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1、10申请公布号CN104185968A43申请公布日20141203CN104185968A21申请号201380016126122申请日2013032512290103620120327EPH04L12/2620060171申请人阿尔卡特朗讯地址法国布洛涅比扬古72发明人X达尔德恩B德罗加格74专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人王茂华54发明名称使用节点到节点传送功能的PLC网络拓扑提取方法57摘要一种家庭网络拓扑识别方法，该方法包括具有至少两个已连接的网络设备和住宅网关的家庭网络13，其中该住宅网关被提供以收集传递函数测量并且进行该识别方法；并且该方法包括管理中心设备，该管理。
2、中心设备远离具有至少两个已连接的网络设备的家庭网络13，其中该管理中心设备被提供以收集传递函数测量并且进行该识别方法。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014092386PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0561762013032587PCT国际申请的公布数据WO2013/144042EN2013100351INTCL权利要求书1页说明书6页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图6页10申请公布号CN104185968ACN104185968A1/1页21一种家庭网络拓扑识别方法，其中所述家庭网络13具有至少两个已连接的网。
3、络设备，并且其中所述家庭网络拓扑由网络拓扑参数的集合明确地定义，所述方法包括下列步骤1A进行对已连接的网络设备的所有可能配对的传递函数测量，以获得测量的传递函数的集合；1B定义用于网络拓扑参数的估计集合中的每个网络拓扑参数的初始值，以建立所估计的网络拓扑；1C根据网络拓扑参数的所述估计集合，来计算已连接的网络设备的所有可能配对的估计的传递函数的集合；1D通过应用度量函数，来将估计的传递函数的所述集合与测量的传递函数的所述集合相比较，以获得差异衡量；1E对所获得的差异衡量应用预定准则；1F如果所获得的差异衡量无法满足所述预定准则，则适配网络拓扑参数的所述估计集合中的至少一个网络拓扑参数；以及1G。
4、重复步骤1C至1E，直到所获得的差异衡量中的一个差异衡量达到所述预定准则。2根据权利要求1所述的方法，其中在步骤1F中为了适配网络拓扑参数的所述估计集合中的至少一个网络拓扑参数，使用全局优化方案。3根据权利要求1或2所述的方法，其中由已连接的网络设备的所述可能配对中的任何可能配对的所述已连接的网络设备中的至少一个已连接网络设备来执行步骤1A。4根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述家庭网络13基本上是电力线路网络，并且其中所述至少两个已连接的网络设备被设计为电力线路通信适配器18、19、20。5一种家庭网络13，具有至少两个已连接的网络设备和住宅网关，其中家庭网络拓扑由网络拓扑参数的集合。
5、明确地定义，并且其中所述住宅网关被提供以收集已连接的网络设备的所有可能配对的传递函数测量，以获得测量的传递函数的集合，并且进一步被提供以执行根据权利要求1所述的方法的步骤1B至1G。6一种管理中心设备，其远离具有至少两个已连接的网络设备的家庭网络13，其中家庭网络拓扑由网络拓扑参数的集合明确地定义，并且其中所述管理中心设备被提供以收集已连接的网络设备的所有可能配对的传递函数测量，以获得测量的传递函数的集合，并且进一步被提供以执行根据权利要求1所述的方法的步骤1B至1G。7一种软件模块，被提供以执行根据权利要求1所述的步骤1B至1G，其中所述步骤被转化为程序代码，所述程序代码可实施在家庭网络13。
