CN102610078A - 一种智能用电系统的通信实现方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能用电系统的通信实现方法，本发明涉及智能电网、网络通信技术领域，本发明的智能用电系统的通信协议实现方法，全面分析了智能用电系统的通信需求，功能定义较为完整；本发明的协议保留字段较多，具有较好的可扩展性；本发明的协议独立于底层传输技术，便于在不同网络中应用和移植。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网、网络通信技术领域，涉及一种应用层通信协议，特别涉及一种智能用电系统的通信实现方法。
背景技术
在智能电网产业迅猛发展及国家阶梯电价等能源消费政策引导背景下，人们能源消费生活中的节能意识和主动性也越来越强，面向家庭的智能用电产品有广阔的市场需求。家庭智能用电产品的功能技术需求主要体现在：
[1]支持对家庭各类电器(热水器、电视、照明、空调等)用电数据的详细统计分析；
[2]可以支持对各类电器用电行为进行个性化规划和自动开关控制(比如，只在某固定时段打开热水器；检测到电视机待机10分钟就完全切断电源)；
[3]符合智能电网高级量测体系协议标准，可以和智能电表进行需求响应数据交互，支持用电规划的“削峰填谷”；
[4]成本低、实施易、性价比高。
目前市场上的家电产品，仅仅是孤立的个体，无法进行相互之间的信息交互，给用户带来真正的方便。智能用电系统的功能实现依赖于各功能单元之间的实时数据交互，但相关数据交互的方法尚无明确的标准，本发明全面分析了智能用电系统的通信需求，结合网络通信技术特点，定义了一种应用层通信协议。
发明内容
针对现有装置存在的不足，本发明提供一种智能用电系统的通信实现方法，以达到对各类用电器进行分析控制的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：一种智能用电系统的通信实现方法，智能用电系统包括一个主控节点和至少一个端节点；
主控节点用于接受并存储每个用电器的电量测量数据，向端节点发送用电规划指令；
端节点用于对用电器的电能量实时测量、电源开关控制、向主控制节点报告电能测量数据，并接受主控节点用电规划指令；
所述的主控节点由通信处理单元和业务处理单元组成，所述主控节点与所述端节点间为无线通信方式，所述通信处理单元和所述业务处理单元之间通过串口方式进行通信，所述业务处理单元与外网进行通信；由于通信处理单元处理能力有限，主要用于数据无线收发，绝大部分工作交由业务处理单元处理，通信处理单元和业务处理单元共同维护系统数据库。
所述的主控节点与端节点以消息的形式进行通信，所述的消息包括：由端节点触发、由通信处理单元处理的消息；由端节点触发、由业务处理单元处理的消息；由通信处理单元触发、由端节点处理的消息；由业务处理单元触发、由端节点处理的消息；
在所述的主控节点中，通信处理单元与业务处理单元以消息的形式进行通信，所述的消息包括：由通信处理单元触发、由业务处理单元处理的消息，包括请求消息和回复消息；
主控节点通信处理单元与端节点之间进行通信的消息还包括以下特征：
所述的消息，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成；
所述的消息头占用32个二进制位，包括消息类型编号、源设备标识和消息编号；
所述的消息类型编号，占用8个二进制位，有两个不同范围的取值区间，分别表示端节点发送的消息类型编号区间和主控节点发送消息的类型编号区间；所述的端节点消息类型编号区间的取值范围为0x00～0x0F；所述的主控节点通信处理单元消息类型编号区间的取值范围为0x10～0x1F；
所述的源设备标识占用8个二进制位，且有两种不同的取值分别表示主控节点和端节点；
所述的消息体长度可变，占用的空间不大于4×16×8个二进制位，且所述的消息体为空，或者包括表示设备标识数的参数，或包括表示电能量数据的参数，或者包括表示用电规划的参数，或者包括表示设备工作参数和状态的参数，或者包括表示收到确认消息的参数，或者包括表示下发同步时间的参数；
所述的参数表示设备标识时，至少包括短地址(即设备网络地址，相当于互联网中的IP地址)和IEEE物理地址(即设备物理地址，相当于互联网中设备MAC地址)；
所述的参数表示电能量数据时，至少包括系统时间、电压、电流、功率和电能；
所述的参数表示用电规划时，至少包括本响应消息事物消息总数、本消息携带的规划项数、规划事物标识、规划类别、开关动作和规划首次执行时间；
所述的参数表示设备工作参数和状态时，至少包括电量采样周期、电量上报周期、时间同步周期和开关状态；
所述的参数表示收到确认消息时，至少包括状态信息；
所述的参数表示下发同步时间时，至少包括系统时间；
通信处理单元与业务处理单元进行通信的消息还包括以下特征：
所述的由通信处理单元触发、由业务处理单元处理的请求消息由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成，且所述的消息头为固定4字节，所述的消息体为固定的28字节；
所述的消息头包括消息类型编号、源设备标识和消息编号；
所述的消息类型编号，占用8个二进制位，且取值范围为0x00～0x0F；
所述的设备标识，占用8个二进制位；
所述的消息编号，占用8个二进制位；
所述的消息体表示设备标识时，至少包括短地址、IEEE物理地址和保留字段；所述的消息体表示电能量数据时，至少包括系统时间、电压、电流、功率、电能和保留字段；所述的消息体表示用电规划时，至少包括本响应消息事物的消息总数、本消息携带的规划项数、规划事物标识、规划类别、开关动作和规划首次执行时间；
所述的由通信处理单元触发、由业务处理单元处理的回复消息由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成，且所述的消息头为固定4字节，所述的消息体为固定的12字节；
