CN102970372B

CN102970372B - 用于自动抄表系统载波通信模块的远程升级方法

Info

Publication number: CN102970372B
Application number: CN201210510087.8A
Authority: CN
Inventors: 谷志茹; 张玘; 朱政坚; 熊兰英
Original assignee: Wasion Group Co Ltd
Current assignee: Wasion Group Co Ltd
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: CN102970372A

Abstract

本发明公开了一种自动抄表系统及其远程升级方法，OFDM协议栈的固核更新由集中器应用层通过串口下发至网络层，再经由网络层通过串口下发至集中器侧的OFDM协议栈，再由集中器侧的OFDM协议栈通过电力线网络发至电能表侧的OFDM协议栈，从而实现从模块的远程升级和更新。整个过程，由安装在配电室的集中器完成，不需要人为对现场每块电能表中OFDM模块的软件一一进行升级；采用广播的方式一次性的传输固核至所有从模块，大幅提高传输效率，升级前对现有软件进行初始化的擦除操作，从而保证更新的版本完全替换旧的版本。

Description

用于自动抄表系统载波通信模块的远程升级方法

技术领域

本发明涉及一种自动抄表系统及其远程升级方法。

背景技术

智能计量体系架构（AMI），要求集中器和电能表间数据和信息的双向互通，这就要求高速可靠的通信技术。电力载波技术因为线路分布广泛，不需要额外的基础设施建设，所以得到巨大推进。

目前的电力线载波通信主要有窄带单载波通信机制，利用扩频技术来提高通信的抗干扰与抗截获能力，例如PSK（相位键控调制方式）和S-FSK（窄带双载波复用技术）电力线通信机制。这种通信机制的网络架构采用简单的星形网络，网络容量较小，一般一台集中器下最大仅可安装300块电能表。所用的节点设备不能做中继，所以实施通信时，需要配备另外的路由中继设备才能通信。因为中继设备不是统一的载波设备，所以通过集中器对电能表载波模块进行远程升级，只能通过单播的模式对每个电能表一一升级。

S-FSK电力载波通信模块在现场应用时其远程升级功能只能采用单播的形式，对某个表计进行升级，效率比较低。此外，其升级采用固定的协议，功能不可扩展。

S-FSK电力载波通信模块在现场应用时其远程升级功能具有如下缺陷：

1、采用单播模式对电能表实施一一升级，传输效率低；

2、每个电能表是一个接一个的进行升级，升级效率低；

3、升级的时候直接在现有版本上进行，不能保证新版本完全替换旧版本；

4、其升级采用固定的协议，功能不可扩展。

发明内容

本发明的目的是提供一种传输速率快且高效的自动抄表系统及其远程升级方法。

本发明提供的这种自动抄表系统，包括电能表、集中器、载波通信模块和电力线网络，所述载波通信模块包含DSP芯片和OFDM芯片，DSP芯片用于构建网络层，OFDM芯片用于运行OFDM协议栈；集中器通过串口与集中器侧的DSP芯片通信，该DSP芯片再通过串口与集中器侧的OFDM芯片通信；集中器侧的OFDM芯片通过电力线网络与电能表侧的OFDM芯片通信；电能表侧的OFDM芯片通过串口与电能表侧的DSP芯片通信，该DSP芯片通过串口与电能表通信。

在集中器侧的载波通信模块为主模块，在电能表侧的载波通信模块为从模块。所述DSP芯片采用NXP公司的cortex-M3处理器，其型号为NXP1768。所述OFDM芯片采用Maxim公司生产的芯片，其型号为MAX2992。

该远程升级方法包括如下步骤：

步骤1，网络层的架构：网络层包括UDP封装模块、IPv6封装模块和远程升级模块，UDP封装模块将终端应用层数据报文封装成UDP报文，IPv6封装模块将UDP报文封装成适用于在IPv6网络层传输的IPv6报文；远程升级模块用于OFDM协议栈固核的更新升级；

