具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

如图1所示，宽带载波通信网络包括主节点和子节点，CCO为主节点，电表为子节点，电表包括三相电表和单相电表。现有宽带载波通信网络中，除了CCO外，其余的节点，不管是三相电表的三相通信模块还是单相电表的单相通信模块都为单物理通信信道，即通信模块的信号收发机在每个时间点上只能在A/B/C三个相线中的某一个相线上进行信号发射或接收，而CCO可以通过切换自主改变工作相线，在三个相线上轮流进行信号的发射或接收。

一般而言，在三相四线制供电线路中，安装在电表中的载波通信模块将比较均匀的分布在三条不同的火线上，载波信号的绝大部分发送能量将沿着其所在的电力线方向传输，虽然电力线的天线特性会导致有一定比例载波信号能量向空气辐射，并被相邻火线接收，但比起电力线的有线信道传输方式，在空气中的无线信道传输方式的信号能量衰减非常大，且天线的电磁能量接收效率较低，因此载波信号跨相传输的有效距离远小于同相传输，仅存在于空间距离非常小的较低比例的跨相节点之间。受载波信号跨相位传输的高能量衰减特性的影响，网络中容易出现通信孤点或孤岛的问题。如图2所示，节点4所在位置距离CCO及位于与其同一相线上的节点1较远，且节点1、2、3之间工作相位互异，因此节点4容易成为一个通信孤点，各节点之间也无法直接连通。

而实际上，三相电表中的三相通信模块是具有三相切换通信功能的，只是目前的宽带载波网络中，统一将三相通信模块设置为单相通信方式。针对现有通信协议，本发明充分利用三相电表中的三相通信模块本身具有的三相通信能力，将网络中的三模通信节点(具有三相通信模块的子节点)设置为三相切换通信模式，以此来提高网络通信信道的利用率，以及改善网络的连通性。

如图3所示，用电信息采集系统的宽带载波通信网络一般会形成以网络集中器(CCO)为中心、以代理协调器(代理节点，PCO)为中继代理，连接所有从站点(STA)的多级关联树形网络。CCO作为网络运行的中心控制节点(主节点)，使用一种基于信标周期的超帧时隙结构来进行网络通信，同时使用信标信号来维持整个网络的同步和有序运行。在国网的《低压电力线高速载波通信互联互通技术规范》中，对超帧的时隙划分情况如图4所示，一个信标周期包括4种时隙，依次分别为：信标时隙区、TDMA时隙区、CSMA时隙区和绑定CSMA时隙区。南网的《低压电力用户集中抄表系统宽带载波通信技术要求》对于超帧的时隙划分也采用了类似的结构，只是4种时隙的排序不同，依次为信标时隙区、CSMA时隙区、TDMA时隙区和绑定CSMA时隙区。信标周期中的4个时隙中，TDMA时隙区和绑定CSMA时隙区一般仅在网络远程升级时会使用，因此在网络正常通信时，信标周期一般仅包含信标时隙区和CSMA时隙区，即其余两种时隙区的长度都设置为0。

CCO通过使用信标信号来实现整个网络时隙结构的同步有序管理，信标信号有3种类型：中央信标、代理信标和发现信标。在每个信标周期的起始时间位置，CCO开始进行中央信标信号的发送，其信号信令内容中将携带本信标周期的时隙参数信息和其它一些网络管理信息。其中，时隙参数信息主要包括信标时隙的时间长度、三种类型信标时隙的数量(X、Y和Z的数值),Y个代理信标时隙和Z个发现信标时隙所一一对应的Y+Z个发送节点的网络短地址(TEI)，以及TDMA时隙区、CSMA时隙区和绑定CSMA时隙区的相关参数。

网络中的一个节点收到另一个节点所发送的信标信号后，如果通过信令内容解析发现自己是上述Y+Z个发送节点中的一员，且自己所分配的信标时隙在时间轴上尚未来临，则会在该信标时隙的时间到达后在属于自己的时隙上中继发送代理信标信号或发现信标信号。基于这种机制以及合适的代理中继节点的选择，CCO可以利用前X+Y+Z个信标时隙在一个信标周期内实现自己的信标信令信息的下行全网广播发送。CCO在代理节点信号发送次序上，将视节点在树形拓扑中的层级从小到大进行安排，从而保障信号的按序逐跳下行传输。其中CCO的层级为0，然后其它节点逐跳加1。

国网标准和南网标准都对信标信号的载荷字段做了定义，国网标准的具体定义见表1，对载荷字段中的信标管理信息的定义见表2，对信标管理信息中管理信息类型及内容的定义见表3，对管理信息类型中时隙分配消息字段的定义见表4。