所述的消息头包括消息类型编号、源设备标识和消息编号；
所述的消息类型编号，占用8个二进制位，且取值范围为0x11～0x17；所述的设备标识，占用8个二进制位；所述的消息编号，占用8个二进制位；
所述的消息体表示设备标识时，至少包括短地址、IEEE物理地址和保留字段；所述的消息体表示同步时间时，至少包括系统时间和保留字段；所述的消息体表示用电规划时，至少包括更新类型、规划ID、规划类型、开关动作、规划执行时间和保留字段；所述的消息体表示历史电量数据时，至少包括历史电量数据和保留字段；所述的消息体表示设备工作参数和状态时，至少包括电量采集周期、电量上报周期、时间同步周期和开关状态。
本发明优点：本发明智能用电系统的通信实现方法，全面分析了智能用电系统的通信需求，功能定义较为完整；本发明的协议保留字段较多，具有较好的可扩展性；本发明的协议独立于底层传输技术，便于在不同网络中应用和移植。
附图说明
图1为本发明一种实施方式给出智能用电系统示意图；
图2为本发明一种实施方式智能用电系统的主控节点示意图；
图3为本发明一种实施方式智能用电系统中端节点向主控节点请求时间流程图；
图4为本发明一种实施方式智能用电系统中端节点向主控节点报告设备标识和地址流程图；
图5为本发明一种实施方式智能用电系统中端节点向主控节点请求设备标识的流程图；
图6为本发明一种实施方式智能用电系统中端节点向主控节点报告实时电能量数据流程图；
图7为本发明一种实施方式智能用电系统中通信处理单元向端节点发送时间同步请求流程图；
图8为本发明一种实施方式智能用电系统中通信处理单元向端节点发送请求报告设备标识流程图；
图9为本发明一种实施方式智能用电系统中通信处理单元向给业务处理单元发送时间同步请求流程图；
图10为本发明一种实施方式智能用电系统中业务处理单元触发的更新用电规划流程图；
图11为本发明一种实施方式智能用电系统中查询用电规划流程图；
图12为本发明一种实施方式智能用电系统中查询历史电能量数据流程图；
图13为本发明一种实施方式智能用电系统中查询设备工作状态和参数流程图；
图14为本发明一种实施方式智能用电系统中更新设备工作参数和状态流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
智能用电系统包括主控节点和端节点两类设备，智能用电系统的端节点主要完成对用电器(例如热水器、冰箱、电脑、照明和电视等)的电能量实时测量、电源开关控制功能，并通过网络通信向主控节点报告电能量测量数据、接受主控节点的电源开关控制的用电规划指令；主控节点是智能用电系统的核心功能单元，一方面和系统中所有端节点通信，接受并存储每个用电器的电量测量数据，向端节点发送用电规划指令，另一方面通过Internet网络接口，支持Web模式人机界面，向用户提供用电数据统计分析、用电规划设置等系统管理功能。
所述的主控节点包括通信处理单元和业务处理单元，如图2所示，通信处理单元用于与系统各个端节点通过网络通信交互数据，是主控节点的辅助处理单元；业务处理单元用于管理系统数据和支持web模式访问，是主控节点的主处理单元。业务处理单元一方面与通信处理单元进行主控节点的内部通信，另一方面可连接外网(如Internet)。
其中，通信处理单元与端节点间的通信，包括端节点向主控节点上行发送的消息，如表1所示：
表1为端节点向主控节点上行发送的消息
主控节点的通信处理单元向端节点下行发送的消息，如表2所示；
表2为通信处理单元向端节点下行发送的消息
通信处理单元向业务处理单元上行发送的消息，如表3所示：
表3为通信处理单元向业务处理单元上行发送的消息
业务处理单元向通信处理单元下行发送的消息，如表4所示：
表4为业务处理单元向通信处理单元下行发送的消息
本发明的一种实施方式给出所有的消息头均包括消息类型编号、源设备标识和消息编号，其取值方法如下所述：
消息类型编号：占用8个二进制位，用于区别不同消息种类，在协议设计时已确定不同种类消息的消息类型编号；
源设备标识：占用8个二进制位，设备入网时由主控节点分配的设备标号，在消息头中消息由谁产生即为谁的设备标识(例如：主控节点发送给端节点的消息，消息头中的原设备标识即为主控节点的设备标识)，具体的取值范围如表5所示；
表5为设备标识取值的分配原则表
消息编号：占用16个二进制位，用于区分同一设备所发送的不同消息，支持消息事物的处理，初始取值可以是设备时间(指设备刚启动是，从本地的时钟读取的时间)的后2个字节，之后每发送1个独立事务消息，消息编号取值加1，达到区间最大值后再从区间最小值开始加1循环(例如，约定端节点的消息编号范围为0到210-1，其区间最大值为210-1，主控节点的消息编号范围为210+1到216-1，其区间最大值为216-1，当消息编号过程中，端节点的消息编号达到区间最大值，则从区间最小值0开始加1循环，主控节点的消息编号达到区间最大值后，则从区间最小值210+1开始加1循环)，确认消息的消息编号与其所确认的消息的消息编号一致。当通信处理单元转发由端节点产生的消息给业务处理单元或者转发由业务处理单元产生的消息给端节点点，不产生新的消息编号，维持原消息编号；当仅在主控节点内部的通信处理单元和业务处理单元之间通信，由于不需要确认消息，故不产生新的编号，默认值为210。
本发明的一种实施方式给出5种不同的消息关联方式，第一种关联方式的流程图如图3所示，是指由端节点触发，通信处理单元处理的消息，包括：端节点向主控节点请求时间同步。
本发明的一种实施方式，端节点向主控节点请求时间同步流程如图3所示，包括以下步骤：在步骤301，端节点向通信处理单元发送请求同步时间协议，所述的同步时间协议如表6所示：
表6为同步时间协议格式
同步时间协议由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成，所述消息头占用32个二进制位，所述消息体的内容为空，占用0个二进制位。所述的消息头中消息类型编号为0x04，原设备标识为端节点设备标识，消息编号由端节点产生。
