CN100555996C - 微功率无线模块远距离通信分层路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线抄表系统收集表具数据的微功率无线模块远距离通信分层路由方法，该系统包括无线中央控制器、无线数据采集节点，且具有发射、接收无线信号的能力，无线中央控制器根据配置文件生成无线数据采集节点的拓扑表；无线中央控制器根据拓扑表对无线抄表节点进行分层依次查询，在无线中央控制器查询无线采集节点的过程中在无线采集节点中建立路由，而不需要对无线采集节点做任何配置。本发明实现了无线中央控制器与无线数据采集节点间的自动无线通信，不需要安排抄表员到各用户终端抄表，可以自动地抄收供电局或物业小区用户的水表、电表、气表等表具数据，作为向用户收费的依据。大大减少人工劳动，降低管理费用，提高自动化程度。

Description

微功率无线模块远距离通信分层路由方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种无线抄表系统收集表具数据的微功率无线模块远距离通信分层路由方法。

背景技术

对于可以瞬间工作的远传表具，无线数据采集节点可以随时直接读取表具的数据。如何解决表具数据的收集，一般想到两种方法，一种是人工方法，一种是无线自动通信法。人工法是由人工手持数据收集器，到每一个无线采集节点所在地一一读取，然后到中心计算机房，把数据输入计算机，这种方法劳民伤财。无线自动通信法是在通过无线中央控制器与无线采集节点建立一个无线通信系统，通过无线方式实现数据的自动收集，这样就减轻了人工的劳力。

发明内容

本发明的目的提供一种无线抄表系统收集表具数据的微功率无线模块远距离通信分层路由方法，实现无线中央控制器和下属无线数据采集节点建立通信路由的方法，在无线中央控制器与各个无线数据采集节点之间建立可靠的无线通信联系。

图1显示了通过无线中央控制器与无线数据采集节点直接相连的表具数据的无线抄表系统的基本方案框图。系统中的表具为可以瞬间工作的远传表具，每个无线数据采集节点连接一个表具，且可随时读取，本发明不再对无线抄表节点如何读取表具数据以及表具如何工作做详细的介绍。由于受无线电管理委员会规定的限制，无线数据采集节点的无线模块的功率较小，故两个无线模块相互通信的距离比较小，再远就互相收不到了。要将数据传送到远方，就得采用接力的方式进行传送：即每隔一定的距离就设置一个无线采集节点作为中继节点，用来传送相邻中继节点以及本中继节点所管辖的无线数据采集节点的消息，故中继节点间隔以及中继节点与其所管辖的无线采集节点的距离要求足够小。例如图1中的节点N9将采集到的表具数据传送给无线中央控制器G1的过程是，无线采集节点N9先将消息传送给管辖他的中继节点N7，中继节点N7收到此消息后传送给下一个中继节点N4，中继节点N4再将数据传送给中继节点N1，最后由中继节点N1传送给无线中央控制器G1；无线中央控制器G1要将消息传送给N9是此过程的一个逆过程。因此无线中央控制器与无线数据采集节点间就必须建立通信的路由。

本发明的技术方案：一种无线抄表系统收集表具数据的微功率无线模块远距离通信分层路由方法，应用于一个由无线中央控制器、大量无线数据采集节点组成的系统，各个无线数据采集节点通过有线方式与直接相连的直读表具组成的无线数据自动收集节点。该系统中的无线中央控制器、无线数据采集节点都具有发射/接收无线信号的能力，其传输距离都是有限的，按以下步骤进行：其特征在于，

(1)无线中央控制器建立无线数据采集节点的拓扑表，先将所有的无线数据采集节点划分为n个逻辑组也就是n层，n为自然数，并根据划分的逻辑组为无线中央控制器形成一个配置文件，无线中央控制器根据此配置文件建立拓扑表；逻辑组的划分原则是：一个逻辑组中的任何一个无线数据采集节点都可与相邻的逻辑组中的任何一个无线数据采集节点进行直接通信；

(2)建立路由，路由建立的核心思想是无线中央控制器根据拓扑表分组依次查询无线数据采集节点，在查询中继节点时自动建立路由；查询本组节点的中继节点时保存上一组节点的中继节点，在查询下一组节点的中继节点时，保存下一组中继节点，每个中继节点就建立了到达上、下组的中继节点的路由信息，这样所有组的中继节点就形成了一个串联的链路；无线中央控制器与无线数据采集节点间、以及无线数据采集节点间通信的查询消息将含有以下的信息：源地址也就是发送消息节点地址，目的地址也就是接收消息节点地址，消息类型有查询中继节点与查询非中继节点的消息，查询地址为无线中央控制器查询的无线数据采集节点的地址，TTL为查询地址节点组的实时层次。

