CN103297093B - 电力线载波sfn中继组网通信方法 - Google Patents

电力线载波sfn中继组网通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力线载波SFN中继组网通信方法，包括：组建出由采集终端、中继通讯节点、末端通讯节点构成的电力用户用电信息采集系统；采集终端以两种方式向下发出指令和报文，并到达末端通讯节点；末端通讯节点将以两种方式向上反馈信号和报文，并到达采集终端；完成抄表作业。本发明在已有低压电力线载波通信网络的基础上，融合收发单频信号的SFN，并建立若干中继通讯节点，实现波浪状外延多重中继接力通信，确保通信成功，使采集终端能够成功完成抄表作业。

Description

电力线载波SFN中继组网通信方法
技术领域
本发明涉及一种电力线载波SFN中继组网通信方法，应用于电力用户用电信息采集系统。
背景技术
电力线载波通信是指利用现有电力线、通过载波方式将模拟信号或数字信号进行传输的技术。据申请人所知，低压电力线网络具有覆盖面广、线路零成本、电源与通信介质统一的特点，在充分利用低压电力线网络的基础上，低压电力线载波技术已得到广泛应用。利用电力线载波通信技术对电力用户用电信息进行集中采集，是实现配变台区信息采集的理想途径之一。然而，由于我国低压配电网的复杂性，在实际应用中，电力线载波通信质量受到很多方面因素的影响，例如通信信道的阻抗特性和衰减性、噪声干扰、存在所谓的通信“盲区”问题，严重阻碍了电力线载波通信技术在电力用户用电信息采集系统中的推广应用。此外，电力线载波通信物理网络是由低压配电网和线路负载组成的，而物理网络和信道特性的动态时变性决定了组网困难程度很高，严重影响了载波通信的可靠性。目前普遍研究的重点是：如何采用网络自组与重构技术，使其可以自动侦测可通信逻辑节点和最佳中继节点、动态调整路由和配置中继信息以及自动识别节点的登录或登出，最终能够实现低压配电网中点到点、一点到多点的可靠通信。
据申请人了解，传统的电力用户用电信息采集系统采用“自上而下”管理方式，由主站下发电表档案到集中器，集中器根据电表档案进行工作。户变关系，即电力用户所属变压器的供用电关系。在实际供用电活动中，由于主站误操作、台区线路调整、台区拆分、表计轮换等动作，导致集中器、主站档案与现场户变关系不一致，进而影响系统的采集成功率。随着采集系统的建设和应用，台区基础档案和户变隶属关系成了影响台区自动抄表成功率、台区线损统计的主要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提出一种电力线载波SFN中继组网通信方法，可降低组网困难程度，提高通信稳定性；可动态更新户变关系。
本发明的技术构思如下：首先，申请人自主研发出电力线载波SFN(单频广播网)中继组网通信方法：在低压电力线载波通信网络的各节点采用SFN载波中继技术手段，以波浪状外延多重中继接力通信过程提高整个载波通信网络的通信成功率。
第二，申请人在上述方法中进一步创新地采用了“自下而上”的档案维护和数据抄收方案，可降低采集系统在建设初期的现场户变关系勘察工作量，可简化安装后的维护工作，同时对后期户变关系调整、轮换表计、新装电表、台区线路调整等均可自适应更新，保证采集成功率；同时，融入静态路由技术手段，可以大幅度提高路由成功率，确保抄表成功。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种电力线载波SFN中继组网通信方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、在已有低压电力线载波通信网络中设置用以收发单频载波信号、并收发电力线载波报文的采集终端，在该网络的各中间节点处分别设置用以收发单频载波信号、并收发本节点电力线载波报文的中继通讯节点，在该网络的各末端节点处分别设置用以接收单频载波信号、并收发本节点电力线载波报文的末端通讯节点；组建出由采集终端、中继通讯节点、末端通讯节点构成的电力用户用电信息采集系统；
第二步、采集终端以单频载波信号方式下发广播抄表指令，同时以电力线载波通信方式下发载波抄表指令报文；
第三步、位于采集终端周围的通讯节点收到所述广播抄表指令后判断自身类型，若判断为末端通讯节点则转至第四步(b)，若判断为中继通讯节点则转至本步(a)；
(a)查收本节点是否收到载波抄表指令报文，
若未收到则转至本步(a)，若收到则判断该载波抄表指令报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(a)，若不是重复报文则将该载波抄表指令报文以电力线载波通信方式、并将该广播抄表指令以单频载波信号方式转发至下级通讯节点；下级通讯节点在收到所述广播抄表指令后判断自身类型，
