CN102761930B - Cfda自组网中路由建立的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种CFDA自组网中路由建立的方法及系统。该方法包括步骤：集中器发送建立路由信标；采集器转发所述建立路由信标；采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器。基于本发明的CFDA自组网技术，可为用户实时准确的数据采集、监测、控制提供无缝的、高速实时的、可靠的、低成本的解决方案；并且提升了路由建立的效率及可靠性。

Description

CFDA自组网中路由建立的方法及系统

技术领域

本发明涉及到CFDA自组网，特别涉及到一种CFDA自组网中路由建立的方法及系统。

背景技术

电力系统中传统的人工抄表，即由抄表人员每月逐户查抄电表，消耗了大量的人力、物力，而且采集数据的时间跨度大、采集数据的准确度低，无法满足“周期性、实时性、准确性”的要求，进而“远程自动化抄表系统”则成为现代化电力系统中不可缺少的重要组成部分。该“远程自动化抄表系统”是指在电力系统用户终端通过电表进行自动计量，并将自动计量的数据周期性的自动回传至控制中心(主站)，由控制中心对数据进行记录分析，以完成后续的优化调度、控制、计费等功能。基于CFDA微蜂窝固定无线数据传输接入系统，可以构建高效可靠的远程自动化抄表系统，但现有技术中的效率较低，可靠性较差的问题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种CFDA自组网中路由建立的方法及系统，提升了CFDA自组网中路由建立的效率。

本发明提出一种CFDA自组网中路由建立的方法，包括步骤：

集中器发送建立路由信标；

采集器转发所述建立路由信标；

采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器。

优选地，所述采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器的步骤之前还包括：

集中器发送场强收集指令。

优选地，所述采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器的步骤之后还包括：

集中器接收采集器反馈的场强信息；

根据所述场强信息建立路由表。

优选地，所述采集器根据转发所述建立路由信标的步骤之前还包括：

采集器通过TDMA协议确认转发的时隙，以及通过CSMA协议建立转发的侦测以及回避机制。

优选地，所述场强信息包括：采集器的ID以及信号强度。

本发明还提出一种CFDA自组网中路由建立的系统，包括集中器以及采集器；

所述集中器，用于发送建立路由信标；

所述采集器，用于转发所述建立路由信标；以及，记录周围的场强信息并反馈回集中器。

优选地，所述集中器还用于发送场强收集指令。

优选地，所述集中器还用于接收采集器反馈的场强信息；以及，根据所述场强信息建立路由表。

优选地，所述采集器还用于通过TDMA协议确认转发的时隙，以及通过CSMA协议建立转发的侦测以及回避机制。

优选地，所述场强信息包括：采集器的ID以及信号强度。

基于本发明的CFDA自组网技术，可为用户实时准确的数据采集、监测、控制提供无缝的、高速实时的、可靠的、低成本的解决方案；且，提升了路由建立的效率及可靠性。

附图说明

图1是本发明CFDA自组网中路由建立的方法一实施例中步骤流程示意图；

图2是本发明CFDA自组网中路由建立的方法一实施例中另一步骤流程示意图；

图3是本发明CFDA自组网中路由建立的系统一实施例中结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

CFDA(CellularFixed-wirelessDigitalAccess)微蜂窝式固定节点无线数据接入系统是一种自组织的MESH网络结构特征的无线数据接入系统。

参照图1，提出本发明一种CFDA(CellularFixed-wirelessDigitalAccess，微蜂窝-传感式固定无线数据接入平台)自组网中路由建立的方法的一实施例。该方法包括：

步骤S10、集中器发送建立路由信标；

步骤S11、采集器转发所述建立路由信标；

步骤S12、采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器。

本实施例中的CFDA自组网中路由建立的方法可以应用于基于CFDA为集中器下行通道的电力自动化抄表系统中，用于组建可自动采集电力系统中电表信息的网络，避免人力抄表带来的极大不便。

上述CFDA中主要包括DAU(DistributingAccessUnit，分布接入单元)、CAC(CellularAccessCenter，蜂窝接入中心)以及网关(GPRS网关)。在CFDA中，DAU和CAC是与用户的数据采集设备以及数据处理设备，相互连接，协调工作，共同构成完整的数据采集接入系统。因此，CFDA实际上是一个通信中间件；用户的数据采集设备将采集到的数据交给DAU发送；CAC接收DAU发出的数据，再通过上述GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务技术)网关交给用户数据处理设备进行后续处理。本实施例中，该数据采集设备可为采集器，该用户数据处理设备可为电力系统中的主站。

