CN101599214A - 网络化低功耗无线抄表方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网络化低功耗无线抄表方法，它包括一个中心控制器和隶属于中心控制器的多个中继，以及隶属于各个中继的多个终端，终端下可连接一个或多个用户表端，并且在该系统中每个无线通信部分都具有发射和接收的功能，每个中继或终端在被唤醒前都是处于载波唤醒模式下，中心控制器周期地检测是否有前导码信号，当前导质量大于门限值时，中继或终端开始接收同步字、并判断正确后、退出载波唤醒模式，当前导质量小于门限值时，正常执行载波唤醒模式以降低功耗；中继或终端均设有ID识别码及网络优化功能。

Description

网络化低功耗无线抄表方法
技术领域
本发明涉及一种网络化低功耗无线抄表方法，主要用于电子产品控制，属计量测量系统及方法制造领域。
背景技术
无线通信由于其无需架设电缆，安装方便等特点，越来越受到各行各业的青睐。最近几年发展起来的ZigBee技术，由于比较复杂，实现成本相对来说还是比较高的，在有些场合根本没必要用如此复杂的技术，而国内无线抄表的传统星型结构容易受到障碍物、电磁干扰等多方面的影响，可靠性不高。总的来说现有的无线抄表系统有以下几点不足：一是系统要求高，像ZigBee网络，其运行所需的硬件环境就很高；二是功耗高，一般的无线网络都是实时在线的，其功耗很高，而无线抄表网络中需要的都是低功耗的抄表网络；三是组网方式复杂，一般的自组网系统都需要解决碰撞问题，从而给系统带来一定的负荷，增加了复杂度降低了可靠性；四是灵活性不够，一般的星型网络其网络架构固定，从而容易受干扰。
发明内容
设计目的：避免背景技术中存在的不足之处，设计能够低功耗、高可靠地实现无线抄表的网络化低功耗无线抄表方法。
设计方案：为了实现上述设计目的，本申请采用由一个中心控制器、隶属于中心控制器的多个中继(集中器)、隶属于各个中继的大量终端，终端下可连接一个或多个用户表端，该系统中每个无线通信部分都具有发射和接收的能力，其中，(1)每个中继或终端在被唤醒前都是处于载波唤醒模式下，周期地检测是否有前导码信号，当前导质量大于门限值时开始接收同步字并判断正确后退出载波唤醒模式，当前导质量小于门限值时正常执行载波唤醒模式以降低功耗。(2)中继具有ID识别及网络优化功能，其网络优化过程如下步骤如下：a、中心控制器向某个中继发出测试命令，对应中继回发数据，中心控制器通过判断对应中继回发的数据RSSI值(信号强度值)，来判断链路质量；b、中心控制器将满足链路要求的中继记录到链路表中，并向中继发送路由检测命令，以便中继继续测试其他中继与其连接的链路质量；c、路由中继将满足链路质量的中继回发给中心控制器，由中心控制器来统一记录和评定最佳链路；d、中心控制器将优化后的连接信息表逐个发送给相关中继，完成网络优化；e、中心控制器向中继发送抄表命令；f、中继执行抄表命令后如果有需要对终端进行路径优化则回复主机将经行终端路径优化，再以中继为中心执行a-c的网络优化。(3)前述特征(2)所述的网络优化其具有严格的区域级别特点，以中心控制器发起的网络优化只能在中继间实行，中继向下发起的网络优化只能在终端执行，从而划分庞大的网络为各个小网络以降低网络复杂度，减小系统负荷。
本发明与背景技术相比，一是系统架构简单，有效的节约了系统运行所需的硬件资源；二是功耗低，本无线抄表网络无论是在唤醒时还是在抄表过程中都充分考虑功耗消耗，使之达到最小化；三是组网方式简单，在组网方式上有自组网的特点(合理选择网络路径)，同时结合抄表系统特点(被抄对象都是确定的)合理地避开了碰撞问题使组网过程的复杂度进一步降低，效率进一步提高；四是灵活可靠，本超抄表系统并不是每次都需要经行组网的，其内部有一条存储的抄表网络表，当抄表出错时其才会经行网络路径优化，从而保证数据可靠抄取。
附图说明
图1是抄表网络系统中存储的网络表图。
图2是中心控制器发起的中继间网络优化(组网)后网络表图。
图3是中继发起的终端间网络优化(组网)后网络表图。