其具体步骤如下：(a)当无线中央控制器开始收集所有无线数据采集节点的数据时，无线中央控制器首先查询第一个逻辑组中的第一个无线数据采集节点，将此节点视为这一组的中继节点，并将此节点作为无线中央控制器的下层路由节点保存起来；无线中央控制器查询其他所有的无线数据采集节点时，无线中央控制器都将查询消息发送给下层路由节点指定的无线数据采集节点；(b)无线数据采集节点收到此查询消息后，将消息中的发送源地址作为本中继节点的上层路由地址保存下来，并同时收集表具数据，收集完成后向上层路由发送包含表具数据的无线消息；(c)无线中央控制器查询第一组的其他无线数据采集节点时，就向无线中央控制器中的下层路由节点发送查询非中继节点消息，第一组中继节点收到此消息后，判断是查询本组的其他节点，中继节点直接向查询消息中的查询地址指定的无线数据采集节点转发此消息；无线数据采集节点收到此消息后，根据判断是查询本节点的消息，本节点将保存查询消息的源地址作为向上路由，并同时收集表具数据，收集完成后向上层路由发送包含表具数据的无线消息；(d)无线中央控制器查询第二组的无线数据采集节点的方法是，无线中央控制器先查询第二组的第一个无线数据采集节点的时候，无线中央控制器将此节点视为第二组的中继节点，就向无线中央控制器的下层路由节点发送查询中继节点消息，第一组中继收到此查询消息后，判断是查询下一组的中继节点，第一组中继节点将查询消息中的查询地址作为路由表中的下层路由节点保存起来，并向下层路由节点指定的无线数据采集节点发送此查询消息，第二组无线数据采集节点的中继节点收到此消息后的处理方式与上面的b步相同；(e)无线中央控制器查询第二组的其他节点时，无线中央控制器直接向无线中央控制器的下层路由节点发送查询非中继节点消息，第一组中继节点收到此消息后，将此消息转发给下层路由节点；第二组的中继节点收到此查询消息后，判断此消息是查询本层的其他节点直接向消息中的查询地址指定的无线数据采集节点转发此消息，此节点的余下处理方式与c步相同；(f)无线中央控制器将此节点视为第n组的中继节点，就向无线中央控制器的下层路由节点发送查询中继节点消息，第一组、第二组......第n-1组的中继节点收到此查询消息后将此消息依次发送给下层路由节点，第n组中继节点受到此消息后处理方式与d步相同，无线中央控制器查询本组其他节点的原理与查询第二组相同。

上述的路由建立过程的特点为：无线中央控制器收集无线数据采集节点的过程中采用了分组依次收集各组无线数据采集节点方法；在收集数据过程的同时，被无线中央控制器指定为各组中继节点的无线数据采集节点建立了上层路由节点地址，下层路由节点地址的路由信息，路由建立不需要额外的过程；不需要对各个无线数据采集节点进行任何配置；每组无线数据采集节点的中继节点是由中央控制器指定的，与无线数据采集节点无关，因此所有的无线数据采集节点的完成功能都是相同的。在查询任一组中继节点的时候，若没有查询成功，则以本组的另一个节点作为中继节点继续查询，直到成功为止，若本组的所有节点都查询失败的时候，忽略此组的查询，开始下一组的查询。

本发明的有益效果是实现了无线中央控制器与无线数据采集节点间的自动无线通信，不需要安排抄表员到各用户终端抄表，可以随时，自动地抄收供电局或物业小区用户的水表、电表、气表等表具数据，作为向用户收费的依据。大大减少了人工劳动，降低了管理费用，提高了自动化程度。

附图说明

图1是本发明的实施例的原理框图。

图2是无线数据采集点建立上下层路由节点流程图。

图3是无线中央控制器开始查询的流程图。

图4是开始查询后无线中央控制器的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。本实施例以三层为例来说明本发明。

下面通过举例进一步详细说明本发明的实施方式，本发明的核心思想是无线中央控制器根据逻辑分组，建立无线数据采集节点的拓扑表，根据拓扑表分组依次查询无线数据采集节点，在查询过程中自动建立路由。

中央控制器与无线数据采集节点间、以及无线数据采集节点间通信的查询消息将含有如下的信息：源地址也就是发送消息节点地址，目的地址也就是接收消息节点地址，消息类型为查询中继节点和查询非中继节点，查询地址为无线中央控制器查询无线数据采集节点的地址，TTL为源地址所在组与查询地址节点所在组的相对层次。

本发明是要解决无线中央控制器与各无线数据采集节点间的通信理由建立问题。为便于说明问题，结合图1的原理图进行叙述，其中无线数据采集节点与无线中央控制器安装的物理位置已经形成图中的逻辑分组关系。对于这样一个具体的实施例，本发明是这样实现通信路由的自动建立的：