将CFDA无线自组网作为集中器的下行采集通道，实现集中器和电表之间的数据的透明传输，具体的方式如下：将电表作为一个计量点，同时也是一个数据采集点，DAU安装在电表侧；DAU的安装既可以嵌入到电表中，与电表形成一体化的设计，成为CFDA无线电表，同时也可以设置于采集器与电表的485总线相连，形成485采集器；将CAC安装在集中器侧，集中器可以将CAC嵌入到集中器中，也可以通过485或232接口与集中器连接。构建好以上的机构之后，即可开通组网，形成CFDA的下行网络，该网络可以形成集中器和电表之间的透明的通信通道，实现电表和集中器之间的透明数据采集，集中器可以通过645规约，直接读取网内任意电表的参数。本实施例中，DAU设置于采集器，CAC设置于集中器。安装在集中器的CAC与安装在采集器的DAU之间可以通信，而DAU相互之间按照指定路由协议转发通信。

上述主站可用于规划网络结构，确定微蜂窝地域及数量，形成蜂窝结构；并根据该蜂窝结构确定CAC的编码方案；以及根据该CAC的编码方案，分配频率资源给CAC，确定DAU的物理ID及逻辑ID，形成两者的ID映射表。

设置有CAC的集中器，可从该主站中下载该ID映射表，并在确定所有的DAU都在线后，指示CAC建路由，组网络。

首先，上述集中器的CAC发出建立路由信标(组网信标)，由于CFDA中网络特性，该组网信标只能发送至CAC附近的第一级采集器中DAU，本实施例中的CFDA为8级7跳(MESH)的网络结构。因此，该组网信标还需通过接收到该组网信标的DAU继续转发，才能使其被CFDA中的所有DAU接收；且该DAU转发组网信标至其他DAU后，还可收集相应DAU的场强信息；该场强信息可包括：采集器的ID以及信号强度等；该周围的场强信息可以是该采集器可以转发到的其他采集器的场强信息。上述采集器可将收集的场强信息以多跳路由的方式进行传输，反馈至集中器。该采集器与采集器之间，以及采集器与集中器之间通过GPRS方式进行通信。

参照图2，上述步骤S12之前还包括：

步骤S120、集中器发送场强收集指令。

上述集中器的CAC在发送组网信标后的设定时隙内，再发送场强收集指令，进行场强信息的收集。该场强收集指令可通过多跳路由的方式在采集器间转发，接收到该收集场强指令的采集器可将相应的场强信息(其收集的场强信息)反馈给集中器。

上述步骤S12之后还包括：

步骤S121、集中器接收采集器反馈的场强信息；

步骤S122、根据所述场强信息建立路由表。

上述集中器接收采集器反馈的场强信息后，建立相应的场强信息数据库，并通过对该场强信息数据库中的相应场强信息进行分析后，建立上述CFDA网络的路由表，组建CFDA网络。

上述采集器(DAU)还可主动向集中器(CAC)发起入网请求。该请求入网的过程即为“游离入网”功能，其具体过程详细描述如下：

在组网完成后，可能存在漏点(即有DAU未入网)的情况；同时，在已经组网的网络使用过程中，随时都可能有新的DAU节点需要加入。上述两类DAU节点处于游离状态，需要主动申请入网。

上述游离的DAU节点在每个频道组的最后一个频道发送主动入网请求，然后进入扫描接收状态，扫描一定时间(根据时隙号取值约6～10分钟)后，如果没有收到应答，将切换频道再发入网请求，直到所有频道组发完为止。在网状态的DAU节点如果收到游离DAU节点的入网请求，会在每个频道组的第一频道进行应答。游离的DAU如果接收到其它DAU节点应答，记录应答DAU节点地址(ID)保存到场强表，记录的格式和信标场强表一致。直到所有应答时隙完毕，然后从能联系上的DAU节点中，选择一条最优路径上报CAC。CAC将记录该DAU的ID，并根据该ID判断对应的DAU是否属于其网络管辖范围；如是，则对该DAU进行场强收集和配置；否则，不予处理。如果上述游离DAU在侦听期间，接收到组网信标，则放弃入网申请，进入信标组网过程。

上述步骤S11之前还包括：

步骤S110、采集器通过TDMA(TimeDivisionMultipleAccess，时分多址)协议确认转发的时隙，以及通过CSMA(CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问)协议建立转发的侦测以及回避机制。增强了CFDA网络中数据传输的可靠性，提升了传输效率。

上述CFDA网络中存在两种数据传输方式：DAU发送数据给CAC或者CAC发送数据给DAU。同时，该CFDA网络中，存在两种通信模式可供选择：信标使能通信和信标不使能通信。

