CN103139865A

CN103139865A - 一种电力物联网中组网和通信的方法

Info

Publication number: CN103139865A
Application number: CN2013100842429A
Authority: CN
Inventors: 郑杰
Original assignee: ANHUI HANGAO ELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ANHUI HANGAO ELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: CN103139865B

Abstract

本发明公开了一种电力物联网中组网和通信的方法，该方法包括：基站或在线节点接收离线节点发送的入网请求，并与该离线节点进行N次冗余长报文交互；若所述N次报文交互均成功，则将该离线节点作为与其进行报文交互的基站或在线节点的子节点加入网络；且该子节点将其路径信息发送至基站，由基站根据接收到的路径信息生成路由表，并根据该路由表进行网络维护及下行数据通信；另外，该方法还采用了应用层路由技术进行上行通信。通过采用本发明公开的方法，在简化组网过程的同时提高了组网的稳定性与可靠性，而且减轻了网络负载，提高了通信成功率。

Description

一种电力物联网中组网和通信的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种电力物联网中组网和通信的方法。

背景技术

电力物联网是指目前应用在电力系统中的物联网络，主要用来对电力信息采集或监控终端进行联网，最终将这些终端设备信息实时呈现在互联网上，便于电力公司管理和电力用户查询。电力物联网是物联网最早的应用之一，电力信息终端可以直接通过自带的网络接口(GPRS，以太网，光纤接口等)连接到互联网上，但出于成本和用途考虑，对于数量庞大信息采集终端节点，还是需要进行组建局域网络，通过基站(集中器)与互联网交互信息。

现有技术中电力物联网组网方法主要有以下集中方式：

（1）电力数据采集系统的无线组网方法：通信模式采用非对称中继、链路令牌、链路搭车、链路广播四种，在单工通信中使用其一种、二种或二种以上组合使用，及采用链路异常处理方法对对称中继和非对称中继的通信异常过程进行优化；非对称中继采用智能路由优化；在双工频点通信中使用链路搭车或链路广播，及采用全双工工作模式。但是，该方法为非自动组网，后期维护较复杂。

（2）低压载波组网的中继优化方法：采用部分齐呼的方法，通过静态和动态分配相结合优化中继配置，利用提高有效信号强度截断正常的路由线路，找到关键中继点。但是，该方法依赖于有效信号强度，但这个参数实际中难以获取，并且误差很大。

（3）无线路由物联网的自组方法：包括自动组网、路径修复和问题路由节点上报、以及跳频抗干扰步骤，其中自动组网分为网络中心协调点建网和路由节点入网两个过程。但是，该方法组网过程复杂，且路由维护开销过大。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力物联网中组网和通信的方法，该方法为全自动的组网方法，组网过程简单，适用于多种通信介质，且采用了多次请求和应答的入网策略，稳定性与可靠性较高；该方法在数据上行通信时采用了应用层路由技术，能有效减少网络通信量，减轻网络负载，提高通信成功率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电力物联网中组网和通信的方法，该方法包括：

基站或在线节点接收离线节点发送的入网请求，并与该离线节点进行N次报文交互；

若所述N次报文交互均成功，则将该离线节点作为与其进行报文交互的基站或在线节点的子节点加入网络；且该子节点将其路径信息发送至基站，由基站根据接收到的路径信息生成路由表，并根据该路由表进行网络维护及下行数据通信。

所述报文交互包括：采用包含冗余数据的长报文进行交互。

该方法还包括：当通信发生异常时，对应的在线节点离开网络成为离线节点，并重新发起入网请求。

所述通信发生异常包括：对应的在线节点与其父节点通信失败次数超过阈值，或未监听到该节点通信信号的时间超过阈值。

所述节点的地址为其唯一标识ID，当加入网络时或离开后重新加入网络时不再为节点重新分配地址。

所述子节点将其路径信息发送至基站包括：所述子节点将其路径信息发送至其父节点，再由其父节点发送至上一级节点直至达到基站。

该方法还包括：使用应用层路由技术进行上行数据通信。

所述使用应用层路由技术进行上行数据通信包括：在数据上行数据通信时，若传输的数据为同一类型数据则整合后再进行发送；所述同一类型数据包括携带路由节点的数据或合并多个子节点数据。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的组网过程为全自动组网，组网过程简单；适用于多种介质，通过冗余长报文通信测试来确定通信链路的可靠性，特别适用于干扰严重的广播媒介如短距离无线方式或载波传输方式；另一方面，采用了多次请求和应答的入网策略，稳定性与可靠性较高；最后，采用的应用层路由技术进行上行通信可以有效的减少网络通信量，减轻网络负载，提高通信成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种电力物联网中组网和通信的方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的又一种电力物联网中组网和通信的方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种电力物联网中组网通信的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