首先：无线中央控制器建立无线数据采集节点的拓扑表，先将所有的无线数据采集节点划分为n逻辑组也就是n层，并根据划分的逻辑组为无线中央控制器形成一个配置文件，无线中央控制器根据此配置文件建立拓扑表如表1所示。每一逻辑组也称为一层，逻辑组的划分原则是：一个逻辑组中的任何一个无线数据采集节点都可与相邻的逻辑组中的任何一个无线数据采集节点进行直接通信。

首先，根据图1所示的原理图划分逻辑组后，无线中央控制器根据此划分形成的所有无线数据采集节点对应的拓扑表如表1所示。每一行对应一个无线数据采集节点信息，拓扑表中最重要的有两个信息，一是无线数据采集节点地址，二是无线数据采集节点所在组的层次编号。根据图1划分的逻辑组在无线中央控制器中将形成如表1所示的无线数据采集节点拓扑表，在表中N1，N2，N3是第一组，也称为第一层，N4，N5，N6是第二组，也称为第二层，N7，N8，N9是第三组，也成为第三层。在拓扑表中N1，N2，N3的层次编号为1，从N4开始是另外一组，故N4，N5，N6层次编号为2，同理N7，N8，N9是第三组，层次编号为3；依次类推，若还有更多的逻辑组，在拓扑表中的设置方式相同。

表1无线中央控制器中存储的无线数据采集节点拓扑表

无线数据采集节点	层次编号(组编号)
		N1	1
N2	1
		N3	1
N4	2
		N5	2
N6	2
		N7	3
N8	3
		N9	3

其次：建立路由，无线中央控制器开始按组依次查询所有的无线数据采集节点，查询的同时将自动建立路由，图2是无线数据采集节点建立路由的流程图。图3、图4是无线中央控制器查询并建立路由的过程。根据表1所示的拓扑表，无线中央控制器查询无线数据采集节点，路由建立过程如下：

1)：无线中央控制器首先查询拓扑表中第一层的无线数据节点，查询从本层第一个无线数据采集节点N1开始，无线中央控制器发送的查询消息内容如下：源地址G1，目的地址N1，消息类型为查询中继节点，查询地址N1，TTL为1。无线中央控制器发送完此消息后，将N1设置为下层路由节点，节点N1收到此查询消息后，判断TTL为1，然后判断出查询消息类型是查询中继节点，节点N1将路由中的上层路由节点设置为此查询消息中的源地址设置G1，N1查询到表具数据后直接向下层路由节点返回查询到的表具数据，因此节点N1设置了路由中的上层路由节点为G1；然后无线中央控制器开始查询第一层的剩下的无线数据采集节点，例如查询无线数据采集节点N2时，无线中央控制器发送的消息如下：源地址为G1，目的节点地址设置为下层路由节点N1，消息类型为查询非中继节点，查询地址为N2，TTL设置为1，节点N1收到此消息后，判断TTL为1，并判断消息为查询一般节点，则N1将查询消息的源地址修改为N1，目的地址为查询节点N2后，直接将此查询消息转发给N2，节点N2收到此消息后，判断是查询一般节点，TTL为1，且查询节点地址是自己，则将源地址设置为本节点的上层路由节点，然后开始查询表具数据，并将数据通过无线消息返回给上层路由节点；

2)无线中央控制器查询完拓扑表中第一层的所有节点后，开始查询拓扑表中第二层的节点，查询从第二层的第一个节点开始，无线中央控制器发送的消息内容如下：源地址为G1，目的地址设置为下层路由节点N1，消息类型为查询中继节点，查询地址设置为N4，TTL设置为2，节点N1收到此消息后，判断TTL为2，并判断消息类型为查询中继节点，则N1将路由的下层路由节点设置为N4，并转发此消息，转发消息的构造如下：源地址为N1，目的地址为下层路由节点N4，消息类型为查询中继节点，查询地址为N4，TTL减1即为1，N4接收到此查询中继节点消息后的处理方式与N1处理方式相同，因此节点N1设置了路由中的下层路由节点为N4，N4设置了路由中的上层路由节点为N1。

无线中央控制器完成查询N4后开始查询拓扑表中第二层剩下的无线数据采集节点，例如查询N5时，无线中央控制器发送的消息如下：源地址为G1，目的地址设置为下层路由节点N1，消息类型为查询一般节点，查询地址为N5，TTL设置为2，N1收到此消息后判断TTL等于2，并判断是查询一般节点，则N1转发此消息，转发的消息如下：源地址为N1，目的地址为下层路由节点N4，消息类型为查询一般节点，查询地址为N5，TTL减1即为1，N4接收到此查询一般节点消息后的处理方式与N1处理方式相同。

3)无线中央控制器查询完拓扑表中第二层的所有节点后开始查询拓扑表中第三层的所有节点，查询仍然从第三层的第一个节点开始，查询消息的构造方法与查询第一层第二层的节点相同。

