CN103634873B - 电力抄表系统的无线组网方法和电力抄表设备系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力抄表系统的无线组网方法和电力抄表设备系统，其中，该方法包括：根据电力抄表系统中各个节点的场强分布将所述电力抄表系统划分为多个簇，其中，所述电力抄表系统中的节点是电表；在每个簇中确定一个簇头节点和至少一个簇成员节点，其中，簇头节点对簇成员节点的路由信息进行管理并将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器。本发明解决了现有技术中由集中器对全系统中的所有节点的路由信息进行管理而导致的组网和路由更新耗时较长的技术问题，达到了缩短组网和路由更新时间的技术效果。

Description

电力抄表系统的无线组网方法和电力抄表设备系统

技术领域

本发明涉及数据业务技术领域，特别涉及一种电力抄表系统的无线组网方法和电力抄表设备系统。

背景技术

用电信息采集系统主要用于实现广大工商业和居民用户电能表的自动抄表和自动控制，是建设智能电网的基础工程。然而，当前影响用电信息采集系统自动抄表及自动控制的核心问题在于最后1公里，即集中器与电表之间的通信，所谓集中器（Concentrator）是指收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换的设备。

智能电网用电信息采集系统的核心在于其自组网技术，在集中器和电表安装完成后，无需人工进行干预，集中器微功率无线通讯模块与电表微功率无线通讯模块即可通过无线链路形成一个多跳自治系统，实现集中器与电表之间的通信。

目前，无线微功率模块组网方式主要采用基于集中路由超帧结构的组网方式，超帧的活动周期划分为三个阶段：信标帧发送期、节点场强采集期和网络节点设置期。超帧的活动周期按照整个网络容量划分为N个等长的时隙，其中，每个时隙的长度、竞争访问期包含的时隙数等参数都是由集中器中的中心节点设定的，并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。在组网过程中，中心节点在组网频点发送组网信标，电表中的子节点使用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）算法定位自己的时隙并且按照定位时隙转发组网信标帧，在组网完成后，进入节点场强收集期，中心节点首先收集自己周边节点的邻居场强信息表，并对周边的子节点进行配置，设置为第1级子节点，然后再根据第一级子节点的邻居表对第二级子节点进行场强信息收集及配置，直到完成中心节点最大级数N的第N级子节点的场强收集和配置，从而完成组网。

在组网完成后整个网络切换至工作频点进行通信，各个设备使用非时隙载波侦听多点接入-冲突避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA-CA）机制访问信道。所谓的CSMA-CA机制的通信过程如下：每当设备需要发送数据或者发送命令时，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，则立刻通过信道发送数据，如果通道被占用，则设备需要重复上面等待一段随机时间和检测通道状态的过程，直至可以发送数据。

现有的集中抄表系统存在如下缺陷：由于采取集中式路由管理策略，所有的组网过程必须在单一组网信道完成，组网过程中使用超帧结构进行全网络统一时隙分配和组网，组网时间和网络节点容量成正比关系，在微功率无线通信常用的数据传输速率9.6kbps的情况下，完成网络规模为1024个节点组网理想情况下所需的组网时间为90min，组网时间非常长，对用户用电信息采集系统初装时的安装调试进度带来了不利影响；进一步的，如果某个节点的位置发生变化或者周边环境发生变化而导致整个网络的路由发生了变化，由于所有网络的路由信息是由集中器中的中心节点统一控制的，因此，需要由中心节点对路由进行全网更新，所需的时间很长，因此只能每天抽出固定的时间进行全网的路由维护。

发明内容

本发明实施例提供了一种抄表系统的无线组网方法，以达到缩短组网和路由更新时间的目的，该方法包括：

根据电力抄表系统中各个节点的场强分布将所述电力抄表系统划分为多个簇，其中，所述电力抄表系统中的节点是电表；

在每个簇中确定一个簇头节点和至少一个簇成员节点，其中，簇头节点对簇成员节点的路由信息进行管理并将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器。