在步骤302，通信处理单元发送确认消息给端节点，所述的确认消息，如表7所示：
表7为端节点收到主控节点确认消息的协议格式
由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头和消息体，分别占用32个二进制位。所述的消息头，包括消息类型编号(例如0x08)、源设备标识和消息编号，所述的消息类型编号占用8个二进制位；所述的源设备标识占用8个二进制位，且由于是由通信处理单元负责发送，所以源设备标识为主控结点的源设备标识；消息编号占用16个二进制位，由于是由通信处理单元发送给端节点的确认消息，故其应与步骤301中请求时间同步消息中的消息编号一致，所述的消息编号占用16个二进制位。
所述的消息体，包括状态信息和保留字段，其中状态信息占用8个二进制位，其保留字段占用24个二进制位。所述的状态信息用于标识接收消息的状态：是成功(0x01)，或者失败(0x02)，或者错误(0x04)。
在步骤303，通信处理单元下发同步时间给端节点，下发同步时间协议如表8所示：
表8为下发同步时间的协议格式
所述的同步时间协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头和消息体，分别占用32个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x12)、源设备标识(主控制节点的设备标识)和消息编号。所述的消息体包括系统时间(UTC)，其占用32个二进制位。在端节点刚加入网络的时候，会请求与主控节点时间同步，通过表8的协议主控节点下发同步时间给通信处理单元，主控节点的通信处理单元每隔一定时间间隔会主动下发同步时间，主控节点的业务处理单元每隔一定时间间隔也会主动下发同步时间至通信处理单元。
在步骤304，端节点发送确认消息给通信处理单元，所述的确认消息协议如表9所示：
表9为主控节点收到端节点发出的确认消息的协议格式
所述的确认消息协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头和消息体，分别占用32个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x19)、源设备标识(端节点设备标识)和消息编号(与步骤303中回复消息协议的消息编号一致)。
消息体的占用32个二进制位，包括状态信息和保留字段，其中，状态信息用于描述信息处理单元接收消息的状态，是成功(0x01)，或者失败(0x02)，或者错误(0x04)。
第二种关联方式的流程图如图4、图5和图6所示，是指由端节点触发，业务处理单元处理的消息，包括端节点向主控节点报告设备标识和地址、端节点向主控节点请求设备标识和端节点向主控节点报告实时电能量数据。
本发明的一种实施方式，端节点向主控节点报告设备标识和地址流程如图4所示(特别说明：端节点仅在刚启动设备，且认为自己的设备标识合法的情况下，才会按照图4所示流程主动向控制节点发送报告设备标识请求，希望获得主控节点的合法授权)，步骤如下：在步骤401，端节点发送请求消息给信息处理单元，所述的发送请求消息的协议如表10所示：
表10为报告设备标识和地址协议格式
所述的报告设备标识和地址协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用96个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x01)、源设备标识(端节点设备标识)和消息编号。
所述的消息体包括短地址、IEEE物理地址和保留字段，所述的短地址是指网络地址，相当于互联网中的IP地址，占用16个二进制位；所述的IEEE物理地址是指硬件地址，相当于互联网中设备的MAC地址，占用64个二进制位；所述的保留字段占用16个二进制位。
在步骤402，通信处理单元发送确认消息给端节点，采用端节点收到主控节点确认消息的协议格式，如表7所示。
特别说明：通信处理单元查询系统数据库，当端节点所拥有的设备标识不符合规范时，继续进行步骤403，符合规范时就转变到下面将会讲到的步骤804(此时，端节点收到两个相同的确认消息402和804，就认为自己的设备标识合法)。
在步骤403，通信处理单元发送请求消息给业务处理单元，请求业务处理单元判断记录端节点的设备标识信息。所发送的请求消息的协议格式如表11所示：
表11为报告设备标识协议格式
所述的通信处理单元发送报告设备标识协议，属于通信处理单元向业务处理单元上行发送的消息，其为固定长度，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息头包括消息类型编号(0x01)、设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体占用224个二进制位，其短地址和IEEE物理地址存放的是端节点的设备信息，保留144个二进制位。
在步骤404，业务处理单元收到通信处理单元发送的请求消息后，业务处理单元在主控节点查询系统数据库查询，分配合法有效标识给端节点，设备标识取值的分配原则如表5所示，然后下发处理后的结果给通信处理单元。发发送的回复消息的协议格式如表12所示。
表12为分配设备标识协议格式
所述的通信处理单元发送请求设备标识协议，属于由业务处理单元向通信处理单元下行发送的消息，其为固定长度(16个字节)，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用96个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(例如0x11)、设备标识(主控制节点)和消息编号，其短地址和IEEE物理地址存放的是主控制节点的存储地址，可用设备标识存放的是主控节点给端节点分配的可用设备标识。