电力物联网主要特点是：节点不移动、位置固定，广播信道干扰大，通信速率低，实时性强、快速反应，数据通信可靠性要求高，终端设备通信能力较弱等。针对上述特点，本发明通过基站（集中器）和采集器建立单跳或多跳通信链路，并进行数据传输，从而简化了组网过程，加快组网，同时严格进行链路选择，确保通信可靠性。另一方面，本方法不依赖于某一特定的通信介质，特别适用于干扰严重的广播媒介如短距离无线方式或载波传输方式；并且通过上层报文交互，选择可靠链路来构建网络拓扑。本方法是完全自动的组网方法，无需人工进行路由设定(中继点设定)，具有学习、优化功能。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种电力物联网中组网和通信的方法的流程图。如图1所示，主要包括如下步骤：

步骤11、基站或在线节点接收离线节点发送的入网请求，并与该离线节点进行N次报文交互。

本实施例组建的通信网络中包括基站与采集节点（采集器），采集节点分为在线节点（已加入网络）与离线节点（未加入网络），通常情况下，基站在组网初始时且永久保持为在线状态。其中，基站与在线节点有权接纳离线节点的入网请求。

本实施例采用多次请求和应答的入网策略，以评估链路的可靠性和稳定性。即当离线节点在加入网络之前会定期发送FIND报文请求加入网络，当基站或在线节点（下称响应节点）收到该报文后，向该离线节点发送回复报文；如此，反复进行N次（例如，5次）报文交互。

进一步的，在报文交互时数据传输报文越长，通信失败的概率越大，为了判断链路稳定性，本实施例的组网通信过程中发送的组网报文可以包含用于测试的冗余数据。

步骤12、若所述N次报文交互均成功，则将该离线节点作为与其进行报文交互的基站或在线节点的子节点加入网络。

当该离线节点与响应节点间的N次报文交互均成功，则可认为其建立的链路可靠性与稳定性较高。

此时，该离线节点作为响应节点的子节点加入网络。

步骤13、该子节点将其路径信息发送至基站，由基站根据接收到的路径信息生成路由表，并根据该路由表进行网络维护及下行数据通信。

当节点加入网络后，将其自身路径发送至其父节点，再由其父节点发送至上一级节点直至达到基站，基站根据接收的路径信息生成路由表。

基站可根据该路由表用于网络的维护，例如，通信异常时进行网络路径的修复；还可用于下行数据通信（基站到节点的数据通信）等。

本发明实施例的组网过程为全自动组网，组网过程简单；通过冗余长报文通信测试来确定通信链路的可靠性，不依赖于某一特定的通信介质，特别适用于干扰严重的广播媒介如短距离无线方式或载波传输方式；另一方面，采用了多次请求和应答的入网策略，稳定性与可靠性较高。

实施例二

为了便于理解本发明，下面结合附图2-3做进一步说明。本实施例以网络中仅包含基站开始自动的组建通信网络的过程。如图3所示，主要包括如下步骤：

步骤21、基站接收离线节点发送的入网请求。

在网络组建的初始状态下，网络中仅包含基站，且基站永久处于在线状态（有权接纳离线节点的入网请求）。当采集器上电后，将作为一个离线节点，其第一任务为寻找父节点加入网络，因此，它将周期性的发送FIND报文请求加入网络，直到接受到回复报文。