表1信标信号载荷字段的定义

表2信标管理消息的字段定义

表3管理消息的类型定义和内容说明

表4时隙分配消息字段的内容定义

现有协议规定，如果“TDMA时隙长度”为0，则本超帧中TDMA时隙区长度0，如果非零，则CCO获得3个TDMA时隙(A/B/C相轮流发送)，其它代理节则依次各获得1个TDMA时隙。“非中央信标信息”长度为动态值，其携带的信息是用于指示Y+Z个非中央信标时隙的分配信息，包括时隙的分配节点短地址和该时隙的信标类型(图5)。

本发明将网络中三模通信节点(三相电表)的通信方式设定为三相轮流切换的通信方式，单模通信节点(单相电表)的通信方式仍为原来的固定单相通信方式，由于引入了三模通信节点的三相通信方式，本发明在原有通信协议的基础上，将TDMA时隙区定义为：TDMA时隙区长度大于0时，CCO获得3个TDMA时隙，且轮流在A/B/C相位上进行信标信号的发送，其它代理节点依次按照通信相位的数量获得1个或3个TDMA时隙，如，单模通信节点获得1个TDMA时隙，三模通信节点获得3个TDMA时隙，且轮流在A/B/C相位上进行信标信号的发送。同时对CSMA时隙信息以及绑定CSMA时隙信息区的划分方式定义为：三相时隙轮流出现，且均匀分布(图6)，以更好支持三相节点的数据收发的实时性。即CCO在一个信标信号中安排一个三模通信节点进行非中央信标信号的发送时(通过短地址进行节点类型的判断，如将单模通信节点的短地址分配范围定义为1-1024，三模通信节点的短地址分配范围定义为1025-2048，已入网节点在发送信号时，信号内容中都会携带自身短地址，因此其它节点收到后即可通过其短地址来识别出其为单模通信节点或三模通信节点)，该三模通信节点将占用3个信标时隙，且轮流在A/B/C相位上进行非中央信标信号的发送；CCO在一个信标信号中安排一个单模通信节点进行非中央信标信号的发送，则该单模通信节点将占用1个信标时隙进行非中央信标信号的发送。

则相比于表4，本发明对时隙分配消息字段的内容定义涉及改动的部分如表5所示，未改动的内容与表4一致，未在表5中列出。

表5时隙分配消息字段的新内容定义

表5中“CSMA时隙区单相基本时隙数量”的数量为N，字段“CSMA时隙支持的相线个数”的数量为1时，CSMA时隙区含有N个时隙分片，数量为3时，CSMA时隙区含有3N个时隙分片，且其时隙工作相位情况如图6所示。表5中Y+Z个非中央信标信号发送节点，其中有Y1+Z1个单模通信节点，有Y2+Z2个三相通信节点，则非中央信标时隙的总数量为Y1+Z1+3×(Y2+Z2)个。

基于本发明对信标信号的信令内容中时隙分配消息字段的定义，组网时，单模通信节点的组网方法不变，三模通信节点的组网方法如下：

S1、三模通信模块开机后，轮流在三个相位信道上在每个信道设定的监听时长内进行信标信号的监听，如每个信道的监听时长为10秒；如果在三个信道的总监听时长内(如10×3＝30秒)未正确接收任何信标信号，则持续轮流在三个相位信道上在每个信道设定的监听时长内进行信标信号的监听，直至监听到信标信号，然后执行步骤S2，或者持续监听的总时长超过设定阈值，则停止监听，上报高层处理，如，持续轮流在三个相位信道上在每个信道设定的监听时长内进行信标信号的监听超过30分钟仍未监听到信号，则判定监听超时，上报高层处理；

S2、当三个相位信道都经历过至少一次信号监听(如持续监听的总时长大于30秒)且监听到信标信号后，将监听过程中所正确接收到的信标信号的发送节点归入集合X中，并在集合X中选择一个节点作为自身关联请求报文信号的上行中继节点；上行中继节点可以按以下条件中的一个或多个进行优先选取：层级小优先，三模通信节点优先，代理节点优先、信号接收信噪比高优先；

S3、三模通信节点指定好上行中继节点后，根据信标信号中对帧结构的指示，在CSMA时隙区发送自己的关联请求报文信号，申请入网，关联请求报文内容中除了现有协议的内容外，还进一步增加了自身是三模通信模块的信息；

S4、被该三模通信节点指定为上行中继节点的节点收到三模通信节点的关联请求报文信号后，将该关联请求报文信号中继发送给CCO，如果上行中继节点是CCO，则无需中继转发；