步骤2，抄表主站通过网口将新固核发送至主模块；

步骤3，集中器下发远程升级指令至主模块；由主模块开启远程升级模式；

步骤4，主模块以广播模式下发固核尺寸至从模块，激发从模块进入远程升级模式；

步骤5，主模块将新固核按照固核尺寸分成小段，以广播方式发送至该集中器所管辖的所有电能表；

步骤6，从模块接收到新固核，根据固核尺寸在网络层执行完整性校验，如果该新固核通过完整性校验，从模块通知电能表；

步骤7，从模块将分段的新固核整合为完整新固核；

步骤8，电能表通过从模块网络层复位OFDM芯片，清除其存储空间原有执行记录，并使其数据空间和程序空间地址恢复；

步骤9，从模块网络层对OFDM芯片的flash进行初始化操作，擦除原有固核；

步骤10，从模块网络层按固定尺寸将整合好的新固核重新分块，并依次写入OFDM芯片，升级从模块OFDM芯片中OFDM协议栈；

步骤11，固核更新完成后，电能表通过从模块网络层复位OFDM芯片，使之回到程序运行前的状态；

步骤12，电能表重新加入网络。

所述固核更新过程采用远程升级原语实现OFDM协议栈的擦除和新固核的写入。

本发明将OFDM技术应用于自动抄表系统的载波通信模块。在现场运行过程中，为了降低电力工作人员的维护量，对在自动抄表网络中运行的电能表侧的载波通信模块进行远程升级。本发明跟现有技术相比，具有以下有益效果：

1、采用广播的方式一次性将新固核传至所有从模块，大幅提高传输效率；

2、送广播命令对所有从模块进行一次性统一升级，对于容量较大的网络，如有2000个电能表的AMI系统，升级可在很短的时间完成，从而避免了对每个表计一一升级的频繁操作，提高了升级效率；

3、升级前对现有软件进行初始化的擦除操作，从而保证更新的版本完全替换旧的版本；

4、在升级过程中，采用远程升级原语实现OFDM协议栈的擦除和新固核的写入。这样，不仅能完成升级过程，还可以灵活扩展和完善升级功能；

5、从模块收到新固核后，执行正确性校验，避免固核传输过程中数据丢失。

附图说明

图1是本发明的网络架构图。

图2是本发明的集中器与任一网内电能表的通信关系图。

图3是本发明的网络层结构图。

图4是本发明的UDP帧格式图。

图5是本发明的IPv6帧格式图。

图6是本发明中主模块远程升级操作流程图。

图7是本发明中从模块远程升级操作流程图。

图8是本发明的具体实施方式示意图。

具体实施方式

可市场化的OFDM技术主要有PRIME联盟制订的PRIME标准和G3联盟发起的G3标准。G3标准OFDM机制具有抗衰减能力强、频带利用率高、适合高速数据传输以及抗码间干扰（ISI）能力强等优势，特别是它在抗多径衰落、抗干扰以及自适应编码调制方面具有性能优势，在智能计量系统（AMI）、智能电网（Smart Grid）的发展中，是一种非常重要的通信技术。

本发明的载波通信模块采用OFDM模块。

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明的网络架构中，集中器管理多个电能表，并负责其所管辖的所有电能表侧OFDM模块中OFDM芯片上OFDM协议栈的远程升级工作。

如图2所示，本发明包括电能表、集中器、OFDM模块和电力线网络。OFDM模块包含DSP芯片和OFDM芯片。DSP芯片用于构建网络层；OFDM芯片用于运行OFDM协议栈。

