CN102404688A - 用于电能表无线抄表系统的路由建立方法 - Google Patents

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王忠锋
杨志家
曾鹏
李力刚
黄剑龙
朱珍
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Abstract

本发明涉及一种用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，步骤为：集中器以广播方式向所有采集终端发布路由建立命令；接收到上述路由建立命令的多个采集终端建立到集中器的上行路由；该多个采集终端为第一级采集终端；上述第一级采集终端以单播方式向集中器发送路由响应命令，集中器接收到路由响应命令后建立到第一级采集终端的下行路由；按上述过程第一级采集终端再向下一级采集终端转发路由建立命令，建立到下一级采集终端的下行路由和上行路由，依次类推，直到所有采集终端的上行及下行路由建立完成。应用本发明方法的无线抄表系统较传统抄表系统抄表速度加快，不受电力线杂波影响，抄表的成功率高，适应性强，能够满足抄表的实时性等要求。

Description

用于电能表无线抄表系统的路由建立方法
技术领域
本发明涉及一种无线传感器网络中的路由建立方法，具体是一种用于电能表无线抄表系统的路由建立方法。
背景技术
无线传感器网络是近年来出现的一种新型无线通信技术。在无线传感器网络中，每个终端都可以作为路由器，并通过与多个终端的协同传输来完成多跳的数据传输。无线传感器网络具有低成本、鲁棒性、灵活易用等特点，可广泛应用于电能表自动抄表系统、工业数据采集等场合。
目前，电能表自动抄表系统均采用有线抄表技术，即利用电力载波技术实现自动抄表。这种技术抄表速度慢，电力线易受杂波影响，抄表的成功率不高，适应性差，不能满足抄表的实时性等要求。利用无线传感器网络技术真正实现电能表无线抄表的技术方案尚未见报道。
发明内容
针对电能表无线抄表系统中存在的抄表速度慢，抄表的成功率低，适应性差等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种抄表迅速、准确、以多跳的方式建立多个采集终端与集中器的用于电能表无线抄表系统的路由建立方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，该系统包括集中器和采集终端，包括以下步骤：
集中器以广播方式向所有采集终端发布路由建立命令；
接收到上述路由建立命令的多个采集终端建立到集中器的上行路由；该多个采集终端为第一级采集终端；
上述第一级采集终端以单播方式向集中器发送路由响应命令，集中器接收到路由响应命令后建立到第一级采集终端的下行路由；
第一级采集终端向未建立上行路由的采集终端转发路由建立命令；
收到由第一级采集终端转发的路由建立命令的其它采集终端建立到集中器的上行路由；该其它采集终端为第二级采集终端；
第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送路由响应命令，第一级采集终端收到该响应后建立到第二级采集终端的下行路由；
该第一级采集终端向集中器转发来自该第二级采集终端的路由响应命令；集中器收到该路由响应命令后建立到第二级采集终端的下行路由；
第二级采集终端再向其它仍未建立上行路由的其它采集终端转发路由建立命令，依次类推，直到所有采集终端的上行及下行路由建立完成。
所述集中器以广播方式向所有采集终端发布的路由建立命令包括发起时间TS，集中器地址以及路由更新序列号Sud，其中发起时间TS为集中器发布路由建立命令的开始时间，集中器地址是唯一的，路由更新序列号Sud为集中器发布路由建立命令的随机序列号。
所述多个采集终端建立到集中器的上行路由包括以下步骤：
多个采集终端中的某个采集终端接收到来自集中器的路由建立命令后，判断该路由建立命令是否直接来自集中器；
如果该命令是直接来自集中器，则该采集终端将集中器地址存放到该采集终端的路由表中，并作为自身父节点，上行路由的建立结束；
如果该路由建立命令不是直接来自集中器，而是来自其他的转发终端，则采集终端将该转发终端的地址存放到采集终端的路由表中，并作为自身父节点，上行路由的建立结束。
上述第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送响应，第一级采集终端收到该响应后建立到第二级采集终端的下行路由包括以下步骤：
采集终端根据路由建立命令选择自身父节点，等待固定时间Tper后，通过其父节点以单播方式向集中器发送路由响应；
判断采集终端的路由响应是否发送至集中器，如果发送至集中器，则集中器在其路由表中添加采集终端的地址，下行路由的建立结束；
如果采集终端发送的路由响应没有发送到集中器，而是发送到上一级采集终端，则上一级采集终端将发送路由响应的采集终端的地址添加到自己的路由表中；
接续通过自身的父节点向集中器转发采集终端的路由响应步骤。
所述固定时间Tper由集中器确定，范围为5～100秒。
上一级采集终端发送完路由响应后，等待固定时间Tper，再以广播方式向下一级采集终端转发路由建立命令。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明提供了一种用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，可以迅速的以多跳的方式建立多个采集终端与集中器的路由连接，而且，每个采集终端都可以维护针对集中器的上一跳采集终端的上行路由，集中器维护针对采集终端的下一跳采集终端的下行路由，应用本发明方法的无线抄表系统抄表速度加快，电力线不受杂波影响，抄表的成功率高，适应性张，能够满足抄表的实时性等要求。