6、的住宅网关中并且由所述家庭网络13的所述住宅网关可执行，或者由远离所述家庭网络13的管理中心设备可执行。权利要求书CN104185968A1/6页3使用节点到节点传送功能的PLC网络拓扑提取方法技术领域0001本发明涉及一种家庭网络拓扑识别方法以及被提供用以执行该方法的管理中心设备。背景技术0002近些年已经看到对家庭网络技术的越来越多的兴趣，家庭网络技术主要用于在私人房屋中部署小的通信网络。这些家庭网络能够被用来连接位于房屋的不同部位中的各种设备。例如，向顾客提供互联网接入的住宅网关如调制解调器能够遍及整个房屋广播互联网信号和/或电视信号。0003在设备之间有通信问题的情况中，由于通信信道的。
7、高复杂性，诊断和排错可能是非常困难的。使用在点到点电线线路通信系统、诸如XDSL数字订户线路技术上的经典诊断方法不容易适用于点到多点网络信道。事实上，这些方法通常依赖于与收发器之间的距离直接有关的信号衰减的测量，并且依赖于反射测定法REFLECTOMETRY技术时域反射测定法TDR，或者频域反射测定法FDR，反射测定法技术通常还用于估计距离以及用于通过分析不正常的信号反射而检测物理信道上的缺陷。0004为了进一步举例说明该问题，图14中描述了与相当简单的家庭网络对应的示例。图1示意性地描绘了由包括两个节点1、2的典型干净的XDSL数字订户线路技术线路所形成的家庭网络13。对应的家庭网络拓扑包括。
8、表示线路端部的两个节点1、2，以及连接这些节点1、2的一个支线14，该支线表示具有线路长度的实际线路。0005在上部中，图2示出了图1的XDSL线路的两个节点1、2之间的传递函数，以及还有从节点1的时域反射图REFLECTOGRAM图2的下部。对于这个相当简单的情况，显而易见的是能够容易地从该反射图提取拓扑。4000M处的峰值对应于由信号从节点1到节点2并且然后被反射回到节点1所行进的总距离。由于仅获得一次反射，容易推论这个家庭网络13由单个2000M长度的线路组成。此外，如对本领域的技术人员是显而易见的，该传递函数中所示出的衰减具有平滑曲率并且可以因此还被用来估计该线路长度。0006图3示意。
9、性地描绘了第二家庭网络13”，第二家庭网络13”被设计为典型的XDSL线路，在离线路的端部200M距离处具有40M长的桥接抽头16。该XDSL线路因此包括四个节点1”4”。图4示出了在节点1”与节点3”之间的对应的传递函数上部以及从节点1”的时域反射图下部。该传递函数展示出由直接信号与被桥接抽头16反射的信号之间的干扰所引起的典型振荡，但是它的包络仍然是平滑的并且可用于线路长度的估计。该反射图清楚地示出了这些反射，并且仍然足够简单以通过本领域的技术人员已知的算法、诸如单端线路测试SELTP来分析，以便提取该家庭网络拓扑。0007然而，当考虑更加复杂的拓扑时，诸如特别是包括大量节点和支线的电力线。
10、通信PLC网络，由于复杂得多的传递函数图案以及发生在网络的所有支线中的巨大数量的反射，可用的解决方案是完全无效率的。0008目前，家庭网络拓扑的手动现场识别是提供准确解决方案的仅有方式。从服务运说明书CN104185968A2/6页4营商视角，这种解决方案是昂贵的并且完全不实用。已经针对远程诊断和排错建议了解决方案，其中根据所收集的网络参数来识别特定的问题并且建议一些行动来解决任意问题。然而，这些解决方案不能识别家庭网络拓扑结构。0009因此，期望是提供一种允许有效地确定复杂家庭网络拓扑特别是PLC家庭网络的方法。发明内容0010根据家庭网络拓扑识别方法的一个示例性实施例，其中该家庭网络具有至。