图4是唤醒过程程序流程图。
图5是网络路径优化过程程序流程图。
具体实施方式
实施例1：参照附图1～5。网络化低功耗无线抄表方法，它包括一个中心控制器和隶属于中心控制器的多个中继，以及隶属于各个中继的多个终端，终端下可连接一个或多个用户表端，并且在该系统中每个无线通信部分都具有发射和接收的功能，(1)每个中继或终端在被唤醒前都是处于载波唤醒模式下(采用前导码+同步字的方式实现中继或终端的唤醒)，中心控制器周期地检测是否有前导码信号，当前导质量大于门限值时，中继或终端开始接收同步字、并判断正确后、退出载波唤醒模式，当前导质量小于门限值时，正常执行载波唤醒模式以降低功耗；(2)中继或终端均设有ID识别码及网络优化功能，其网络优化过程如下步骤如下：a、中心控制器向某个中继发出测试命令，对应ID中继回发数据，中心控制器通过判断对应中继回发的数据RSSI值，来判断链路质量；b、中心控制器将满足链路要求的中继记录到链路表中，并向中继发送路由检测命令，以便中继继续测试其他中继与其连接的链路质量；c、路由中继将满足链路质量的中继回发给中心控制器，由中心控制器来统一记录和评定最佳链路；d、中心控制器将优化后的连接信息表逐个发送给相关中继，完成网络优化；e、中心控制器向中继或终端发送抄表命令；f、中继执行抄表命令后，如果有需要对终端进行路径优化则回复主机将进行终端路径优化，再以中继为中心执行a-c的网络优化。上述所述的网络优化按区域级别特点划分，以中心控制器发起的网络优化只能在中继间实行，中继向下发起的网络优化只能在终端执行，划分庞大的网络为各个小网络以降低网络复杂度，减小系统负荷。其控制中心唤醒中继过程是：先控制中心持续发送前导码和同步字，持续发送时间为一个WOR周期，中继则在WOR周期接收时间内如果收到前导码值大于所设定的门限阀值则继续接收同步字，否则继续执行WOR周期进入睡眠状态，接收完同步字后如果判断错误则也同样回到WOR模式，正确则进入实时接收状态，以便接收控制中心的命令，由于一般无线设备都是前导码固定而同步字是可配置的，因此可以编辑不同的同步字来识别不同的唤醒对象。
下面以一个实例进一步说明本发明的实施方式。
抄表系统中的控制中心、中继以及终端其都有代表自己的唯一ID，网络协议中信息的传输也是通过此ID来识别。各个中继和终端在安装时，就由一个设定好的网络表，此网络表分布如图一所示。每个中继下有诺干个终端，终端下可由一个或多个用户表端。控制中心(本例中为手持设备)，可通过中继单独读取一个终端表信息也可发一个命令要求中继将整个中继下的所有表端数据返回给控制中心。为了实现低功耗，所有的中继和终端平常状态下都为WOR(载波唤醒模式，此模式是无线设备睡眠、接受周期切换的一种模式是无线有效的低功耗手段)模式，在收到唤醒命令后再退出WOR进入实际接收状态等待其他命令。处于WOR状态下的设备要达到最佳的低功耗水平则其必须在最短的接受时间内被唤醒，但同时需要避免被错误唤醒。此过程也是低功耗唤醒的关键，本实例中采用前导码+同步字的方式实现唤醒。其唤醒流程图如图4。控制中心唤醒中继过程是，先控制中心持续发送前导码和同步字，持续发送时间为一个WOR周期(以确保WOR被可靠唤醒)。中继则在WOR周期接收时间内如果收到前导码值大于所设定的门限阀值则继续接收同步字，否则继续执行WOR周期进入睡眠状态。接收完同步字后如果判断错误则也同样回到WOR模式，正确则进入实时接收状态，以便接收控制中心的命令。由于一般无线设备都是前导码固定而同步字是可配置的，因此可以编辑不同的同步字来识别不同的唤醒对象从而避免被错误唤醒。现阶段一般的WOR唤醒都是采用数据包唤醒，而一个数据包则包括完整的前导码同步字以及数据和校验值，整个数据包长度将远远大于前导+同步字的数据长度，从而要求更长的WOR周期中的接收时间，将会引入更大的功耗。例如TI的CC1100其最少前导码和同步字总长度为4个字节，而其数据包的最少长度为8个字节(4个字节前导码和同步字+1个字节数据长度+1个字节地址+2个字节CRC值)，这样采用前导码和同步字唤醒将比数据包唤醒功耗减少一半以上。假如控制中心根据预存的网络表成功唤醒对应中继后给中继发送指令，如果需要其他中继或终端操作则中继以同样的唤醒方式唤醒其之后的操作对象。假如控制无法唤醒预存的网络表唤醒对应中继，则控制中心将启用网络优化操作其具体步骤如下：