在集中器侧的OFDM模块为主模块，在电能表侧的OFDM模块为从模块。

基于OFDM电力载波通信机制的自动抄表系统通信网络包括终端应用层、网络层和OFDM协议栈。其中，终端包括电能表和集中器；OFDM芯片是按照G3标准正交频分复用技术设计的多载波电力线调制解调器，用于运行OFDM协议栈；网络层用于集中管理和解决OFDM模块远程升级的问题。集中器应用层通过串口与主模块的网络层通信，再经由该网络层通过串口与主模块的OFDM协议栈通信，主模块的OFDM协议栈通过电力线网络与从模块的OFDM协议栈通信，该协议栈再通过串口与从模块网络层通信，该网络层再通过串口与电能表应用层通信。

OFDM芯片中OFDM协议栈的固核更新由终端通过串口下发至网络层，再通过网络层更新或下发至OFDM芯片，由此完成从模块的远程升级和更新。整个升级过程，由安装在配电室的集中器完成，不需要人为对现场每块电能表中OFDM模块的软件一一进行升级。

本发明中OFDM芯片包括可配置路由子层、MAC子层及物理层。路由子层负责底层的组网及路由，MAC子层负责信道特性管理及路由性能管理，物理层应用OFDM调制或解调方式进行底层信号的发送或接收。本发明中OFDM芯片采用Maxim公司生产的芯片，其型号为MAX2992，其是基于OFDM的电力线通信的调制解调器。

如图3所示，网络层作为OFDM芯片中OFDM协议栈与终端应用层之间的中间层，起到沟通终端应用层与OFDM芯片中OFDM协议栈对话的功能，所以这一层将实现自动抄表系统OFDM模块远程升级功能。下面详细说明这部分的构架与实现。

本发明的网络层包括UDP封装模块，IPv6封装模块，远程升级功能模块。其中UDP封装和IPv6封装的目的是将终端应用层帧封装成OFDM模块路由子层所需要的帧格式。如图4所示，UDP封装将终端应用层数据报文APDU封装成UDP报文。如图5所示，IPv6封装将UDP报文封装成可在IPv6网络层传输的IPv6报文，这两层封装的目的是终端可以通过网线接入Internet。远程升级模块用于OFDM协议栈固核的更新升级。

本发明的网络层可采用NXP公司的NXP1768芯片实现，其是沟通集中器和OFDM芯片的cortex-M3处理器。

对于本发明从模块的升级操作，主模块的网络层和从模块网络层的操作是不同的。如图6所示，在本发明进行升级时，主模块负责将由抄表主站下发的新固核分成固定尺寸的小段，并开启从模块远程升级模式，然后采用广播模式将传输的新固核尺寸以及此分段后的新固核通过电力线网络下发至所管辖的各个电能表从模块。如图7所示，从模块收到分段的新固核后先进行固核完整性校验，通过校验后将分段的新固核整合成完整的新固核，再对整合后的新固核按新的尺寸进行分段，接着初始化待升级的OFDM芯片，最后对该OFDM芯片中的OFDM协议栈进行新固核的升级。

如图8所示，OFDM模块的新固核经配电室的抄表主站通过网口，以UDP格式传输至集中器，然后再由集中器的主模块以广播模式将这一新固核下发至所管辖的所有电能表从模块。图中，纵向箭头表示时间轴，横向箭头表示原语从起点至终点的动作；无箭头端是原语的发起方，箭头端是原语的作用方。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

设现有1个集中器，其负责管理若干电能表。集中器中有OFDM模块，电能表中也有OFDM模块。集中器侧的OFDM模块为主模块，电能表侧的OFDM模块为从模块。由该集中器和这些电能表组成了一个电力线网络中的子网。本发明可采用NXP公司的NXP1768芯片构建网络层，并采用Maxim公司的型号为MAX2992的芯片作为OFDM芯片，运行OFDM协议栈。