在一个实施例中，根据电力抄表系统中各个节点的场强分布将所述电力抄表系统划分为多个簇，包括：

第一节点每隔第一预定时间向外发送簇广播信息帧，其中，所述第一节点是所述抄表系统中未入簇的节点，第一节点发送的簇广播信息帧中携带用于指示所述第一节点是否已入簇的标识信息；

第一节点接收第二节点发送的簇广播信息帧，其中，第二节点发送的簇广播信息帧中携带有用于指示所述第二节点是否已入簇的标识信息；

第一节点判断第二节点的场强是否大于成簇的场强门限值；

如果大于，则判断所述第二节点是否已入簇，如果所述第二节点已入簇，则所述第一节点加入所述第二节点所在的簇，如果所述第二节点未入簇，则所述第一节点将自身定义为簇头节点，并将所述第二节点加入到自身所在的簇中。

在一个实施例中，所述第一节点加入所述第二节点所在的簇，包括：

所述第一节点向所述第二节点所在的簇的簇头节点发送簇广播信息帧；

所述第一节点接收所述第二节点所在的簇的簇头节点返回的入簇管理信息帧，其中，所述入簇管理信息帧中携带有邀请第一节点加入所述第二节点所在的簇的指示信息；

所述第一节点向所述第二节点所在的簇的簇头节点返回接受入簇管理信息帧，以加入所述第二节点所在的簇，其中，所述接受入簇管理信息帧中携带有第一节点同意加入所述第二节点所在的簇的指示信息。

在一个实施例中，所述第二节点所在的簇的簇头节点返回入簇管理信息帧，包括：

在所述第二节点所在的簇的簇头节点判断自身所在的簇中已入簇节点数未达到簇最大节点容量的情况下，第二节点所在的簇的簇头节点返回入簇管理信息帧。

在一个实施例中，所述第一节点将自身定义为簇头节点，并将所述第二节点加入到自身所在的簇中，包括：

所述第一节点判断自身的MAC地址是否小于所述第二节点的MAC地址；

如果小于，则所述第一节点将自身的状态信息设置为已入簇，所述第一节点选择场强能力最小的簇信道向所述第二节点发送入簇管理信息帧，其中，所述入簇管理信息帧中携带有邀请第二节点加入所述第一节点所在的簇的指示信息；

如果所述第一节点接收到所述第二节点返回的接受入簇管理信息帧，则第一节点将所述第二节点加入到自身所在的簇中，并将选择的簇信道作为本簇的簇信道，其中，所述接受入簇管理信息帧中携带有第二节点同意加入所述第一节点所在的簇的指示信息。

在一个实施例中，根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇，包括：

集中器在上电后，集中器将自身设置为自身所在簇的簇头节点。

在一个实施例中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

簇头节点接收簇成员节点每隔第二预定时间发送的平均场强信息；

如果存在平均场强大于簇头节点的平均场强的簇成员节点，则所述簇头节点与该簇成员节点发起簇头节点变更协商过程，将该簇成员节点变更为该簇的簇头节点。

在一个实施例中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

如果簇头节点在第三预定时间内未接收到簇成员节点发送的信息汇报帧，则所述簇头节点将该簇成员节点从该簇中剔除；

如果簇成员节点在第四预定时间内未接收到簇头节点发送的汇报确认帧，则该簇成员节点将自身的状态切换为未入簇状态。

在一个实施例中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

簇头节点接收第三节点发送的簇广播信息帧，其中，所述第三节点与该簇头节点不在同一个簇中；

簇头节点判断自身的邻居表中隶属于第三节点所在簇的簇节点的平均场强，是否大于自身所在簇中节点的平均场强，如果大于则所述簇头节点解散自身所在的簇。

在一个实施例中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

簇成员节点接收第三节点发送的簇广播信息帧，其中，所述第三节点与该簇成员节点不在同一个簇中；

簇成员节点判断自身的邻居表中隶属于第三节点所在簇的簇节点的平均场强，是否大于自身所在簇中节点的平均场强，如果大于则簇成员节点退出自身所在的簇，加入所述第三节点所在的簇。