11、少两个已连接的网络设备，并且其中该家庭网络拓扑由网络拓扑参数的集合明确地定义，该方法包括下列步骤0011A进行已连接的网络设备的所有可能配对之间的传递函数测量，以获得测量的传递函数的集合；0012B定义用于网络拓扑参数的估计集合中的每个网络拓扑参数的初始值，以建立所估计的网络拓扑；0013C根据网络拓扑参数的估计集合，来计算已连接的网络设备的所有可能配对之间的估计的传递函数的集合；0014D通过应用度量函数METRICFUNCTION，来将估计的传递函数的该集合与测量的传递函数的该集合相比较，以获得差异衡量AMEASUREOFDIFFERENCE；0015E对所获得的差异衡量应用预定准则；00。
12、16F如果所获得的差异衡量无法满足该预定准则，则适配网络拓扑参数的估计集合中的至少一个网络拓扑参数；以及0017G重复步骤C至E，直到所获得的差异衡量达到该预定准则。0018对于N个已连接的网络设备，用以确定测量的传递函数的集合的传递函数测量的数量是NN1/2。0019被定义用于每个网络拓扑参数的初始值可以基于对网络拓扑参数的假设，诸如对家庭网络中的节点的数量、这些节点之间的支线的长度的边界、连接至每个电插座的终端阻抗、或者看起来适合于本领域的技术人员的任何其他拓扑参数的假设。对该网络拓扑的先验知识能够在步骤B中被收集。更多的先验已知信息是可用的，该方法将更快速并且解决方案将更准确。然后，在预。
13、定义的现实边界内的随机选取的值能够被指配给网络拓扑参数的该集合中的剩余未知参数。0020优选地，被应用来将估计的传递函数的该集合与测量的传递函数的该集合相比较的度量函数是基于估计的传递函数的集合的均方误差，被拿来作为对测量的传递函数的集合的估计器。0021该方法能够允许整个家庭网络拓扑的有效提取，甚至是在复杂传递函数的情况中。一旦其由该方法确定，该家庭网络拓扑的知识具有首要的重要性并且能够然后被使用在诊断和排错过程中。0022在一个优选的实施例中，全局优化方案被用于适配步骤F中网络拓扑参数的估计集合中的至少一个网络拓扑参数。优选地，该全局优化方案是从演化算法、差分进化、模拟退火、随机隧道、以及。
14、蒙特卡洛方法所组成的全局优化方案的组中选择的一种方案。一般说明书CN104185968A3/6页5而言，它还可以是看起来对本领域的技术人员是合适的、可应用至非线性优化问题的任何其他的全局优化方案。由此，能够确保找到差异衡量的最小值，从而估计的传递函数的至少一个集合充分接近于测量的传递函数的集合，并且所估计的家庭网络拓扑以充分的方式表示真实的家庭网络拓扑。0023在又另一个实施例中，步骤A由已连接的网络设备的可能配对中的任何配对中的已连接的网络设备中的至少一个网络设备来执行。通过这样，所测量的传递函数能够最容易地被获得。0024在另一个实施例中，该方法有利地被应用至基本上是电力线路网络的家庭网络。
15、，并且其中至少两个已连接的网络设备被设计为电力线路通信PLC适配器。如在本申请中使用的，短语“基本上是电力线路网络”应该被特别地理解为基于电力线路电缆的家庭网络，并且其中被用于该家庭网络内的数据传输的所有媒介的至少70被设计为电力线路电缆。由于这些电力线路电缆在家庭中通常是可用的，该方法能够被应用至大百分比的已有家庭网络。在PLC信道上，许多反射发生在电力线路网络的许多节点和终端插座、灯、处，并且所有反射的信号的干扰导致了复杂的衰减图案，阻止使用常规方法如TDR和FDR来准确地估计距离以及提取网络拓扑。0025在又另一个优选的实施例中，家庭网络具有至少两个已连接的网络设备和住宅网关，其中该家庭。