若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(a)；若判断为末端通讯节点则转至第四步(b)；
第四步、(b)末端通讯节点查收本节点是否收到载波抄表指令报文，
若未收到则转至本步(b)，若收到则判断该载波抄表指令报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(b)，若不是重复报文则将本节点的电力用户用电信息处理为载波抄表反馈报文，并转至第五步；
第五步、末端通讯节点以单频载波信号方式上传广播反馈信号，同时以电力线载波通信方式上传载波抄表反馈报文；
第六步、位于末端通讯节点周围的通讯节点收到所述广播反馈信号后判断自身类型，若判断为末端通讯节点或中继通讯节点则转至本步(c)，若判断为采集终端则转至第七步(d)；
(c)查收本节点是否收到载波抄表反馈报文，
若未收到则转至本步(c)，若收到则判断该载波抄表反馈报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(c)，若不是重复报文则将该载波抄表反馈报文以电力线载波通信方式、并将该广播反馈信号以单频载波信号方式转发至上级通讯节点；上级通讯节点在收到所述广播反馈信号后判断自身类型，
若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(c)，若判断为采集终端则转至第七步(d)；
第七步、(d)采集终端查收本终端是否收到载波抄表反馈报文，
若未收到则转至本步(d)，若收到则判断该载波抄表反馈报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(d)，若不是重复报文则将该载波抄表反馈报文处理为电力用户用电信息，并判断该电力用户是否为新用户，
若是新用户则建立新的用户档案，若不是新用户则找到对应的用户档案；然后，将该电力用户用电信息存入与该用户档案对应的数据库中；通信结束。
本发明在已有低压电力线载波通信网络的基础上，融合收发单频信号的SFN，并建立若干中继通讯节点，实现波浪状外延多重中继接力通信，确保通信成功，使采集终端能够成功完成抄表作业。
优选地，第一步中，组建电力用户用电信息采集系统的具体过程为，每隔预定时间重复以下过程：
第(1)步、采集终端以电力线载波通信方式下发载波组网报文；
第(2)步、各通讯节点收到载波组网报文后判断自身类型，若判断为末端通讯节点则转至第(3)步(iii)，若判断为中继通讯节点则转至本步(i)；
(i)判断距离上次收到载波组网报文的时间间隔是否超过所述预定时间，若超过则清除上次记录的采集终端地址再转至本步(ii)，若未超过则直接转至本步(ii)；
(ii)判断本次收到的采集终端地址与上次记录的是否相同，若不相同且上次记录不为空、则无动作并记录本次收到的采集终端地址，若相同或上次记录为空则记录本次收到的采集终端地址、并以电力线载波通信方式将载波组网报文转发至下级通讯节点；下级通讯节点在收到所述载波组网报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(i)，若判断为末端通讯节点则转至第(3)步(iii)；
第(3)步、(iii)末端通讯节点判断距离上次收到载波组网报文的时间间隔是否超过所述预定时间，若超过则清除上次记录的采集终端地址再转至本步(ix)，若未超过则直接转至本步(ix)；
(ix)判断本次收到的采集终端地址与上次记录的是否相同，若不相同且上次记录不为空、则无动作并记录本次收到的采集终端地址，若相同或上次记录为空则记录本次收到的采集终端地址，将本节点地址信息处理成载波地址报文，转至第(4)步；
第(4)步、末端通讯节点以电力线载波通信方式将所述载波地址报文转发至上级通讯节点；上级通讯节点收到所述载波地址报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则转至本步(x)，若判断为采集终端则转至第(5)步；
(x)在所述载波地址报文中加入本节点地址作为中继路径，然后将含有中继路径的载波地址报文转至上级通讯节点；上级通讯节点在收到所述载波地址报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(x)，若判断为采集终端则转至第(5)步；
第(5)步、采集终端将收到的载波地址报文处理成末端通讯节点的地址信息以及寻址路径，并存入数据库中；组建过程完成。