附图说明
图1A、1B为本发明建立上行路由示意图(一)、(二)；
图2A、2B为本发明建立下行路由示意图(一)、(二)；
图3为本发明路由建立方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
多跳路由的建立是构建无线传感器网络的关键技术之一。针对电能表无线抄表系统的无线传感器网络具有以下特点：一、电能表无线抄表系统由集中器和采集终端组成，控制命令通过集中器发送到各采集终端，采集终端所采集的用电数据以多跳的方式传递到集中器，即每个采集终端均可以作为路由器；二、电能表无线抄表系统中的集中器和采集终端均采用主供电方式，因此每个采集终端均无需进行休眠；三、集中器需要针对每个采集终端维护其下行路由，即针对采集终端的下一跳终端地址，每个采集终端除了维护针对其他采集终端的下行路由，还需要维护自身的上行路由，即针对集中器的上一跳终端地址。
基于上述特点分析，本发明用于电能表无线抄表系统的路由建立方法设计了以下步骤：
集中器以广播方式向所有采集终端发布路由建立命令；
接收到上述路由建立命令的多个采集终端建立到集中器的上行路由；该多个采集终端为第一级采集终端；
上述第一级采集终端以单播方式向集中器发送路由响应命令，集中器接收到路由响应命令后建立到第一级采集终端的下行路由；
第一级采集终端向未建立上行路由的采集终端转发路由建立命令；
收到由第一级采集终端转发的路由建立命令的其它采集终端建立到集中器的上行路由；该其它采集终端为第二级采集终端；
第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送路由响应命令，第一级采集终端收到该响应后建立到第二级采集终端的下行路由；
该第一级采集终端向集中器转发来自该第二级采集终端的路由响应命令；集中器收到该路由响应命令后建立到第二级采集终端的下行路由；
第二级采集终端再向其它仍未建立上行路由的其它采集终端转发路由建立命令，依次类推，直到所有采集终端的上行及下行路由建立完成。
如图3所示，所述集中器以广播方式向所有采集终端发布的路由建立命令包括发起时间TS，集中器A地址以及路由更新序列号Sud，其中发起时间TS为集中器发布路由建立命令的开始时间，集中器A地址是唯一的(本实施例为0x0000)，路由更新序列号Sud为集中器发布路由建立命令的随机序列号。上一级采集终端发送完路由响应后，等待固定时间Tper，再以广播方式向下一级采集终端转发路由建立命令。
所述多个采集终端建立到集中器的上行路由包括以下步骤：
多个采集终端中的某个采集终端D接收到来自集中器A的路由建立命令后，判断该命令是否直接来自集中器A；
如果该命令是直接来自集中器A，则该采集终端D将集中器A地址存放到该采集终端D的路由表的第一项中，并作为自身父节点，上行路由的建立结束；
如果该命令不是直接来自集中器A，而是来自其他采集终端B，则采集终端D将该其他采集终端B的地址存放到采集终端D的路由表的第一项中，并作为自身父节点，上行路由的建立结束。
网络中的所有采集终端均通过此方式建立上行路由。
如图1A所示，集中器A主动以广播形式发出路由建立指令，采集终端D作为第一级采集终端接收到路由建立命令后，如果该命令是直接来自集中器A，则采集终端D将集中器A的地址存放到本采集终端路由表的第一项中，并作为自身父节点；如图1B所示，如果该路由建立命令来自其他采集终端B，则采集终端D将其他采集终端B的地址存放到自身路由表的第一项中，并作为自身父节点；网络中的所有终端均通过此方式建立上行路由。
上述第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送响应，第一级采集终端收到该响应后建立到第二级采集终端的下行路由包括以下步骤：
采集终端根据路由建立命令选择自身父节点，等待固定时间Tper(固定时间Tper由集中器A确定，范围为5～100秒)后，通过其父节点以单播方式向集中器发送路由响应；
判断采集终端的路由响应是否发送至集中器，如果发送至集中器，则集中器在其路由表中添加采集终端的地址，下行路由的建立结束；
如果采集终端发送的路由响应没有发送到集中器，而是发送到上一级采集终端，则上一级采集终端将发送路由响应的采集终端的地址添加到自己的路由表中。
接续通过自身的父节点向集中器转发采集终端的路由响应步骤。
建立采集终端的下行路由，集中器无需转发该路由响应。
如图2A所示，采集终端D根据路由建立请求选择自身父节点后，等待固定时间Tper后，通过其父节点以单播方式向集中器发送路由响应，建立下行路由；接收到采集终端D的路由响应的如果是集中器A，则集中器A在其路由表中添加采集终端D的地址，建立采集终端D的下行路由，集中器A无需转发该路由响应。如图2B所示，接收到采集终端D的路由响应的如果不是集中器A，而是采集终端B，则该采集终端B将采集终端D的地址添加到路由表中，同时继续通过自身的父节点向集中器转发采集终端D的路由响应。
采集终端转发路由建立命令，采集终端D发送完路由响应后，再等待固定时间Tper后，以广播方式向网络转发路由建立命令，其过程和前两步一样。Tper由集中器确定，范围为5～10秒钟，默认值最佳为5秒钟，通过集中器周期性广播通知网络中的其他终端。