在步骤405，通信处理单元发送回复消息给端节点，所述的回复消息协议如表13所示：
表13为分配设备表示协议格式
所述的分配设备表示协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用96个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x11)、源设备标识(主控制节点)和消息编号。
所述的消息体包括短地址、IEEE物理地址和保留字段，如果业务处理单元判断端节点报告的设备标识可用，则所述的短地址与步骤401中的请求消息中的短地址相同，且占用16个二进制位；所述的IEEE物理地址与步骤401中的请求消息中的IEEE物理地址相同，占用64个二进制位；所述可用设备标识占用8个二进制位，与所报告的原设备标识相同；所述的保留字段占用8个二进制位。若端节点所报告的设备标识不可用，则上述三个字段为业务处理单元给端节点新分配的设备标识信息。
在步骤406，端节点发送确认消息给通信处理单元，采用主控节点收到端节点发出的确认消息的协议格式，如表9所示。
端节点向主控节点请求设备标识的流程如图5所示，当端节点刚启动，认为自己没有合法设备标识时，启动本实施方式，端节点向主控节点请求时间同步步骤如下：
在步骤501，端节点向通信处理单元发送请求消息，请求主控节点分配端节点的设备标识和地址，所述的请求消息的协议格式如表10所示，其源设备标识是指端节点，短地址和IEEE物理地址中存放的是端节点的设备信息。
在步骤502，通信处理单元向端节点发送确认消息，表明通信处理单元已收到步骤501发送的请求消息，并通知端节点。所述的确认消息的协议格式如表7所示，其消息编号与步骤501中的请求消息的消息编号一致。
在步骤503，通信处理单元发送请求消息给业务处理单元，请求业务处理单元给端节点分配设备标识信息。所发送的请求消息的协议格式如表14所示：
表14为通信处理单元发送请求设备标识协议格式
所述的通信处理单元发送请求设备标识协议，属于通信处理单元向业务处理单元上行发送的消息，其为固定长度，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用224个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x02)、设备标识(主控制节点)和消息编号，其短地址和IEEE物理地址存放的是端节点的信息，消息编号字段与来自端节点的请求消息的消息编号相同占用16个二进制位。
在步骤504，业务处理单元发送回复消息给通信处理单元，所述的回复消息采用分配设备标识协议实现，所述的分配设备标识协议由表12所示：
在步骤505，通信处理单元发送回复消息给端节点，所述的回复消息采用设备标识协议，如表13所示，其消息编号、短地址应与步骤504中的业务处理单元向通信处理单元回复消息的消息编号一致，通过该回复消息，主控节点将端节点的设备标识及地址返回给端节点。
在步骤506，端节点发送确认消息给通信处理单元，所述的确认消息采用端节点确认消息的协议格式，如表9所示。
端节点向主控节点报告实时电能量数据如图6所示，本发明的一种实施方式，端节点向主控节点报告实时电能量数据步骤如下：
在步骤601，端节点向通信处理单元发送请求消息，所述的请求消息采用报告实时电能量数据协议，所述的报告实时电能量数据协议如表15所示：
表15为报告实时电能量数据协议
所述的报告实时电能量数据协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用160个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x03)、原设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体，包括系统时间、电压、电流、功率和电能，其中，系统时间占用32个二进制位，电压占用32个二进制位，电流占用32个二进制位，功率占用32个二进制位，电能占用32个二进制位。
在步骤602，通信处理单元发送确认消息给端节点，所述的确认消息采用主控节点确认消息协议，如表8所示，主控节点确认消息协议中的消息编号与步骤601中请求消息采用报告实时电能量数据协议中的消息编号相同。
在步骤603，通信处理单元发送请求消息给业务处理单元，所述的请求消息采用报告实时电能量数据协议，如表16所示：
表16为报告实时电能量数据协议格式
所述的报告实时电能量数据协议，为通信处理单元向业务处理单元上行发送的消息，为固定长度，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用224个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x03)、设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体，包括系统时间、电压、电流、功率和电能，且均占用32个二进制位，还包括保留字段，占64个二进制位。
第三种关联方式的流程图如图7和图8所示，是指由通信处理单元触发，端节点处理的消息，包括时间同步、请求报告设备标识和地址。
通信处理单元向端节点发送时间同步请求流程如图7所示，包括以下步骤：
在步骤701，通信处理单元发送请求消息给端节点，所述的请求消息采用表8所示的下发同步时间协议，其中的源设备标识为主控节点。
在步骤702，端节点发送确认消息给通信处理单元，所述的确认消息采用表9所示的主控节点收到端节点确认消息的协议，其源设备标识为端节点。
通信处理单元向端节点发送请求报告设备标识消息流程如图8所示，包括以下步骤：
在步骤801，通信处理单元发送请求消息给网络中所有的端节点，所述的请求消息采用请求报告设备标识和地址协议，如表17所示：