S5、CCO收到三模通信节点的关联请求报文信号后，如果该三模通信节点在白名单中，则向其发送同意其入网的关联确认报文，关联确认报文中将携带CCO节点给该申请入网节点分配的短地址，长度为12bit，用于指示该节点在本网络中的身份，如果不在白名单中，则向其发送不同意其入网的关联确认报文；

S6、三模通信节点收到来自CCO的关联确认报文后，如果同意其入网，则完成入网；如果不同意入网，则继续监听其它载波子网的信标信号，并向监听到的新的子网发起入网申请。

本发明根据节点的短地址判断节点的类型，并基于节点的类型对TDMA时隙进行定义：TDMA时隙区长度大于0时，CCO获得3个TDMA时隙，且轮流在A/B/C相位上进行信标信号的发送，单模通信节点获得1个TDMA时隙，三模通信节点获得3个TDMA时隙，且轮流在A/B/C相位上进行信标信号的发送；对CSMA时隙信息以及绑定CSMA时隙信息区，采用三相时隙轮流出现，且均匀分布的划分方式进行定义。则节点入网后，采用以下方法进行信号的发送：

在信标时隙区和TDMA时隙区，如果有节点被安排进行信号发送，CCO轮流在A/B/C相位上进行信标信号的发送，单模通信节点在自身对应的固定相位上进行信标信号的发送，三模通信节点轮流在A/B/C三个相位上进行信号发送；

在CSMA时隙区，如果节点无业务发送需求时，处于接收状态，对于三模通信节点，按照时隙分配消息字段所定义的相关时隙相位信息，相应进行天线工作相位切换，举个例子，如果当前时隙是A相位时隙，则三模通信节点在A相位线路上进行信号接收，当前时隙结束后，则切换至下一个相位线路上进行信号接收；对于单模通信节点，在自身对应的固定相位上进行信号接收；当节点有业务发送需求时，处于发送状态，对于三模通信节点基于发送业务的接收节点进行决策，具体为：如果为广播业务，则三模通信节点在分别A/B/C相位时隙上，在对应的A/B/C相位的电力线信道上以CSMA竞争接入方式进行广播业务的重复发送；如果为单播业务且接收节点为单模通信节点，设其相位为P，则三模通信节点在P相位时隙上，在P相位的电力线信道上以CSMA竞争接入方式进行该业务的发送；如果为单播业务且接收节点为三模通信节点，则设发送信号的三模通信节点记为T，接收信号的三模通信节点记为R，发送信号节点T将基于通过发现列表报文机制所获取到的自身和接收信号节点R之间在三个相位信道上的链路质量情况，选择一个最佳相位信道K，发送信号节点T在K相位时隙上，在K相位的电力线信道上以CSMA竞争接入方式向节点R进行该业务的发送；通信失败时，则更换相位信道后以相同方式再次进行发送；

绑定CSMA时隙区：方式和CSMA时隙区保持一致，这里就不再重复描述。

本发明通过将现有宽带载波通信网络中三模通信节点的通信模式改为三相切换通信模式，充分利用三模通信节点自带的三相切换通信模式，采用和主节点相同的机制进行发现列表报文的发送(单模通信节点采用原有机制进行发现列表报文的发送)，可以据此实现在3个信道上的链路发现和建立、链路质量探测、和路由信息交互等，而且三模通信节点可以和其它节点建立通信链路，减少通信孤点的出现。如图7所示，采用本发明方法，节点4将可以和三模通信节点3直接建立通信链路，从而不再是通信孤点，而节点1和节点2也可以和三模通信节点3直接建立通信链路，整个网络的连通性将获得明显改善，极大增强了网络路由的鲁棒性。

另外，电力线上存在大量噪声，但在不同相位上的噪声具有一定的非相关性，三个线路上同时存在严重噪声的概率较低。而两个三模通信节点之间具有3个相互独立的通信信道，当其中的1个或2个相位的线路上出现严重干扰时，三模通信节点之间可以选择使用干扰较小的线路进行通信，从而有效提高两个节点之间的抗干扰传输能力。如图8所示(图8中虚线表示高噪声线路，实线表示低噪声线路)，当A相和B相线路上同时出现高强度噪声干扰时，A单模通信节点3和B单模通信节点4和其它节点之间的通信链路就都会出现中断，但是三相通信节点0、1和2之间则可以选择低噪声强度的C相信道进行通信，从而避免节点之间的链路出现中断。

相比于现有的宽带载波通信网络所有的子节点全部为单模通信节点、只有主节点(CCO)为三模通信节点的方式相比，本发明方法可以降低CCO的发现列表报文发送频度，现有的宽带载波通信网络CCO节点需要以和子节点相同的周期在三个相位上进行发现列表报文的发送，CCO的发现列表报文发送频度将是单模通信节点的三倍。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。