CN102480770B - 用于电能表无线抄表系统的自主组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电能表无线抄表系统的自主组网方法，该系统中的节点包括集中器和采集终端，包括以下步骤：节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令；各节点接收到邻居交换命令，将发送邻居交换命令的节点地址添加到各节点的自身邻居表中；如果与某节点可双向通信，且该节点已加入网络，则以该节点为父节点建立到集中器间的上行路由；上述刚加入网络的节点通过自身父节点以单播方式向集中器发送路由更新命令，建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由；该刚加入网络节点自主加入网络完毕；循环执行，直至所有节点加入网络。应用本发明方法的无线抄表系统组网速度加快，易维护，可以及时反应网络状态，实现彻底的无人值守功能。

Description

用于电能表无线抄表系统的自主组网方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络通信领域，具体是一种用于电能表无线抄表系统的自主组网方法。

背景技术

无线传感器网络技术已经得到了快速发展，在应用方面已经具备的较高的技术成熟度。采用低成本的无线传感器网络技术实现电能表无线抄表系统是技术发展的趋势。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。

无线传感器网络自组网技术是构建电能表无线抄表系统的关键技术。目前，电能表自动抄表系统采用被动组网技术，即利用集中器统一发布组网指令的方式达到组网目的。这种技术组网速度慢，不能及时反映网络的状况，造成抄表的成功率不高，适应性差。

发明内容

针对现有技术中存在的组网速度慢，不能及时反映网络的状况等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种组网速度快、适应性强、易扩展的用于电能表无线抄表系统的自主组网方法。

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自主组网方法，该系统中的节点包括集中器和采集终端，包括以下步骤：

节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令；

各节点接收到邻居交换命令，将发送邻居交换命令的节点地址添加到各节点的自身邻居表中；

各节点根据邻居交换命令确定与某节点是否可双向通信；

如果与某节点可双向通信，则判断该节点是否已加入网络；

如果该节点已加入网络，则以该节点为父节点建立到集中器间的上行路由；

上述刚加入网络的节点通过自身父节点以单播方式向集中器发送路由更新命令，建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由；该刚加入网络节点自主加入网络完毕；

重复上述步骤，循环执行，直至所有节点加入网络。

如果该节点没有加入网络，或者与自身不可双向通信，则返回节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令步骤循环执行，直至所有节点加入网络。

所述节点周期性以广播方式向网络发送的邻居交换命令包括自身在网络中的跳数、自身地址以及邻居地址列表，其中集中器的跳数固定为0，采集终端如果未加入网络，则其跳数为0xFF，加入网络后其跳数为对应的级数；邻居地址列表包括与自身可在一跳范围进行通信的所有节点的地址。

所述各节点根据邻居交换命令确定与某节点是否可双向通信的过程为：

   节点收到邻居交换指令后，先将发送该指令的节点的地址加入自身邻居地址列表中；

    判断该邻居交换命令中的邻居地址列表中是否包含节点自身地址，如果包含节点自身地址，则认为可与发送该邻居交换命令的节点双向通信，否则认为不可与发送该邻居交换命令的节点双向通信

以该节点为父节点建立到集中器间的上行路由步骤包括：

将该节点地址存放到自身路由表第一项作为父节点；自身在网络中的跳数由0xFF修改为父节点的跳数加1，上行路由建立完毕。

所述路由更新命令包括：路由更新命令标识，父节点地址，自身在网络中的跳数。

所述建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由的步骤包括：

节点接收到路由更新命令后，将发送路由更新命令的节点地址存放到自身路由表中，其中路由表的目的地址为发送路由更新命令的节点地址，下一跳地址为转发该路由命令的节点地址；

判断节点自身是否为集中器，如果是集中器，则由集中器到该刚加入网络节点的下行路由建立完毕。

如果节点自身不是集中器，则向自身父节点转发该路由更新命令；

返回至节点接收到路由更新命令步骤，循环执行，直至路由更新命令到达集中器。

本发明具有以下有益效果及优点:

1．本发明提供了一种用于电能表无线抄表系统的自主组网方法，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组网速度加快，易维护，可以及时反应网络状态。

2．在电能表无线抄表系统中采用自动组网技术，可以实现彻底的无人值守功能，通信网络维护极为方便，且网络更易于扩展。

附图说明

图1为本发明建立上行路由示意图；

图2为本发明建立下行路由示意图。

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。

电能表无线抄表系统由集中器和采集终端组成（集中器和采集终端都称为节点，采集终端为终端节点），网络中所有节点（包括集中器和终端节点）以广播的形式周期性向网络发送邻居交换信息，通知其它节点网络的存在并可加入网络；未加入网络的终端节点通过接收来自集中器或其它已加入网络的终端节点的邻居交换信息感知网络的存在，并根据当前链路状态有选择性的确定其中一个节点作为自身父节点自主加入网络，从而完成自主组网过程。

基于上述特点分析，本发明自主组网方法设计了以下步骤，如图1所示：

用于电能表无线抄表系统的自主组网方法，该系统中的节点包括集中器和采集终端，其特征在于包括以下步骤：

节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令；

各节点接收到邻居交换命令，将发送邻居交换命令的节点地址添加到各节点的自身邻居表中；

各节点根据邻居交换命令确定与某节点是否可双向通信；

如果与某节点可双向通信，则判断该节点是否已加入网络；

如果该节点已加入网络，则以该节点为父节点建立到集中器间的上行路由；

上述刚加入网络的节点通过自身父节点以单播方式向集中器发送路由更新命令，建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由；该刚加入网络节点自主加入网络完毕；