表17请求报告设备标识和地址协议
所述的请求报告设备标识和地址协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体为空，不占用2进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x18)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。主控节点以广播的方式将此消息发送给端节点，要求获得端节点的设备标识和地址。
在步骤802，端节点返回确认给通信处理单元，所述的确认消息采用如表9所示的主控节点收到端节点消息的确认消息协议，其源设备标识为端节点。
在步骤803，端节点发送回复消息给通信处理单元，所述的回复消息采用端节点报告设备标识和地址协议，如表10所示，其源设备标识为端节点设备标识，其短地址和IEEE物理地址存放了该端节点的设备信息，各端节点分别回复上述内容给主控节点。
在步骤804，通信处理单元发送确认消息给端节点，所述的确认消息采用端节点收到主控节点的确认消息协议，如表7所示，其中，源设备标识为主控节点。
第四种关联方式的流程图如图9所示，是指由通信处理单元触发，业务处理单元处理的消息，主要是指请求时间同步。
由通信处理单元发送给业务处理单元的请求时间同步过程如下：
在步骤901：通信处理单元发送请求消息给业务处理单元，所述的请求消息采用请求同步时间协议，如表18所示：
表18为通信处理单元向业务处理单元请求同步时间协议格式
所述的请求同步时间协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，包括消息类型编号(0x04)、设备标识(主控节点设备标识)和消息编号为默认210。所述的消息体由一个保留字段组成，所述保留字段占用224个二进制位。
在步骤902：业务处理单元发送回复消息给通信处理单元，所述的回复消息采用下发同步时间协议，如表19所示：
表19为业务处理单元向通信处理单元下发同步时间协议格式
所述的下发同步时间协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，包括消息类型编号(0x12)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号为默认值210。所述的消息体占用96个二进制位，由系统时间和一个保留字段组成，所述系统时间占用32个二进制位，所述保留字段占用64个二进制位。
第五种关联方式的流程图如图10、图11、图12和图13所示，是指由业务处理单元触发，端节点处理的消息，包括更新用电规划、查询用电规划、查询历史电能量数据、查询设备工作状态和参数、更新设备工作参数和状态。关联方式中的参数如20所示。
表20为第五种关联方式参数表
由业务处理单元触发的更新用电规划流程如图10所示，过程如下：
在步骤1001，业务处理单元发送请求消息给通信处理单元，所述的请求消息是指更新用电规划协议，如表21所示：
表21为业务处理单元向通信处理单元发送的更新用电规划协议格式
所述的更新用电规划协议，是由业务处理单元发送给通信处理单元的下行消息，为固定格式，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用96个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x13)、源设备标识(主控节点)和消息编号；所述的消息体包括更新类型、规划ID、规划类型、开关动作、规划执行时间及保留字段，其中，更新类型占用8个二进制位；规划ID占用8个二进制位，用于区分不同的规划(例如第0个和第1个)，取值区间为0x00至0xFF，初始值为0x00，每次序号加1，规划ID在取值区间内循环取值；规划类型占用8个二进制位；开关动作占用8个二进制位；规划执行时间占用32个二进制位；待更新设备的标识占用8个二进制位，表示更新规划的对象；保留字段占用24个二进制位；具体参数参见表20。
在步骤1002，通信处理单元根据待更新设备的标识发送请求消息给相应的端节点，所述的请求消息采用如表22所示的更新用电规划协议：
表22为更新用电规划协议
所述的更新用电规划协议，是有通信处理单元发送给端节点的下行消息，为可变长度消息体，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用64个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x13)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号；所述的消息体包括更新类型、规划ID、规划类型、开关动作及规划执行时间，其中，更新类型占用8个二进制位；规划类型占用8个二进制位；开关动作占用8个二进制位；规划执行时间占用32个二进制位，消息的具体参数参加表20。
在步骤1003，通信端节点回复确认消息给通信处理单元，所述的确认消息采用表9所示的主控节点收到端节点消息的确认消息协议，其源设备标识为端节点。
查询用电规划流程如图11所示，包括以下步骤：
在步骤1101，业务处理单元发送请求消息给通信处理单元，所述的请求消息是指查询用电规划协议，如表23所示：
表23为业务处理单元发送给通信处理单元的查询用电规划协议格式
所述的查询用电规划协议，是由业务处理单元发送给通信处理单元的下行消息，为固定长度，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用96个二进制位，待查询设备标识，占用8个二进制位；一个保留字段，占用88个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x14)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。