此时，网络中只有基站处于在线状态，当基站在接受到该FIND报文后，则发送回复报文至离线节点。

步骤22、基站与离线节点进行N次报文交互，若成功，则转入步骤23。

基站发送回复报文至离线节点后，离线节点继续与基站进行若干次的报文交互，以评估当前链路的稳定性与可靠性。

上述方法对于有建筑物等遮蔽的非规则的通信范围，可以确定一条稳定链路，确保数据通信的成功率。

另一方面，通过本方法还可以减少对底层通信协议和通信媒介特性的依赖，无需获取信道性能参数，适用于无线媒介和电力线载波媒介进行可靠性组网。

步骤23、该离线节点作为基站的子节点加入网络。

当通过链路稳定性与可靠性的评估后，该离线节点加入网络，并转为在线节点，进而有权接纳离线节点的入网请求。如图3所示的组网过程，网络初始时，只有基站在线，随着时间推移，加入网络的节点越来越多，最终形成了网络拓扑。相比现有的组网技术而言，本实施例从上层控制网络拓扑构成，节省了计算资源和存储资源，降低终端成本。

步骤24、基站接收新加入子节点发送的路径信息。

为便于对网络中的节点进行管理、维护及数据传输时的路径设定，当节点加入网络后，将其自身路径发送至其父节点，再由其父节点发送至上一级节点直至达到基站，基站根据接收的路径信息生成路由表。

步骤25、基站进行路由维护及数据的通信。

1）基站进行路由维护主要为网络异常时的路径修复，具体的：当网络异常时，对应的在线节点离开网络成为离线节点，并且重新发起入网请求，以此实现网络路径的修复。所述网络异常主要包括：对应的在线节点与其父节点通信失败次数超过阈值，或未监听到该节点通信信号的时间超过阈值。

进一步的，为简化了组网和路由维护，本实施例中各个节点的地址为其唯一标识ID，当加入网络时或离开后重新加入网络时不再为节点重新分配地址。

2）数据的通信主要包括：数据的上行通信及数据的下行通信。

其中，数据的下行通行是由基站基于路由表进行的，采用源路由方式寻找路径。

而对于数据的上行通信，本实施例针对电力物联网中应用数据封装性强(严格按照相关规约组织数据体)，以及数据传输的时间具有规律性(定时数据采集)的特点，采用了应用层路由技术。

应用层路由技术是指在数据传输时，若传输的数据（节点传送至基站的数据）为同一类型数据则整合后再进行发送；所述同一类型数据包括携带路由节点的数据或合并多路由个子节点数据。这样减少了底层通信次数(申请信道、与父节点握手)，提高了信道利用率，降低了整个网络的通信负荷，减少了信道工作时间，节省了终端能耗，同时加速了数据上报的速度。示例性的，假设有一条路径，路径上依次为A—B—C—D四个节点，A为基站，B、C、D为采集器，需要将B、C、D的数据汇聚到A，假设每个节点的应用数据长度为L₁，每两个相邻节点通信时底层额外负荷长度为L₂。采用原始路由方式，需要将D的数据由C，B交给A，C的数据由B交给A，B数据直接交给A，所有的通信量为(L₁+L₂)*3+(L₁+L₂)*2+(L₁+L₂)=6L₁+6L₂。采用本实施例的应用层路由技术，所有的通信量为(L₁+L₂)+(2L₁+L₂)+(3L₁+L₂)=6L₁+3L₂，与前者相比节约了3L₂的通信量。

本发明实施例组网过程为全自动组网，组网过程简单，特别适用于干扰严重的广播媒介如短距离无线方式或载波传输方式；另一方面，采用了多次请求和应答的入网策略，稳定性与可靠性较高；最后，采用的应用层路由技术可以有效的减少网络通信量，减轻网络负载，提高通信成功率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是Flash，EEPROM等）中，包括若干指令用以使得一台嵌入式计算机设备（可以是集中器，采集器，或其他电力物联网设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种电力物联网中组网和通信的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文交互包括：采用包含冗余数据的长报文进行交互。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

当通信发生异常时，对应的在线节点离开网络成为离线节点，并重新发起入网请求。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通信发生异常包括：

对应的在线节点与其父节点通信失败次数超过阈值，或未监听到该节点通信信号的时间超过阈值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述节点的地址为其唯一标识ID，当加入网络时或离开后重新加入网络时不再为节点重新分配地址。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子节点将其路径信息发送至基站包括：

所述子节点将其路径信息发送至其父节点，再由其父节点发送至上一级节点直至达到基站。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：使用应用层路由技术进行上行数据通信。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述使用应用层路由技术进行上行数据通信包括：

在数据上行数据通信时，若传输的数据为同一类型数据则整合后再进行发送；所述同一类型数据包括携带路由节点的数据或合并多个子节点数据。