16、网络的拓扑也由网络拓扑参数的集合明确地确定，并且其中该住宅网关被提供以收集已连接的网络设备的所有可能配对的传递函数测量以获得测量的传递函数的集合，并且进一步被提供以执行该方法的步骤B至G。当该住宅网关被链接至管理中心，所提取的家庭网络拓扑能够容易地被组合在由位于远程站点的管理中心所进行的诊断过程中。通过这样，家庭网络诊断的成本能够大幅减小，并且能够避免费力将服务职员带到该家庭网络的现场。这还能够允许对家庭网络的更频繁的分析，对家庭网络的更频繁的分析提供预防性维护的选项。0026在另一个优选的实施例中，提供了一种管理中心设备，该管理中心设备远离具有至少两个已连接网络设备的家庭网络，其中家庭网络的。
17、拓扑由网络拓扑参数的集合明确地确定，并且其中该管理中心设备被提供以收集已连接的网络设备的所有可能配对的传递函数测量以获得测量的传递函数的集合，并且进一步被提供来执行早先所描述的方法的步骤B至G。这能够允许以减少的成本并且以高可靠性的对该家庭网络的频繁、自主的分析。0027在另一个优选的实施例中，提供了一种软件模块，用于执行所描述的方法的步骤B至G，其中这些步骤被转化为如下的程序代码，该程序代码可实施在家庭网络的住宅网关中并且由家庭网络的住宅网关可执行，或者由远离该家庭网络的管理中心设备可执行。因此，对于家庭网络拓扑识别能够获得用于应用该方法的大的灵活性和应用该方法的宽范围。0028根据后文所描。
18、述的实施例，本发明的这些和其他方面将是明显的，并且将参考后文所描述的实施例来阐述本发明的这些和其他方面。附图说明0029在附图中说明书CN104185968A4/6页60030图1示意性地描绘了包括两个节点的典型干净的XDSL数字订户线路线路；0031图2示出了图1的XDSL线路的两个节点之间的传递函数以及从一个节点的时域反射图；0032图3示意性地描绘了具有桥接抽头的第二典型XDSL线路；0033图4示出了图3的XDSL线路的节点1”与3”之间的传递函数以及从节点1”的时域反射图；0034图5示出了家庭网络拓扑识别方法的一个实施例的流程图；0035图6示意性地图示了被设计为具有三个已连接的电。
19、力线路通信PLC设备的电力线路网络的家庭网络；0036图7示出了图6的三对PLC设备之间的传递函数以及从节点8的时域反射图。具体实施方式0037在背景技术章节中已经讨论了用以从传递函数或反射图提取家庭网络拓扑的足够简单的家庭网络13、13”的示例。在下文中，将描述针对更加复杂的家庭网络的家庭网络拓扑识别的一个实施例的应用。0038图6示意性地图示了另一个家庭网络13，家庭网络13被设计为具有三个已连接网络设备的电力线路网络，这三个已连接网络设备被设计为电力线路通信PLC适配器18、19、20。家庭网络13包括由十一个支线而连接的十二个节点112。节点1被假定为是去往该房屋的电力的进入点，并且这。
20、三个PLC适配器18、19、20被假定为在节点8、10、和11处被连接。节点112的数量、这些支线的长度、以及它们的连接点，形成了明确地定义该家庭网络拓扑的网络拓扑参数的集合。0039图5示出了被应用至图6的家庭网络13的家庭网络拓扑识别方法的一个实施例的流程图。0040作为该方法的第一输入步骤21，被设计为PLC适配器18、19、20的已连接的网络设备中的所有三个可能配对12、13、23的传递函数测量，由PLC适配器18、19、20的可能配对中的任何配对中的已连接的PLC适配器18、19、20中的至少一个PLC适配器来进行，以获得测量的传递函数的集合。0041作为该方法的第二输入步骤22，定。
21、义用于网络拓扑参数的估计集合中的每个网络拓扑参数的初始值，以建立所估计的网络拓扑。软件模块被提供，以执行这个步骤22以及下文所描述的接下来的步骤。步骤2226被转化为如下的程序代码，该程序代码可实施在管理中心设备中并且由管理中心设备可执行，该管理中心设备包括PLC网络仿真器17，PLC网络仿真器17远离家庭网络13并且连接至家庭网络13。一般而言，该软件模块也可以实施在家庭网络13的住宅网关中。0042PLC网络仿真器17因此被提供来收集PLC适配器18、19、20的所有可能配对的传递函数测量的结果，以获得测量的传递函数的集合，并且进一步被提供来执行网络拓扑提取方法的步骤2226。0043在接。