在步骤1102，通信处理单元根据待查询设备的标识发送请求消息给相应的端节点，所述的请求消息采用表24所示的查询用电规划协议：
表24指查询用电规划协议格式
所述的查询用电规划协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用0个二进制位，且内容为空。所述的消息头包括消息类型标号(0x14)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。其中，消息编号字段与步骤1101的请求消息中的消息编号一致。
在步骤1103，端节点发送确认消息给通信处理单元，所述的确认消息采用如表9所示的主控节点收到端节点确认消息的协议，其中，源设备标识为端节点。
在步骤1104，端节点发送回复消息给通信处理单元，所述的回复消息采用报告设备用电规划协议，如表25所示：
表25为报告设备用电规划协议格式
所述的查询用电规划协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占224个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x06)、设备标识(端节点的设备标识)和消息编号。所述的消息体包括本响应消息事务消息总数(占用8个二进制位)、本消息携带的规划项数(占用8个二进制位)、保留字段(占用16位二进制位)及用电规划数据(包括规划首次执行时间、规划事务标识、规划类别、开关动作)，其中，查询用电规划协议最多可携带3项用电规划数据(例如，本申请的P1、P2和P3)，消息体各个参数的取值范围如表20所示：
在步骤1105，通信处理单元发送确认消息给端节点，所述的端节点确认消息采用如表7所示的端节点收主控节点消息确认信息协议，其中源设备标识为主控节点。
在步骤1106，通信处理单元发送回复消息给业务处理单元，所述的回复消息采用如表26所示的报告设备用电规划协议：
表26为通信处理单元发送给业务处理单元的报告设备用电规划协议
所述的查询用电规划协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占224个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x06)、设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。所述的消息体包括本响应消息事务消息总数(占用8个二进制位)、本消息携带的规划项数(占用8个二进制位)、保留字段(占用16个二进制位)及用电规划数据(包括规划首次执行时间、规划事务标识、规划类别、开关动作)，其中，查询用电规划协议最多可携带3项用电规划数据(例如，本申请的P1、P2和P3)，且每项占用64个二进制位，各消息体的取值如表20所示：
查询历史电能量数据流程如图12所示，包括以下步骤：
在步骤1201：业务处理单元发送请求消息给通信处理单元，所述的请求消息采用查询历史电能量数据协议，如表27所示：
表27为业务处理单元发送通信处理单元的查询历史电能数据协议格式
所述的查询用电规划协议，由业务处理单元发送给通信处理单元的下行消息，为定长协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占96个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x15)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。所述的消息体包括所要查询历史电量的时间，占用32个二进制位；待查询设备的标识，占用8个二进制位；还包括保留字段，占用56个二进制位。
在步骤1202，通信处理单元根据待查询设备的标识发送请求消息给相应的端节点，请求查询端节点的历史点能量数据。所述的请求消息采用如表28所示：
表28为查询历史电能量数据协议格式
所述的查询用电规划协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占96个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x15)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。所述的消息体包括系统时间，占用32个二进制位，消息体中的系统时间，在端节点收到该消息后，根据消息类型0x15知道是查询历史电能量数据，再根据系统时间，可以知道查询什么时间的历史电能量数据。
在步骤1203，端节点发送确认消息给通信处理单元，采用如表9所示的协议格式。
在步骤1204，端节点发送回复消息给通信处理单元，采用如表29所示的报告实时电能量数据协议。
表29为报告历史电能量数据协议格式
所述的报告历史电能量数据协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用160个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x05)、原设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体，包括系统时间、电压、电流、功率和电能，其中，系统时间占用32个二进制位，电压占用32个二进制位，电流占用32个二进制位，功率占用32个二进制位，电能占用32个二进制位。
在步骤1205，通信处理单元发送确认消息给端节点，采用如表7所示的端节点收到主控节点消息确认消息的协议。
在步骤1206，通信处理单元发送回复消息给业务处理单元，发送如表30所示的报告历史电能量数据协议给业务处理单元：