重复上述步骤，循环执行，直至所有节点加入网络；

如果该节点没有加入网络，或者与自身不可双向通信，则返回节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令步骤循环执行，直至所有节点加入网络。

路由更新命令包括：路由更新命令标识，父节点地址，自身在网络中的跳数。

本实施例中，上述各节点包括集中器和采集终端，集中器和采集终端周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令；

采集终端接收到来自集中器或其它采集终端的邻居交换命令后，将发送邻居交换命令的节点地址添加到自身邻居表中，并且根据邻居交换命令确定集中器或其它采集终端与自身是否可双向通信；

接收到集中器邻居交换命令的多个采集终端，如果与集中器之间可双向通信，则建立到集中器间的上行路由；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更新命令，由集中器建立到第一级采集终端的下行路由；第一级采集终端自主加入网络完毕。

接收到第一级采集终端邻居交换命令的多个采集终端，如果与第一级采集终端之间可双向通信，则以该第一级采集终端为父节点，建立到集中器间的上行路由；该多个采集终端为第二级采集终端；

上述第二级采集终端以单播方式向第一级采集终端发送路由更新命令，第一级采集终端收到该路由更新命令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更新命令；集中器收到该路由更新命令后建立到第二级采集终端的下行路由；第二级采集终端自主加入网络完毕。

依次类推，直到所有采集终端都自主加入网络。

集中器和采集终端周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令包括自身在网络中的跳数，自身地址以及邻居地址列表，其中集中器的跳数固定为0，采集终端如果未加入网络，则其跳数为0xFF，加入网络后其跳数为对应的级数；邻居地址列表包括与自身可在一跳范围进行通信的所有节点的地址。

所述各节点根据邻居交换命令确定与某节点是否可双向通信的过程为：节点收到邻居交换指令后，先将发送该指令的节点的地址加入自身邻居地址列表中；判断该邻居交换命令中的邻居地址列表中是否包含节点自身地址，如果包含节点自身地址，则认为可与发送该邻居交换命令的节点双向通信，否则认为不可与发送该邻居交换命令的节点双向通信

本实施例中，采集终端根据邻居交换命令确定集中器或其它采集终端与自身是否可双向通信的过程为：如果来自集中器或其它采集终端的邻居交换命令中的邻居地址列表中包含本采集终端地址，则认为该采集终端与集中器或其它采集终端可双向通信。

如图2所示，建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由的步骤包括：

节点接收到路由更新命令后，将发送路由更新命令的节点地址存放到自身路由表中，其中路由表的目的地址为发送路由更新命令的节点地址，下一跳地址为转发该路由命令的节点地址；

判断节点自身是否为集中器，如果是集中器，则由集中器到该刚加入网络节点的下行路由建立完毕。

如果节点自身不是集中器，则向自身父节点转发该路由更新命令；

返回至节点接收到路由更新命令步骤，循环执行，直至路由更新命令到达集中器。

本实施例中，集中器接收到第一级采集终端的路由更新命令后，将第一级采集终端的地址存放到自身路由表中，其中路由表的目的地址和下一跳地址均为该第一级采集终端的地址，并在路由表中记录其处于网络中的跳数为1，用以标识其级别，第一级采集终端自主加入网络完毕。

Claims (1)

1.一种用于电能表无线抄表系统的自主组网方法，该系统中的节点包括集中器和采集终端，其特征在于包括以下步骤：

节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令；

各节点接收到邻居交换命令，将发送邻居交换命令的节点地址添加到各节点的自身邻居表中；

各节点根据邻居交换命令确定与某节点是否可双向通信；

如果与某节点可双向通信，则判断该节点是否已加入网络；

如果该节点已加入网络，则以该节点为父节点建立到集中器间的上行路由；

上述刚加入网络的节点通过自身父节点以单播方式向集中器发送路由更新命令，建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由；该刚加入网络节点自主加入网络完毕；

重复上述步骤，循环执行，直至所有节点加入网络;

如果该节点没有加入网络，或者与自身不可双向通信，则返回节点周期性以广播方式向网络中发送邻居交换命令步骤循环执行，直至所有节点加入网络;

所述节点周期性以广播方式向网络发送的邻居交换命令包括自身在网络中的跳数、自身地址以及邻居地址列表，其中集中器的跳数固定为0，采集终端如果未加入网络，则其跳数为0xFF，加入网络后其跳数为对应的级数；邻居地址列表包括与自身可在一跳范围进行通信的所有节点的地址;

所述各节点根据邻居交换命令确定与某节点是否可双向通信的过程为：

节点收到邻居交换指令后，先将发送该指令的节点的地址加入自身邻居地址列表中；

判断该邻居交换命令中的邻居地址列表中是否包含节点自身地址，如果包含节点自身地址，则认为可与发送该邻居交换命令的节点双向通信，否则认为不可与发送该邻居交换命令的节点双向通信;

以该节点为父节点建立到集中器间的上行路由步骤包括：

将该节点地址存放到自身路由表第一项作为父节点；自身在网络中的跳数由0xFF修改为父节点的跳数加1，上行路由建立完毕;

所述路由更新命令包括：路由更新命令标识，父节点地址，自身在网络中的跳数;

所述建立由集中器到该刚加入网络节点的下行路由的步骤包括：

节点接收到路由更新命令后，将发送路由更新命令的节点地址存放到自身路由表中，其中路由表的目的地址为发送路由更新命令的节点地址， 下一跳地址为转发该路由更新命令的节点地址；

判断节点自身是否为集中器，如果是集中器，则由集中器到该刚加入网络节点的下行路由建立完毕;

如果节点自身不是集中器，则向自身父节点转发该路由更新命令；

返回至节点接收到路由更新命令步骤，循环执行，直至路由更新命令到达集中器。