在一个实施例中，簇头节点将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器，包括：

如果簇头节点检测到自身所在簇的簇成员节点的路由信息发生变化，则所述簇头节点在与所述集中器进行通信时，所述簇头节点通过置位的方式将路由变化信息通知给所述集中器。

本发明实施例还提供了一种电力抄表设备系统，以达到缩短组网和路由更新时间的目的，包括：

集中器；

多个电表簇，电表簇中的每个电表为一节点；每一电表簇中包括一个簇头节点和至少一个簇成员节点，各簇成员节点与所在电表簇中的簇头节点连接，各簇头节点与集中器连接；

簇头节点用于对所在簇中的簇成员节点进行路由信息管理，以及将路由信息的变化数据传送至所述集中器。

在一个实施例中，所述多个电表簇是根据电表场强分布于所述电力抄表设备系统中的。

在一个实施例中，上述设备系统还包括：

中继器，分别与集中器和簇头节点连接，用于进行集中器和簇头节点之间的数据中继。

本发明实施例还提供了另一种电力抄表设备系统，以达到缩短组网和路由更新时间的目的，包括：

多个电表簇，每个电表簇中包括一个簇头节点和至少一个簇成员节点；其中一个电表簇中的簇头节点是集中器，簇成员节点为电表；除集中器作为簇头节点的电表簇之外的其它电表簇中的簇头节点和簇成员节点都是电表，且簇头节点通过集中器所在簇中的簇成员节点与集中器连接；

簇头节点用于对所在簇中的簇成员节点进行路由信息管理，除集中器之外的簇头节点将路由信息的变化数据传送至所述集中器。

在一个实施例中，所述多个电表簇是根据电表场强分布于所述电力抄表设备系统中的。

在一个实施例中，上述设备系统还包括：

中继器，分别与集中器和集中器所在簇的簇成员节点连接，用于进行集中器和除自身之外的至少一个簇头节点之间的数据中继。

在本发明实施例中，通过将抄表系统中的各个节点划分为多个簇，在每个簇中由簇头节点维护和管理该簇中的簇成员节点的路由信息，从而解决了现有技术中由集中器对全系统中的所有节点的路由信息进行管理而导致的组网和路由更新耗时较长的技术问题，达到了缩短组网和路由更新时间的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的抄表系统的无线组网方法流程图；

图2是本发明实施例的未入簇节点的入簇方法流程图；

图3是本发明实施例的无线组网方法流程图；

图4是本发明实施例的村落无线网络拓扑示意图；

图5是本发明实施例的电力抄表设备系统的结构示意图；

图6是本发明实施例的电力抄表设备系统的另一结构示意图。

具体实施方式

发明人经研究发现，现有技术中由于没有实现节点的分簇管理，从而导致了无法对电表系统的路由进行局部更新，然而进行全局网络路由更新所需的时间又太长，因此只能在抽取一个固定的时间段集中进行路由更新，路由信息发生变化到全网路由更新这段时间势必会造成通信的中断，使得整个网络的通信成功率降低。

本发明实施例提供了一种电力抄表系统的无线组网方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：根据电力抄表系统中各个节点的场强分布将所述电力抄表系统划分为多个簇，其中，所述电力抄表系统中的节点是电表；

步骤102：在每个簇中确定一个簇头节点和至少一个簇成员节点，其中，簇头节点对簇成员节点的路由信息进行管理并将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器。

在上述实施例中，通过将抄表系统中的各个电表划分为多个簇，在每个簇中由簇头节点维护该簇中的簇成员节点的路由信息，从而解决了现有技术中由集中器对全系统中的所有节点的路由信息进行管理而导致的组网和路由更新耗时较长的技术问题，达到了缩短组网和路由更新时间的技术效果。