通过上面的查询过程后，各节点建立了路由，其中G1的路由信息是下层路由节点为N1；节点N1的路由信息是下层路由节点为N4，节点N1上层路由节点位G1；节点N4的路由消息是上层路由节点为N1。

每个中继节点收到查询下层节点的消息后，都使用下层路由节点作为转发消息目的地址。每个一般节点收到查询消息后都使用收到的查询消息中的源地址作为目的地址；每个中继节点受到查询返回的消息后都使用上层路由节点作为目的地址。因此建立了上面的路由信息后，无线中央控制器可以完成拓扑表中的所有的无线数据采集节点。

Claims (1)

1、一种无线抄表系统收集表具数据的微功率无线模块远距离通信分层路由方法，该系统包括无线中央控制器、无线数据采集节点，且都具有发射、接收无线信号的能力，该方法按以下步骤进行：其特征在于：

(1)无线中央控制器建立无线数据采集节点的拓扑表，先将所有的无线数据采集节点划分为n个逻辑组也就是n层，n为自然数，并根据划分的逻辑组为无线中央控制器形成一个配置文件，无线中央控制器根据此配置文件建立拓扑表，且一个逻辑组中的任何一个无线数据采集节点都可与相邻的逻辑组中的任何一个无线数据采集节点进行直接通信；

(2)路由建立：无线中央控制器根据拓扑表分组，依次查询无线数据采集节点，无线中央控制器在查询中继节点时自动建立路由，查询本组节点的中继节点时保存上一组节点的中继节点，在查询下一组节点的中继节点时，保存下一组中继节点，每个中继节点就建立了到达上、下组的中继节点的路由信息，这样所有组的中继节点就形成了一个串联的链路，且无线中央控制器与无线数据采集节点间、以及无线数据采集节点间通信的查询消息将含有以下的信息：源地址也就是发送消息节点地址，目的地址也就是接收消息节点地址，消息类型：查询中继节点和查询非中继节点的消息，查询地址为无线中央控制器查询的无线数据采集节点的地址，TTL为查询地址节点组的实时层次；其具体步骤如下：(a)当无线中央控制器开始收集所有无线数据采集节点的数据时，无线中央控制器首先查询第一个逻辑组中的第一个无线数据采集节点，将此节点视为这一组的中继节点，并将此节点作为无线中央控制器的下层路由节点保存起来；无线中央控制器查询其他所有的无线数据采集节点时，无线中央控制器都将查询消息发送给下层路由节点指定的无线数据采集节点；(b)无线数据采集节点收到此查询消息后，将消息中的发送源地址作为本中继节点的上层路由地址保存下来，并同时收集表具数据，收集完成后向上层路由发送包含表具数据的无线消息；(c)无线中央控制器查询第一组的其他无线数据采集节点时，就向无线中央控制器中的下层路由节点发送查询非中继节点消息，第一组中继节点收到此消息后，判断是查询本组的其他节点，中继节点直接向查询消息中的查询地址指定的无线数据采集节点转发此消息；无线数据采集节点收到此消息后，根据判断是查询本节点的消息，本节点将保存查询消息的源地址作为向上路由，并同时收集表具数据，收集完成后向上层路由发送包含表具数据的无线消息；(d)无线中央控制器查询第二组的无线数据采集节点的方法是，无线中央控制器先查询第二组的第一个无线数据采集节点的时候，无线中央控制器将此节点视为第二组的中继节点，就向无线中央控制器的下层路由节点发送查询中继节点消息，第一组中继收到此查询消息后，判断是查询下一组的中继节点，第一组中继节点将查询消息中的查询地址作为路由表中的下层路由节点保存起来，并向下层路由节点指定的无线数据采集节点发送此查询消息，第二组无线数据采集节点的中继节点收到此消息后的处理方式与上面的b步相同；(e)无线中央控制器查询第二组的其他节点时，无线中央控制器直接向无线中央控制器的下层路由节点发送查询非中继节点消息，第一组中继节点收到此消息后，将此消息转发给下层路由节点；第二组的中继节点收到此查询消息后，判断此消息是查询本层的其他节点，直接向消息中的查询地址指定的无线数据采集节点转发此消息，此节点的余下处理方式与c步相同；(f)无线中央控制器查询第n组无线数据采集节点的方法是，无线中央控制器查询第n组的第一个无线数据采集节点，无线中央控制器将此节点视为第n组的中继节点，就向无线中央控制器的下层路由节点发送查询中继节点消息，第一组、第二组... ...第n-1组的中继节点收到此查询消息后将此消息依次发送给下层路由节点，第n组中继节点受到此消息后处理方式与d步相同，无线中央控制器查询本组其他节点的原理与查询第二组相同。

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