22、下来的步骤23中，PLC网络仿真器17根据网络拓扑参数的估计集合，来计算已连接的网络设备的所有可能配对的估计的传递函数的集合。0044在随后的步骤24中，PLC网络仿真器17将估计的传递函数的集合与测量的传递说明书CN104185968A5/6页7函数的集合相比较。为了这个目的，PLC网络仿真器17被提供以应用度量函数来获得差异衡量。该度量函数包括均方误差计算，该均方误差计算采用估计的传递函数的集合作为估计器，并且采用测量的传递函数的集合作为“真”值，并且合计在相同频率处所取的估计的传递函数值与测量的传递函数值之间的平方差，其中在图7中所示出的频率范围内以等距频率步进来完成该合计。0045预定。
23、准则存储在PLC网络仿真器17的存储器单元未示出中。在接下来的步骤25中，PLC网络仿真器17被提供来对估计的传递函数的集合与测量的传递函数的集合之间所获得的差异衡量，应用该预定准则。0046如果所获得的差异衡量无法满足该预定准则，则PLC网络仿真器17在另一个步骤26中被提供，来适配网络拓扑参数的估计集合中的至少一个网络拓扑参数，并且反复地做步骤23250047根据网络拓扑参数的估计集合，来计算已连接的网络设备的所有可能配对的估计的传递函数的集合；0048通过应用该度量函数，来将估计的传递函数的集合与测量的传递函数的集合相比较，以获得差异衡量；以及0049对所获得的进一步的差异衡量应用该预定。
24、准则。0050这些步骤2326由PLC网络仿真器17反复地做，直到找到具有达到该预定准则的所获得的差异衡量的估计的传递函数的集合。然后该方法停止，并且被用来计算已连接的网络设备的所有可能配对的估计的传递函数的集合的、网络拓扑参数的估计集合，被考虑为表示家庭网络拓扑参数的集合，并且通过该网络拓扑参数的估计集合来表示所提取的家庭网络拓扑。0051为了适配网络拓扑参数的估计集合中的至少一个网络拓扑参数，PLC网络仿真器17被提供来使用在该软件模块中实施的蒙特卡洛方法，作为全局优化方案，以确保将找到网络拓扑参数的估计集合，使得与所获得的差异衡量有关的该预定准则被满足。0052在上部中，图7示出了PLC。
25、适配器18、19、20的三个可能配对之间的传递函数。显而易见的是，节点8到10、节点8到11、以及节点10到11之间的传递函数在此处比在图2和4中给出的示例中复杂得多，并且直截了当的解释是完全不可能的。然而，相比于真实家庭网络的拓扑，图6中的该示例的拓扑仍然相当简单。同样地，如所预期的，图7的下部中所示出的仿真反射图展示出大量的反射，并且也不可能利用现有技术不带模糊性地从它提取家庭网络拓扑。0053在这种情况中，所提议的解决方案准许从这三个所示出的传递函数提取家庭网络拓扑。0054尽管已经在附图和前述描述中详细地举例说明和描述了本发明，但是这种举例说明和描述将被考虑为说明性或者示例性而不是限制。
26、性的；本发明不限制于所公开的实施例。0055根据对附图、公开内容、以及所附权利要求的研究，在实行所要求保护的发明中的本领域的技术人员能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中记载了某些测量的单纯事实，不指示这些测量的组合不能被用来获利。权利说明书CN104185968A6/6页8要求中的任何标记不应当被解释为限制范围。说明书CN104185968A1/6页9图1图2说明书附图CN104185968A2/6页10图3说明书附图CN104185968A103/6页11图4说明书附图CN104185968A114/6页12图5说明书附图CN104185968A125/6页13图6说明书附图CN104185968A136/6页14图7说明书附图CN104185968A14。