这样，即形成了“自下而上”的档案维护和数据抄收方案，可降低采集系统在建设初期的现场户变关系勘察工作量，可简化安装后的维护工作，同时对后期户变关系调整、轮换表计、新装电表、台区线路调整等均可自适应更新，保证采集成功率。同时，融入静态路由技术手段，可以大幅度提高路由成功率，确保抄表成功。
申请人在实践研究中发现，采用前述方法进行抄表时，由于载波通信速率较低，且抄表时载波链路使用率较高，会导致部分末端通讯节点数据在传输过程中丢失，无法上报到主节点。这样，即需要对指定电力用户实现抄表作业，提高抄表成功率。具体改进方案如下：
更优选地，第二步还包括：采集终端还按数据库中的寻址路径向预定末端通讯节点发出载波定向抄表指令报文；预定末端通讯节点收到载波定向抄表指令报文后，将本节点的电力用户用电信息处理为载波定向抄表反馈报文，并逆向沿所述寻址路径发至采集终端；采集终端将收到的载波定向抄表反馈报文处理为电力用户用电信息，并存入与该电力用户档案对应的数据库中；完成定向抄表过程。
附图说明
图1为本发明实施例的主体流程示意图。
图2为图1实施例的组建流程示意图。
图3为图1实施例的抄表发送过程示意图。
图4为图1实施例的抄表反馈过程示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例
本实施例的电力线载波SFN中继组网通信方法，如图1所示，包括以下步骤：
第一步、在已有低压电力线载波通信网络中设置用以收发单频载波信号、并收发电力线载波报文的采集终端，在该网络的各中间节点处分别设置用以收发单频载波信号、并收发本节点电力线载波报文的中继通讯节点，在该网络的各末端节点处分别设置用以接收单频载波信号、并收发本节点电力线载波报文的末端通讯节点；组建出由采集终端、中继通讯节点、末端通讯节点构成的电力用户用电信息采集系统；
第二步、采集终端以单频载波信号方式下发广播抄表指令，同时以电力线载波通信方式下发载波抄表指令报文；
第三步、位于采集终端周围的通讯节点收到所述广播抄表指令后判断自身类型，若判断为末端通讯节点则转至第四步(b)，若判断为中继通讯节点则转至本步(a)；
(a)查收本节点是否收到载波抄表指令报文，
若未收到则转至本步(a)，若收到则判断该载波抄表指令报文是否为重复报文(即与之前收到的报文相比是否内容相同)，
若是重复报文则转至本步(a)，若不是重复报文则将该载波抄表指令报文以电力线载波通信方式、并将该广播抄表指令以单频载波信号方式转发至下级通讯节点；下级通讯节点在收到所述广播抄表指令后判断自身类型，
若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(a)；若判断为末端通讯节点则转至第四步(b)；
第四步、(b)末端通讯节点查收本节点是否收到载波抄表指令报文，
若未收到则转至本步(b)，若收到则判断该载波抄表指令报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(b)，若不是重复报文则将本节点的电力用户用电信息处理为载波抄表反馈报文，并转至第五步；
第五步、末端通讯节点以单频载波信号方式上传广播反馈信号，同时以电力线载波通信方式上传载波抄表反馈报文；
第六步、位于末端通讯节点周围的通讯节点收到所述广播反馈信号后判断自身类型，若判断为末端通讯节点或中继通讯节点则转至本步(c)，若判断为采集终端则转至第七步(d)；
(c)查收本节点是否收到载波抄表反馈报文，
若未收到则转至本步(c)，若收到则判断该载波抄表反馈报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(c)，若不是重复报文则将该载波抄表反馈报文以电力线载波通信方式、并将该广播反馈信号以单频载波信号方式转发至上级通讯节点；上级通讯节点在收到所述广播反馈信号后判断自身类型，
若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(c)，若判断为采集终端则转至第七步(d)；
第七步、(d)采集终端查收本终端是否收到载波抄表反馈报文，
若未收到则转至本步(d)，若收到则判断该载波抄表反馈报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(d)，若不是重复报文则将该载波抄表反馈报文处理为电力用户用电信息，并判断该电力用户是否为新用户，
若是新用户则建立新的用户档案，若不是新用户则找到对应的用户档案；然后，将该电力用户用电信息存入与该用户档案对应的数据库中；通信结束。
如图2所示，本实施例组建电力用户用电信息采集系统的具体过程为，每隔预定时间重复以下过程：
第(1)步、采集终端以电力线载波通信方式下发载波组网报文；