步骤1，抄表主站通过网口以UDP格式将新核发送至集中器上的主模块。

步骤2，集中器下发远程升级指令至主模块，由主模块开启远程升级模式。

步骤3，主模块以广播模式下发新固核的尺寸至子网中所有从模块，激发其进入远程升级模式。

步骤4，主模块的网络层把新固核分成特定的小段（本发明设定其大小为128字节），并以广播方式通过电力线网络将分段后的新固核发送至子网中所有电能表。

步骤5，子网中所有从模块接收到新固核，根据新固核的尺寸在网络层执行完整性校验。

步骤6，如果该新固核通过完整性校验，则通知电能表并继续执行下一步骤，否则执行步骤4。

步骤7，从模块将分段的新固核整合成完整的新固核。

步骤8，子网中所有电能表用由其产生的ADPM_RESET_req原语通过其从模块网络层复位MAX2992芯片，清除MAX2992芯片存储空间的原有执行记录，并使数据空间和程序空间地址恢复。其数据结构为：

structure(size(1))

{

Status unsigned char

}

各从模块中MAX2992芯片收到上述指令并完成复位OFDM芯片后，用ADPM_RESET_conf原语，通过网络层向电能表发出一个“收到并执行了复位OFDM软件”的确认回执；其数据结构为：

structure(size(1))

{

Status unsigned char

}

步骤9，各从模块用由主模块网络层产生的ADPM-SOFT-INIT.request原语初始化其MAX2992芯片的flash存储器；擦除原有固核内容。其数据结构为：

structure(size(1))

{

Offset unsigned int

}

各MAX2992芯片收到上述指令后通过其从模块的网络层，用ADPM-SOFT-INIT.confirm原语，给主模块网络层一个“已收到OFDM芯片初始化软件请求”的确认回执；其数据结构为：

structure(size(1))

{

Status unsigned char

}

步骤10，各从模块将新固核分成小块，每个小块的长度为512字节，并用由主模块网络层产生的ADPM-SOFT-WRITE.request原语写入从模块MAX2992芯片，通知从模块MAX2992芯片升级OFDM协议栈。新固核写入从模块MAX2992芯片即OFDM协议栈固核升级更新。其数据结构为：

structure(size(3))

{

Offset unsigned int,

Length unsigned short,

Data octet-string

}

各MAX2992芯片收到上述指令后通过其从模块的网络层，用ADPM-SOFT-WRITE.confirm原语，给主模块网络层一个“已收到升级OFDM软件的请求”的确认回执；其数据结构为：

structure(size(1))

{

Status unsigned char

}

步骤11，一旦所有从模块的OFDM软件固核更新完成，子网内各电能表用NXP_RESET_req原语让协议栈芯片复位，从模块网络层复位OFDM芯片硬件。

各从模块中OFDM芯片收到上述指令并完成硬件复位后，用ADPM_RESET_conf原语，向网络层发出一个“收到芯片复位并执行了硬件复位”的确认回执；网络层再用NXP_RESET_conf原语向电能表发出一个“网络层已经复位”的确认回执。

步骤12，子网内所有电能表重新加入由该集中器组建的子网网络。

Claims

1.一种自动抄表系统的远程升级方法，所述自动抄表系统，包括电能表、集中器、载波通信模块和电力线网络，所述载波通信模块包含DSP芯片和OFDM芯片，DSP芯片用于构建网络层，OFDM芯片用于运行OFDM协议栈；集中器通过串口与集中器侧的DSP芯片通信，该DSP芯片再通过串口与集中器侧的OFDM芯片通信；集中器侧的OFDM芯片通过电力线网络与电能表侧的OFDM芯片通信；电能表侧的OFDM芯片通过串口与电能表侧的DSP芯片通信，该DSP芯片通过串口与电能表通信；在集中器侧的载波通信模块为主模块，在电能表侧的载波通信模块为从模块，其特征在于，该远程升级方法包括如下步骤：

步骤2，抄表主站通过网口将新固核发送至主模块；

步骤7，从模块将分段的新固核整合为完整新固核；

步骤12，电能表重新加入网络。

2.根据权利要求1所述的自动抄表系统的远程升级方法，其特征在于，所述固核更新过程采用远程升级原语实现OFDM协议栈的擦除和新固核的写入。