在具体实施的过程中，可以通过节点之间发送的簇广播信息帧实现簇的划分，主要是节点按照场强强度自由组成簇，在一个实施方式中，未入簇的节点可以按照如图2所示的方式入簇，包括：

步骤201：第一节点每隔第一预定时间向外发送簇广播信息帧，其中，所述第一节点是所述抄表系统中未入簇的节点，第一节点发送的簇广播信息帧中携带用于指示所述第一节点是否已入簇的标识信息；

步骤202：第一节点接收第二节点发送的簇广播信息帧，其中，第二节点发送的簇广播信息帧中携带有用于指示所述第二节点是否已入簇的标识信息；

步骤203：第一节点判断第二节点的场强是否大于成簇的场强门限值；

步骤204：如果大于，则判断所述第二节点是否已入簇，如果所述第二节点已入簇，则所述第一节点加入所述第二节点所在的簇，如果所述第二节点未入簇，则所述第一节点将自身定义为簇头节点，并将所述第二节点加入到自身所在的簇中。

具体的，上述所述第一节点加入所述第二节点所在的簇，可以包括：第一节点向第二节点所在的簇的簇头节点发送簇广播信息帧；所述第一节点接收所述第二节点所在的簇的簇头节点返回的入簇管理信息帧，其中，所述入簇管理信息帧中携带有邀请第一节点加入所述第二节点所在的簇的指示信息；所述第一节点向所述第二节点所在的簇的簇头节点返回接受入簇管理信息帧，以加入所述第二节点所在的簇，其中，所述接受入簇管理信息帧中携带有第一节点同意加入所述第二节点所在的簇的指示信息。

考虑到每个簇有一个簇容量的限制，如果簇过大组网的效率会比较低，同时也会导致簇不易管理，在一个实施方式中，第二节点所在的簇的簇头节点返回入簇管理信息帧，包括：在所述第二节点所在的簇的簇头节点判断自身所在的簇中已入簇节点数未达到簇最大节点容量的情况下，第二节点所在的簇的簇头节点返回入簇管理信息帧，否则，不返回入簇管理信息帧，通过这种方式可以有效地将簇限制在一定的大小内。

在上文中提到如果第二节点也没有入簇，那么第一节点可以自己建立一个簇，然后将第二节点加到自己建立的簇中，具体的可以按照以下方式进行：第一节点判断自身的MAC地址是否小于第二节点的MAC地址；如果小于，则第一节点将自身的状态信息设置为已入簇，第一节点选择场强能力最小的簇信道向第二节点发送入簇管理信息帧，其中，所述入簇管理信息帧中携带有邀请第二节点加入所述第一节点所在的簇的指示信息，如果第一节点接收到第二节点返回的接受入簇管理信息帧，则第一节点将第二节点加入到自身所在的簇中，并将选择的簇信道作为本簇的簇信道，其中，所述接受入簇管理信息帧中携带有第二节点同意加入所述第一节点所在的簇的指示信息。

集中器作为整个抄表系统的核心，如果集中器上电，那么直接将自身设置为自己所在簇的簇头节点，并对自身所在簇的簇成员节点进行管理。

考虑到按照场强分布进行分簇后，会因为某些原因导致节点场强的变化，为了使得分簇更为合理，在一个实施方式中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为不同的簇之后，上述方法还包括：簇头节点接收簇成员节点每隔第二预定时间发送的平均场强信息；如果存在平均场强大于簇头节点的平均场强的簇成员节点，则所述簇头节点与该簇成员节点发起簇头节点变更协商过程，将该簇成员节点变更为该簇的簇头节点。即，每个簇成员节点都周期性的向簇头节点发送自身的平均场强信息，如果在簇中存在比簇头节点的场强的强度高的节点，那么就和该节点进行协商，将强度高的节点设置为该簇的簇头节点。