表30为由通信处理单元发送给业务处理单元的报告历史电能量数据协议格式
所述的报告历史电能量数据协议，是由通信处理单元发送给业务处理单元的上行消息，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占224个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x05)、设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体包括系统时间、电压、电流、功率、电能和保留字段，除保留字段占用64个二进制位外，消息体中其余参数均占用32个二进制位。
查询设备工作状态和参数如图13所示，包括以下步骤：
在步骤1301：业务处理单元发送请求消息给通信处理单元，所述的请求消息采用查询设备工作参数和状态协议，如表31所示：
表31为业务处理单元发送给通信处理单元的查询设备工作参数和状态协议格式
所述的查询设备工作参数和状态协议，是由业务处理单元发送给通信处理单元的下行消息，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体包括待查询设备的标识(占用8个二进制位)和保留地段(占88个二进制位)。所述的消息头包括消息类型编号(0x16)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。
在步骤1302，通信处理单元根据待查询设备的标识发送请求消息给相应的端节点，请求查询端节点的查询设备工作参数和状态。所述的请求消息采用如表32所示：
表32为查询设备工作参数和状态协议
所述的查询设备工作参数和状态协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占用0个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x16)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号。
在步骤1303，端节点发送确认消息给通信处理单元，采用如表9所示的协议格式。
在步骤1304，端节点发送回复消息给通信处理单元，采用如表33所示的报告设备工作参数和状态协议，如表33所示：
表33为报告设备工作参数和状态协议格式
所述的报告设备工作参数和状态协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占64个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x07)、源设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体包括电量采样周期，电量上报周期、时间同步周期和开关状态，且均占有8个二进制位，还包括系统时间，占32个二进制位。
在步骤1305，通信处理单元发送确认消息给端节点，采用如表7所示的端节点收到主控节点消息确认消息的协议。
在步骤1306，通信处理单元发送回复消息给业务处理单元，采用如表34所示的报告设备工作参数和状态协议：
表34为通信处理单元发送给业务处理单元的报告设备工作参数和状态协议格式
所述的报告历史电能量数据协议，是由是由通信处理单元发送给业务处理单元的上行消息，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占32个二进制位，所述的消息体占224个二进制位。所述的消息头包括消息类型编号(0x05)、设备标识(端节点设备标识)和消息编号。所述的消息体包括设备时间、电压采样周期、电量上报周期、时间同步周期、开关状态和保留字段，除保留字段占用64个二进制位外，消息体中其余参数均占用32个二进制位。
更新设备工作参数和状态如图14所示，包括以下步骤：
在步骤1401，业务处理单元发送请求消息给通信处理单元，所述的请求消息是指更新设备工作参数和状态协议，如表35所示：
表35为业务处理单元发送请求消息给通信处理单元的更新设备工作参数和状态协议格式
所述的更新设备工作参数和状态协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用96个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x17)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号；所述的消息体包括电量采集周期、电量上报周期、时间同步周期、开关状态、待更新设备的标识和保留字段，除保留字段占用56个二进制位外，消息体中其余参数均占用8个二进制位。
在步骤1402，通信处理单元根据待更新设备的标识发送请求消息给相应的端节点，所述的请求消息采用如表36所示的更新设备工作参数和状态协议：
表36为更新设备工作参数和状态协议
所述的更新设备工作参数和状态协议，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体构成，所述的消息头占用32个二进制位，所述的消息体占用32个二进制位。所述的消息头包括消息类型标号(0x17)、源设备标识(主控节点设备标识)和消息编号；所述的消息体包括电量采集周期、电量上报周期、时间同步周期、待更新设备的标识和开关状态，消息体中其余参数均分别占用8个二进制位。
在步骤1403，端节点回复确认消息给通信处理单元，所述的确认消息采用表9所示的主控节点收到端节点消息的确认消息协议，其源设备标识为端节点的设备标识。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。
Claims (12)
1.一种智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：智能用电系统包括一个主控节点和至少一个端节点；