第(2)步、各通讯节点收到载波组网报文后判断自身类型，若判断为末端通讯节点则转至第(3)步(iii)，若判断为中继通讯节点则转至本步(i)；
(i)判断距离上次收到载波组网报文的时间间隔是否超过所述预定时间，若超过则清除上次记录的采集终端地址再转至本步(ii)，若未超过则直接转至本步(ii)；
(ii)判断本次收到的采集终端地址与上次记录的是否相同，若不相同且上次记录不为空、则无动作并记录本次收到的采集终端地址，若相同或上次记录为空则记录本次收到的采集终端地址、并以电力线载波通信方式将载波组网报文转发至下级通讯节点；下级通讯节点在收到所述载波组网报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(i)，若判断为末端通讯节点则转至第(3)步(iii)；
第(3)步、(iii)末端通讯节点判断距离上次收到载波组网报文的时间间隔是否超过所述预定时间，若超过则清除上次记录的采集终端地址再转至本步(ix)，若未超过则直接转至本步(ix)；
(ix)判断本次收到的采集终端地址与上次记录的是否相同，若不相同且上次记录不为空、则无动作并记录本次收到的采集终端地址，若相同或上次记录为空则记录本次收到的采集终端地址，将本节点地址信息处理成载波地址报文，转至第(4)步；
第(4)步、末端通讯节点以电力线载波通信方式将所述载波地址报文转发至上级通讯节点；上级通讯节点收到所述载波地址报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则转至本步(x)，若判断为采集终端则转至第(5)步；
(x)在所述载波地址报文中加入本节点地址作为中继路径，然后将含有中继路径的载波地址报文转至上级通讯节点；上级通讯节点在收到所述载波地址报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(x)，若判断为采集终端则转至第(5)步；
第(5)步、采集终端将收到的载波地址报文处理成末端通讯节点的地址信息以及寻址路径(当末端通讯节点通过中继通讯节点与采集终端通信时，寻址路径为中继路径；当末端通讯节点直接与采集终端通信时，寻址路径为根路径)，并存入数据库中；组建过程完成。
此外，本实施例第二步还包括：采集终端还按数据库中的寻址路径向预定末端通讯节点发出载波定向抄表指令报文；预定末端通讯节点收到载波定向抄表指令报文后，将本节点的电力用户用电信息处理为载波定向抄表反馈报文，并逆向沿所述寻址路径发至采集终端；采集终端将收到的载波定向抄表反馈报文处理为电力用户用电信息，并存入与该电力用户档案对应的数据库中；完成定向抄表过程。
具体实施时，含第二步至第四步的抄表发送过程如图3所示，含第五步到第七步的抄表反馈过程如图4所示。图中黑点代表该点处于发送状态，浅灰点代表该点处于接收状态。
采用本实施例方法后，(1)组建电力用户用电信息采集系统成功率显著提升，且所需时间大大降低，例如，在500个通讯节点的环境下，组网成功率达到100％且所需时间小于2小时。(2)有效保证日采集成功率高达99％以上。(3)可兼容多种载波方案和全载波、半载波等网络结构。(4)最大支持七级组网路径，扩展性能良好。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种电力线载波SFN中继组网通信方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、在已有低压电力线载波通信网络中设置用以收发单频载波信号、并收发电力线载波报文的采集终端，在该网络的各中间节点处分别设置用以收发单频载波信号、并收发本节点电力线载波报文的中继通讯节点，在该网络的各末端节点处分别设置用以接收单频载波信号、并收发本节点电力线载波报文的末端通讯节点；组建出由采集终端、中继通讯节点、末端通讯节点构成的电力用户用电信息采集系统；
第二步、采集终端以单频载波信号方式下发广播抄表指令，同时以电力线载波通信方式下发载波抄表指令报文；
第三步、位于采集终端周围的通讯节点收到所述广播抄表指令后判断自身类型，若判断为末端通讯节点则转至第四步(b)，若判断为中继通讯节点则转至本步(a)；
(a)查收本节点是否收到载波抄表指令报文，
若未收到则转至本步(a)，若收到则判断该载波抄表指令报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(a)，若不是重复报文则将该载波抄表指令报文以电力线载波通信方式、并将该广播抄表指令以单频载波信号方式转发至下级通讯节点；下级通讯节点在收到所述广播抄表指令后判断自身类型，