每个簇中的成员也并非是固定是不变的，为了实现分簇的合理性和簇的有效性，簇成员是变化的，例如：如果簇头节点在第三预定时间内未接收到簇成员节点发送的信息汇报帧，则所述簇头节点将该簇成员节点从该簇中剔除；或者，如果簇成员节点在第四预定时间内未接收到簇头节点发送的汇报确认帧，则该簇成员节点将自身的状态切换为未入簇状态。

在一个实施方式中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为不同的簇之后，所述方法还可以包括：

1）对于簇头节点而言：簇头节点接收第三节点发送的簇广播信息帧，其中，所述第三节点与该簇头节点不在同一个簇中；簇头节点判断自身的邻居表中隶属于第三节点所在簇的簇节点的平均场强，是否大于自身所在簇中节点的平均场强，如果大于则所述簇头节点解散自身所在的簇。

2）对于簇成员节点而言，簇成员节点接收第三节点发送的簇广播信息帧，其中，所述第三节点与该簇成员节点不在同一个簇中；簇成员节点判断自身的邻居表中隶属于第三节点所在簇的簇节点的平均场强，是否大于自身所在簇中节点的平均场强，如果大于则簇成员节点退出自身所在的簇，加入所述第三节点所在的簇。

簇节点负责对自己所在簇中的簇成员节点的路由信息进行管理，如果自己所在簇中有簇成员的路由信息发生变化，则簇节点会将这些信息上传至集中器，由集中器进行集中管理，具体的簇头节点可以按照以下方式将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器：如果簇头节点检测到自身所在簇的簇成员节点的路由信息发生变化，则所述簇头节点在与所述集中器进行通信时，所述簇头节点将路由变化标识置位，以通知所述集中器路由信息发生变化，即通过标识置位将路由信息的变化告知集中器。

具体的对划分为不同簇的抄表系统进行无线组网，可以如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：所述抄表系统中集中器根据自身所在簇中的节点的邻居表进行邻居簇检测；

步骤302：对检测到的邻居簇的进行信息的收集和配置，以形成集抄用电系统微功率无线网络；

步骤303：所述集中器选择信道能力最小的信道作为工作频点实现无线抄表业务。

在上述抄表系统的无线组网方法中，提出了一种基于场强分布信息的分簇多信道微功率无线模块组网技术，按照节点场强的分布情况，将整个用户用电集抄系统微功率无线网络划分为不同的簇，各个簇可以选取不同的频率进行同步组网，大大缩短了组网时间。在簇头节点检测到集中器节点一段时间内未对其进行操作时，则可以启动局部路由维护，对簇内节点进行路由维护，如果簇头节点检测到路由变化，则在集中器与簇头节点进行通信时将路由变化标识进行置位，以通知集中器路由发生了变化，从而在网络路由发生变化时，实现路由表的及时更新，以适应网络路由的变化，提高系统的通信成功率。

下面结合一个具体的实施例来对抄表系统的无线组网方法进行说明，值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

对基于场强分布信息的分簇多信道微功率无线模块组网方法进行说明，微功率无线自组织网络是实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络，发射功率受到国家无线电管理委员会的严格限制，覆盖范围有限，网络中主要包括两种通信设备：安装在集中器中的全功能中心节点模块和安装在电表中的简化功能的子站节点模块。其中，中心节点模块与子站节点模块的组网过程主要包括以下3个阶段：