在信标使能的通信模式中，CAC发起广播信标帧(组网指令或场强收集指令)。通信中使用基于TDMA时隙的CSMA-CA(CSMAwithCollisionAvoidance，载波侦听多路访问冲突检测)通道访问机制，DAU都通过CAC发送的信标帧进行同步。在时隙CSMA-CA机制下，每当DAU需要发送数据帧或命令帧时，首先定位下一个时隙的边界，即可在下一个可用时隙边界开始发送数据；如果通道忙，DAU需要重新等待随机个数的时隙，再检查通道状态，重复这个过程直到有空闲通道出现。在上述机制下，确认帧的发送不需要使用CSMA-CA机制，而是紧跟接收帧发送回源节点。

在信标不使能的通信模式中，CAC不发送信标帧，通信中使用非时隙CSMA-CA机制访问通道。该机制的通信过程如下：每当需要发送数据或者发送MAC(MediumAccessControl，媒体访问控制)命令时，首先等待一段随机长度的时间，然后开始检测通道状态。如果信道空闲，立即开始发送数据。如果通道忙，则需要重复上面等待一段随机时间和检测通道状态的过程，直到能够发送数据。在设备接收到数据帧或命令帧而需要响应确认帧的时候，确认帧应紧跟着接收帧发送，而不使用CSMA-CA机制竞争机制。

集中器的CAC发送组网信标开始组网过程后，进入组网进程第一阶段即网络测量阶段，在此阶段，网络拒绝响应任何操作指令；然后，进入组网进程第二阶段即网络学习阶段，在此阶段，网络可以响应主站的终止进程指令和回送学习结果指令；回送学习结果为组网进程第二阶段的一部分，将学习的结果根据回送学习结果指令进行回送，该指令为状态开关指令，如开启，则学习成功一个，回送一个，如关闭，则停止；再是，进程结束，CAC向集中器的MCU发送进程结束指令。集中器的MCU在收到该指令后，表示组网结束，在该指令中包括：在网节点数和不在网节点数。如此，可自动组建高效、可靠的CFDA网络，进行电表参数的采集，极大地提高了电表参数采集的效率。

通过上述CFDA自组网中路由建立的方法建立的CFDA自组网平台兼具分布式和集中式系统的特征，应用于电力自动抄表系统，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便以及工程总成本低等特点。基于CFDA自组网技术，可为用户实时准确的数据采集、监测、控制提供无缝的、高速实时的、可靠的、低成本的解决方案。

参照图3，提出本发明一种CFDA自组网中路由建立的系统，包括集中器20以及采集器30；

所述集中器20，用于发送建立路由信标；

所述采集器30，用于转发所述建立路由信标；以及，记录周围的场强信息并反馈回集中器20。

上述CFDA中主要包括DAU、CAC以及网关(GPRS网关)。在CFDA中，DAU和CAC是与用户的数据采集设备以及数据处理设备，相互连接，协调工作，共同构成完整的数据采集接入系统。因此，CFDA实际上是一个通信中间件；用户的数据采集设备将采集到的数据交给DAU发送；CAC接收DAU发出的数据，再通过上述GPRS网关交给用户数据处理设备进行后续处理。本实施例中，该数据采集设备可为采集器30，该用户数据处理设备可为电力系统中的主站。

上述主站可用于规划网络结构，确定微蜂窝地域及数量，形成蜂窝结构；并根据该蜂窝结构确定CAC的编码方案；以及根据该CAC的编码方案，分配频率资源给CAC，确定DAU的物理ID及逻辑ID，形成两者的ID映射表。

设置有CAC的集中器20，可从该主站中下载该ID映射表，并在确定所有的DAU都在线后，指示CAC建路由，组网络。

首先，上述集中器20的CAC发出建立路由信标(组网信标)，由于CFDA中网络特性，该组网信标只能发送至CAC附近的第一级采集器30中DAU，本实施例中的CFDA为8级7跳(MESH)的网络结构。因此，该组网信标还需通过接收到该组网信标的DAU继续转发，才能使其被CFDA中的所有DAU接收；且该DAU转发组网信标至其他DAU后，还可收集相应DAU的场强信息；该场强信息可包括：采集器30的ID以及信号强度等；该周围的场强信息可以是该采集器30可以转发到的其他采集器30的场强信息。上述采集器30可将收集的场强信息以多跳路由的方式进行传输，反馈至集中器20。该采集器30与采集器30之间，以及采集器30与集中器20之间通过GPRS方式进行通信。