若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(a)；若判断为末端通讯节点则转至第四步(b)；
第四步、(b)末端通讯节点查收本节点是否收到载波抄表指令报文，
若未收到则转至本步(b)，若收到则判断该载波抄表指令报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(b)，若不是重复报文则将本节点的电力用户用电信息处理为载波抄表反馈报文，并转至第五步；
第五步、末端通讯节点以单频载波信号方式上传广播反馈信号，同时以电力线载波通信方式上传载波抄表反馈报文；
第六步、位于末端通讯节点周围的通讯节点收到所述广播反馈信号后判断自身类型，若判断为末端通讯节点或中继通讯节点则转至本步(c)，若判断为采集终端则转至第七步(d)；
(c)查收本节点是否收到载波抄表反馈报文，
若未收到则转至本步(c)，若收到则判断该载波抄表反馈报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(c)，若不是重复报文则将该载波抄表反馈报文以电力线载波通信方式、并将该广播反馈信号以单频载波信号方式转发至上级通讯节点；上级通讯节点在收到所述广播反馈信号后判断自身类型，
若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(c)，若判断为采集终端则转至第七步(d)；
第七步、(d)采集终端查收本终端是否收到载波抄表反馈报文，
若未收到则转至本步(d)，若收到则判断该载波抄表反馈报文是否为重复报文，
若是重复报文则转至本步(d)，若不是重复报文则将该载波抄表反馈报文处理为电力用户用电信息，并判断该电力用户是否为新用户，
若是新用户则建立新的用户档案，若不是新用户则找到对应的用户档案；然后，将该电力用户用电信息存入与该用户档案对应的数据库中；通信结束；
第一步中，组建电力用户用电信息采集系统的具体过程为，每隔预定时间重复以下过程：
第(1)步、采集终端以电力线载波通信方式下发载波组网报文；
第(2)步、各通讯节点收到载波组网报文后判断自身类型，若判断为末端通讯节点则转至第(3)步(iii)，若判断为中继通讯节点则转至本步(i)；
(i)判断距离上次收到载波组网报文的时间间隔是否超过所述预定时间，若超过则清除上次记录的采集终端地址再转至本步(ii)，若未超过则直接转至本步(ii)；
(ii)判断本次收到的采集终端地址与上次记录的是否相同，若不相同且上次记录不为空、则无动作并记录本次收到的采集终端地址，若相同或上次记录为空则记录本次收到的采集终端地址、并以电力线载波通信方式将载波组网报文转发至下级通讯节点；下级通讯节点在收到所述载波组网报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(i)，若判断为末端通讯节点则转至第(3)步(iii)；
第(3)步、(iii)末端通讯节点判断距离上次收到载波组网报文的时间间隔是否超过所述预定时间，若超过则清除上次记录的采集终端地址再转至本步(ix)，若未超过则直接转至本步(ix)；
(ix)判断本次收到的采集终端地址与上次记录的是否相同，若不相同且上次记录不为空、则无动作并记录本次收到的采集终端地址，若相同或上次记录为空则记录本次收到的采集终端地址，将本节点地址信息处理成载波地址报文，转至第(4)步；
第(4)步、末端通讯节点以电力线载波通信方式将所述载波地址报文转发至上级通讯节点；上级通讯节点收到所述载波地址报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则转至本步(x)，若判断为采集终端则转至第(5)步；
(x)在所述载波地址报文中加入本节点地址作为中继路径，然后将含有中继路径的载波地址报文转至上级通讯节点；上级通讯节点在收到所述载波地址报文后判断自身类型，若判断为中继通讯节点则该节点重复本步(x)，若判断为采集终端则转至第(5)步；
第(5)步、采集终端将收到的载波地址报文处理成末端通讯节点的地址信息以及寻址路径，并存入数据库中；组建过程完成。
2.根据权利要求1所述电力线载波SFN中继组网通信方法，其特征是，第二步还包括：采集终端还按数据库中的寻址路径向预定末端通讯节点发出载波定向抄表指令报文；预定末端通讯节点收到载波定向抄表指令报文后，将本节点的电力用户用电信息处理为载波定向抄表反馈报文，并逆向沿所述寻址路径发至采集终端；采集终端将收到的载波定向抄表反馈报文处理为电力用户用电信息，并存入与该电力用户档案对应的数据库中；完成定向抄表过程。
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