目的地址为sta2设备的ipv4地址；
32.步骤6：cco设备的以太网接口接收到ipv4数据包，进行判定由接口自身处理或者转发，转发则需要通过查找路由表将数据包切换到hplc接口进行处理；
33.步骤7：cco设备的hplc接口负责将ipv4数据包，进行判定由接口自身处理或者转发，转发则需要通过查找hplc网络路由表确定数据包下一跳的转发路径，将数据包切换到sta设备的hplc接口进行处理。
34.优选地，借助于本发明中ipv4地址生成算法的特性，此处不做地址解析过程，直接采用地址生成算法的逆向过程解析mac地址，能够实现轻量化的ipv4 协议栈，同时有效减少hplc信道上数据的交互，达到优化的目的。
35.优选地，借助于hplc网络原有的传输体系，数据包的转发引用hplc网络中的路由表，能有效节省ip层路由的资源，减少ip层的负担。
36.步骤8：cco设备的hplc接口将大于mac层最大传输单元的数据包进行分片处理，然后将分片数据包转发到sta1设备；
37.优选地，将大于mac层最大传输单元的ipv4数据包进行分片，目的在于减少数据包在mac层进一步分片处理，提高处理数据的高效性；
38.步骤9：sta1设备的hplc接口接收到数据包，在mac层直接通过hplc 网络的路由表再一次进行转发到sta2设备；
39.步骤10：sta2设备收到ipv4数据包进行处理。