上述集中器20还用于发送场强收集指令。该集中器20的CAC在发送组网信标后的设定时隙内，再发送场强收集指令，进行场强信息的收集。该场强收集指令可通过多跳路由的方式在采集器30间转发，接收到该收集场强指令的采集器30可将相应的场强信息(其收集的场强信息)反馈给集中器20。

上述集中器20还用于接收采集器30反馈的场强信息；以及，根据所述场强信息建立路由表。该集中器20接收采集器30反馈的场强信息后，建立相应的场强信息数据库，并通过对该场强信息数据库中的相应场强信息进行分析后，建立上述CFDA网络的路由表，组建CFDA网络。

上述采集器30还用于通过TDMA协议确认转发的时隙，以及通过CSMA协议建立转发的侦测以及回避机制。增强了CFDA网络中数据传输的可靠性，提升了传输效率。

集中器20的CAC发送组网信标开始组网过程后，进入组网进程第一阶段即网络测量阶段，在此阶段，网络拒绝响应任何操作指令；然后，进入组网进程第二阶段即网络学习阶段，在此阶段，网络可以响应主站的终止进程指令和回送学习结果指令；回送学习结果为组网进程第二阶段的一部分，将学习的结果根据回送学习结果指令进行回送，该指令为状态开关指令，如开启，则学习成功一个，回送一个，如关闭，则停止；再是，进程结束，CAC向集中器20的MCU发送进程结束指令。集中器20的MCU在收到该指令后，表示组网结束，在该指令中包括：在网节点数和不在网节点数。如此，可自动组建高效、可靠的CFDA网络，进行电表参数的采集，极大地提高了电表参数采集的效率。

通过上述CFDA自组网中路由建立的系统建立的CFDA自组网平台兼具分布式和集中式系统的特征，应用于电力自动抄表系统，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便以及工程总成本低等特点。基于CFDA自组网技术，可为用户实时准确的数据采集、监测、控制提供无缝的、高速实时的、可靠的、低成本的解决方案。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种CFDA自组网中路由建立的方法，其特征在于，包括步骤：

集中器发送建立路由信标，所述集中器发送建立路由信标开始组网后，依次进入组网进程的网络测量及网络学习阶段，并回送学习结果；

采集器通过TDMA协议确认转发的时隙，以及通过CSMA协议建立转发的侦测以及回避机制；

采集器转发所述建立路由信标；

采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器；

所述采集器包括游离的采集器节点和在网状态的采集器节点，所述采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器的步骤具体包括：

游离的采集器节点发送主动入网请求；

在网状态的采集器节点接收游离的采集器节点发送的入网要求并进行应答；

游离的采集器节点接收在网状态的采集器节点的应答，记录周围的场强信息，直到所有应答时隙完毕，然后从能联系上的DAU节点中，选择一条最优路径上报集中器。

2.根据权利要求1所述的CFDA自组网中路由建立的方法，其特征在于，所述采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器的步骤之前还包括：

集中器发送场强收集指令。

3.根据权利要求1所述的CFDA自组网中路由建立的方法，其特征在于，所述采集器记录周围的场强信息并反馈回集中器的步骤之后还包括：

集中器接收采集器反馈的场强信息；

根据所述场强信息建立路由表。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的CFDA自组网中路由建立的方法，其特征在于，所述场强信息包括：采集器的ID以及信号强度。

5.一种CFDA自组网中路由建立的系统，其特征在于，包括集中器以及采集器；

所述集中器，用于发送建立路由信标，所述集中器发送建立路由信标开始组网后，依次进入组网进程的网络测量及网络学习阶段，并回送学习结果；

所述采集器，包括游离的采集器节点和在网状态的采集器节点，用于转发所述建立路由信标；以及，记录周围的场强信息并反馈回集中器；还用于通过TDMA协议确认转发的时隙，以及通过CSMA协议建立转发的侦测以及回避机制；

所述游离的采集器节点，用于发送主动入网请求；还用于接收在网状态的采集器节点的应答，记录周围的场强信息，直到所有应答时隙完毕，然后从能联系上的DAU节点中，选择一条最优路径上报集中器；

所述在网状态的采集器节点，用于接收游离的采集器节点发送的入网要求并进行应答。

6.根据权利要求5所述的CFDA自组网中路由建立的系统，其特征在于，所述集中器还用于发送场强收集指令。

7.根据权利要求5所述的CFDA自组网中路由建立的系统，其特征在于，所述集中器还用于接收采集器反馈的场强信息；以及，根据所述场强信息建立路由表。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的CFDA自组网中路由建立的系统，其特征在于，所述场强信息包括：采集器的ID以及信号强度。