1）分簇形成阶段：

上电运行的节点首先随机选择簇间组网频点发送簇聚合信息，根据接收到的场强信号的强弱分布自动汇聚成簇，并选取临时簇头节点负责组织簇内的通信组织。

2）簇融合阶段：

中心节点所形成的簇会根据表计档案信息搜索簇间通信路径依次对各个簇进行配置，根据需要重新分配簇头节点，进行簇间节点的优化配置，并最终形成无线网络。

3）正常工作阶段：

按照集中器下发的命令通过无线网络及子站节点模块对电表信息进行采集。在采集的空闲间隙，各个簇可以在簇内通信节点间进行网络维护工作，一旦簇内网络路由信息发生变化，在集中器中的中心节点进行数据采集时，簇头节点可以通过置位的方式通知中心节点网络路由信息发生了变化，中心节点在接到通知后进行网络路由变更信息采集。

对于信道的分配与管理，可以选用470-490MHz、20MHz的频带带宽作为本例的微功率无线通信模块的工作频带，工作频点占用带宽小于200KHz，信道间隔为200KHz，采用GFSK调制方式，调制频偏为20KHz。具体可以划分为16个信道组，每个信道组包括1个簇信道和1个工作信道。

具体的，频率资源分配可以如下表所示：

信道组的使用及管理方法如下：各个节点在未形成簇的时候设备使用非时隙CSMA-CA机制随机访问簇信道，在簇形成以后选取簇头节点所使用的信道作为簇信道，同时在其他簇信道实施监听，探查与其他簇的邻居关系。在集中器节点所在的中心簇对子节点所在的簇进行配置后，子节点工作于中心簇配置的工作信道和簇信道。

分簇的形成：

子节点上电后首先电表获取电表地址作为自己的MAC地址，从而避免地址重复的问题出现，这时子节点处于游离状态，未加入任何簇，对于游离态的节点形成簇的过程如下：

1）未入簇的子节点使用非时隙CSMA-CA机制随机访问16个簇信道，每隔一段时间对外发送簇广播信息帧，将簇广播信息帧中是否入簇信息域标识置为未入簇状态。

2）未入簇子节点对16个簇信道进行循环监听，如果接收到其他节点的簇广播信息帧，将此节点添加至邻居表中，并判断该子节点的场强是否大于成簇的场强门限值，如果大于门限值，则对该簇广播信息中的是否入簇信息域标识进行判断，如果该节点是已入簇节点，则在该簇信道再次发送簇广播信息，并等待已入簇节点的簇头节点的入簇管理信息帧。

3）如果该子节点也是未入簇的子节点，则对比该子节点与本子节点的MAC地址大小，如果本子节点的MAC地址相对较小，则将本子节点的状态信息临时设置为已入簇且自选为簇头节点的状态，使用场强能量评估较小的簇信道对该子节点发送入簇管理信息帧，并对该子节点进行簇信道设置和时隙分配，如果该子节点返回接受入簇管理信息帧，则成功切换至入簇状态并成为簇头节点，并将该簇信道作为本簇的簇信道。

4）每隔固定周期，簇头节点按照时隙发送簇广播信息帧，各个节点按照自己的时隙转发簇头节点的广播信息帧，如果检测到其他未入网节点的簇广播信息帧，则检测场强是否大于入簇的场强门限值，如果大于场强门限则在本簇的簇信道对该节点发送入簇管理信息帧，并等待节点返回接受入簇管理信息帧。需要注意的是，如果该簇的已入簇节点数已经达到簇最大节点容量，则不再接受新节点入簇。

5）簇头节点并非固定不变的，每隔固定周期簇成员节点将向簇头节点发送信息汇报帧、保护邻居表以及簇内节点的平均场强信息，簇头节点回应汇报确认帧。如果簇头节点统计簇成员节点上报的平均场强信息，并与自身的场强信息比较，如果发现某子节点平均场强信息大于自身，将与该子节点发起簇头节点变更协商过程，如果协商成功将广播发送簇头节点变更信息帧，新簇头节点将根据需要重新分配时隙。