Claims (8)

1.一种用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，该系统包括集中器和采集终端，其特征在于包括以下步骤：
集中器以广播方式向所有采集终端发布路由建立命令；
接收到上述路由建立命令的多个采集终端建立到集中器的上行路由；该多个采集终端为第一级采集终端；
上述第一级采集终端以单播方式向集中器发送路由响应命令，集中器接收到路由响应命令后建立到第一级采集终端的下行路由；
第一级采集终端向未建立上行路由的采集终端转发路由建立命令；
收到由第一级采集终端转发的路由建立命令的其它采集终端建立到集中器的上行路由；该其它采集终端为第二级采集终端；
第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送路由响应命令，第一级采集终端收到该响应后建立到第二级采集终端的下行路由；
该第一级采集终端向集中器转发来自该第二级采集终端的路由响应命令；集中器收到该路由响应命令后建立到第二级采集终端的下行路由；
第二级采集终端再向其它仍未建立上行路由的其它采集终端转发路由建立命令，依次类推，直到所有采集终端的上行及下行路由建立完成。
2.按权利要求1所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：所述集中器以广播方式向所有采集终端发布的路由建立命令包括发起时间TS，集中器地址以及路由更新序列号Sud，其中发起时间TS为集中器发布路由建立命令的开始时间，集中器地址是唯一的，路由更新序列号Sud为集中器发布路由建立命令的随机序列号。
3.按权利要求1所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：所述多个采集终端建立到集中器的上行路由包括以下步骤：
多个采集终端中的某个采集终端接收到来自集中器的路由建立命令后，判断该路由建立命令是否直接来自集中器；
如果该命令是直接来自集中器，则该采集终端将集中器地址存放到该采集终端的路由表中，并作为自身父节点，上行路由的建立结束。
4.按权利要求3所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：如果该路由建立命令不是直接来自集中器，而是来自其他的转发终端，则采集终端将该转发终端的地址存放到采集终端的路由表中，并作为自身父节点，上行路由的建立结束。
5.按权利要求1所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：上述第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送响应，第一级采集终端收到该响应后建立到第二级采集终端的下行路由包括以下步骤：
采集终端根据路由建立命令选择自身父节点，等待固定时间Tper后，通过其父节点以单播方式向集中器发送路由响应；
判断采集终端的路由响应是否发送至集中器，如果发送至集中器，则集中器在其路由表中添加采集终端的地址，下行路由的建立结束。
6.按权利要求5所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：
如果采集终端发送的路由响应没有发送到集中器，而是发送到上一级采集终端，则上一级采集终端将发送路由响应的采集终端的地址添加到自己的路由表中；
接续通过自身的父节点向集中器转发采集终端的路由响应步骤。
7.按权利要求5所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：所述固定时间Tper由集中器确定，范围为5～100秒。
8.按权利要求1所述用于电能表无线抄表系统的路由建立方法，其特征在于：上一级采集终端发送完路由响应后，等待固定时间Tper，再以广播方式向下一级采集终端转发路由建立命令。
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