a、中心控制器向某个中继发出测试命令，对应中继回发数据，中心控制器通过判断对应中继回发的数据RSSI值(信号强度值)，来判断链路质量；
b、中心控制器将满足链路要求的中继记录到链路表中，并向中继发送路由检测命令，以便中继继续测试其他中继与其连接的链路质量；
c、路由中继将满足链路质量的中继回发给中心控制器，由中心控制器来统一记录和评定最佳链路；
d、中心控制器将优化后的连接信息表逐个发送给相关中继，完成网络优化，建立如图二所示中继间优化后网络路径；
e、中心控制器向中继发送抄表命令；
f、中继执行抄表命令后如果有需要对终端进行路径优化则回复主机将经行终端路径优化，再以中继为中心执行a-c的网络优化，建立如图3所示终端间优化后网络路径。
抄表故障时才执行网络路径的选择优化从而有效增加了抄表的可靠性同时也避免正常情况下重复选择网络路径带来的额外功耗，网络路径优化流程图如图5所示。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明设计思路作了比较详细的描述，但是这些描述，只是对本发明设计思路的文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思想的组合、省略或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1、一种网络化低功耗无线抄表方法，它包括一个中心控制器和隶属于中心控制器的多个中继，以及隶属于各个中继的多个终端，终端下可连接一个或多个用户表端，并且在该系统中每个无线通信部分都具有发射和接收的功能，其特征在于：
(1)每个中继或终端在被唤醒前都是处于载波唤醒模式下，中心控制器周期地检测是否有前导码信号，当前导质量大于门限值时，中继或终端开始接收同步字、并判断正确后、退出载波唤醒模式，当前导质量小于门限值时，正常执行载波唤醒模式以降低功耗；
(2)中继或终端均设有ID识别码及网络优化功能，其网络优化过程如下步骤如下：
a、中心控制器向某个中继发出测试命令，对应ID中继回发数据，中心控制器通过判断对应中继回发的数据RSSI值，来判断链路质量；
b、中心控制器将满足链路要求的中继记录到链路表中，并向中继发送路由检测命令，以便中继继续测试其他中继与其连接的链路质量；
c、路由中继将满足链路质量的中继回发给中心控制器，由中心控制器来统一记录和评定最佳链路；
d、中心控制器将优化后的连接信息表逐个发送给相关中继，完成网络优化；
e、中心控制器向中继或终端发送抄表命令；
f、中继执行抄表命令后，如果有需要对终端进行路径优化则回复主机将进行终端路径优化，再以中继为中心执行a-c的网络优化。
2、根据权利要求1所述的网络化低功耗无线抄表方法，其特征是：所述的网络优化按区域级别特点划分，以中心控制器发起的网络优化只能在中继间实行，中继向下发起的网络优化只能在终端执行，划分庞大的网络为各个小网络以降低网络复杂度，减小系统负荷。
3、根据权利要求1所述的网络化低功耗无线抄表方法，其特征是：采用前导码+同步字的方式实现中继或终端的唤醒。
4、根据权利要求1所述的网络化低功耗无线抄表方法，其特征是：控制中心唤醒中继过程是，先控制中心持续发送前导码和同步字，持续发送时间为一个WOR周期，中继则在WOR周期接收时间内如果收到前导码值大于所设定的门限阀值则继续接收同步字，否则继续执行WOR周期进入睡眠状态，接收完同步字后如果判断错误则也同样回到WOR模式，正确则进入实时接收状态，以便接收控制中心的命令，由于一般无线设备都是前导码固定而同步字是可配置的，因此可以编辑不同的同步字来识别不同的唤醒对象。
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