主控节点用于接受并存储每个用电器的电量测量数据，向端节点发送用电规划指令；
端节点用于对用电器的电能量实时测量、电源开关控制、向主控制节点报告电能测量数据，并接受主控节点用电规划指令；
所述的主控节点由通信处理单元和业务处理单元组成，所述主控节点与所述端节点间为无线通信方式，所述通信处理单元和所述业务处理单元之间通过串口方式进行通信，所述业务处理单元与外网进行通信；
所述的主控节点与端节点以消息的形式进行通信，所述的消息包括：由端节点触发、由通信处理单元处理的消息；由端节点触发、由业务处理单元处理的消息；由通信处理单元触发、由端节点处理的消息；由业务处理单元触发、由端节点处理的消息；
在所述的主控节点中，通信处理单元与业务处理单元以消息的形式进行通信，所述的消息包括：由通信处理单元触发、由业务处理单元处理的消息，包括请求消息和回复消息。
2.根据权利要求1所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：主控节点与端节点之间以消息的形式进行通讯，其中，所述的消息由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成。
3.根据权利要求2所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的消息头占用32个二进制位，包括消息类型编号、源设备标识和消息编号；
所述的端节点和通信处理单元之间交互消息类型编号，占用8个二进制位，有两个不同范围的取值区间，分别表示端节点发送的消息类型编号区间和主控节点发送消息的类型编号区间；所述的端节点消息类型编号区间的取值范围为0x00～0x0F；所述的主控节点通信处理单元消息类型编号区间的取值范围为0x10～0x1F；
所述的源设备标识占用8个二进制位，且有两种不同的取值分别表示主控节点和端节点。
4.根据权利要求2所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的消息体长度可变，占用的空间不大于4×16×8个二进制位，且所述的消息体为空，或者包括表示设备标识数的参数，或包括表示电能量数据的参数，或者包括表示用电规划的参数，或者包括表示设备工作参数和状态的参数，或者包括表示收到确认消息的参数，或者包括表示下发同步时间的参数。
5.根据权利要求4所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的参数表示设备标识时，至少包括短地址和IEEE物理地址。
6.根据权利要求4所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的参数表示电能量数据时，至少包括系统时间、电压、电流、功率和电能。
7.根据权利要求4所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的参数表示用电规划时，至少包括本响应消息事物消息总数、本消息携带的规划项数、规划事物标识、规划类别、开关动作和规划首次执行时间。
8.根据权利要求4所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的参数表示设备工作参数和状态时，至少包括电量采样周期、电量上报周期、时间同步周期和开关状态。
9.根据权利要求4所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的参数表示收到确认消息时，至少包括状态信息。
10.根据权利要求4所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的参数表示下发同步时间时，至少包括系统时间。
11.根据权利要求1所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的由通信处理单元触发、由业务处理单元处理的请求消息，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成，且所述的消息头为固定4字节，所述的消息体为固定的28字节；
所述的消息头包括消息类型编号、源设备标识和消息编号；
所述的消息类型编号，占用8个二进制位，且取值范围为0x00～0x0F；
所述的设备标识，占用8个二进制位；
所述的消息编号，占用8个二进制位；
所述的消息体表示设备标识时，至少包括短地址、IEEE物理地址和保留字段；所述的消息体表示电能量数据时，至少包括系统时间、电压、电流、功率、电能和保留字段；所述的消息体表示用电规划时，至少包括本响应消息事物的消息总数、本消息携带的规划项数、规划事物标识、规划类别、开关动作和规划首次执行时间。
12.根据权利要求1所述的智能用电系统的通信实现方法，其特征在于：所述的由通信处理单元触发、由业务处理单元处理的回复消息，由二进制格式的消息头和二进制格式的消息体组成，且所述的消息头为固定4字节，所述的消息体为固定的12字节；
所述的消息头包括消息类型编号、源设备标识和消息编号；
所述的消息类型编号，占用8个二进制位，且取值范围为0x11～0x17；所述的设备标识，占用8个二进制位；所述的消息编号，占用8个二进制位；
所述的消息体至少包括一个参数；所述参数表示设备标识时，至少包括短地址、IEEE物理地址和保留字段；所述参数表示同步时间时，至少包括系统时间和保留字段；所述参数表示用电规划时，至少包括更新类型、规划ID、规划类型、开关动作、规划执行时间和保留字段；所述参数表示历史电量数据时，至少包括历史电量数据和保留字段；所述参数表示设备工作参数和状态时，至少包括电量采集周期、电量上报周期、时间同步周期和开关状态。
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