6）每个簇中的簇成员节点也不是固定不变的，如果簇头节点长时间未接收到簇成员节点的信息汇报帧则将该节点剔除出网络；同样，如果簇成员节点长时间未接收到簇头节点的汇报确认帧，则再次切换至未入簇状态。如果已经入簇的子节点接收到其他已入簇节点的簇广播信息帧，检测到场强值大于成簇的场强门限，则并对邻居表内隶属于该簇节点的平均场强信息与本簇内节点的平均场强信息做比较，如果优于本簇内的平均场强信息，如果该节点是簇头节点，则发送簇解散命令，如果该节点是簇成员节点，则发送簇退出命令，并申请加入新的簇。

对于集中器中的中心节点的成簇过程描述如下：

集中器中的中心节点的簇的融合及整个无线网络的形成主要按照以下方式进行，集中器中的中心节点上电后即将自身设置为本簇的簇头节点，在完成自己为核心的簇的设置后，集中器中的中心节点对簇内的簇成员节点的邻居表进行搜索，一旦检测到邻居簇的存在，集中器会对邻居簇进行信息收集和配置，并最终融合形成集抄用电系统微功率无线网络，然后在16个工作频点中选定信道能量综合评估较小的信道作为工作频点实现无线抄表业务。

按照上述方式实现抄表系统的无线组网之后，如果邻居场强的值如果设置合理，微功率无线在不同的区域会按照单元及村落的地域关系形成簇，方便系统最终的路由检定和管理，如图4所示是村落无线网络拓扑示意图，其中，1表示簇成员节点，2表示簇头节点，3表示中继器，4表示集中器，5表示形成的簇1（村落A），6表示形成的簇2（村落B），7表示形成的簇3（村落C），簇1、簇2和簇3之间相互的通信成为簇间通信。

在组网完成之后，集中器会对整个网络的路由信息进行管理，选取最优路径进行通信。管理主要包括以下几个方面：

1）根据各个簇头节点中存储的路由信息对网络节点的路由损耗进行评估，集中器从将路由损耗较低的点设置为簇头节点，并计算出各个子节点的最低路由损耗的路由作为集中器主节点与各个子节点的通信路径。

2）集中器根据簇容量及路由信息等情况进行综合评估，可以对节点较少并且邻居关系较为紧密的较小的簇进行强制合并并分配新的簇头节点，但形成的新的簇的网络节点容量不超过单簇的最大容量。

3）集中器中心节点与某簇头节点通信出现问题，集中器根据保存的网络路由信息强制选取该簇头节点所在簇内路径损耗相对较小的节点作为新的簇头节点。

4）如果簇内的路由信息发生变化，则簇头节点在中心节点进行数据采集时可以通过置位的方式通知中心节点网络路由信息发生变化，中心节点接到通知后进行网络路由变更，并重新计算最优路径进行信息采集。

在本例的基于场强信息的节点分簇微功率无线组网方法中，根据用户用电信息系统现场应用特征提出以场强分布信息计算作为网络通信可靠性的评估依据，并以最优通信可靠性考量提出的无线自组织网络中各个簇的形成，然后通过簇的融合形成最终的网状无线网络的无线组网方法是一种全新的无线分簇组网方法。基于场强信息的节点分簇微功率无线组网方法中各个簇分频同步组网方法大大缩短了组网时间，进一步的，基于场强信息的节点分簇微功率无线组网方法中各个簇间节点的平衡优化算法优化了网络设置，使得簇的形成更接近于模块实际的物理分布，方便了用户用电信息系统的分布式管理。

通过上述方式进行组网，提高了组网速度快，16个频点进行分簇同布组网，大大降低了组网时间，节约了微功率无线网络安装的调试时间。分簇的分布式路由取代了集中式路由，从而使得能够及时检测到无线网络路由的变化信息，并及时通知集中器中的中心节点，以对路由进行维护，提高了通信成功率。使用场强信息作为簇形成的依据，使得簇的形成与地域的关系基本保持一致，城镇楼宇按照单元，乡村按照村落等形成簇。如果节点出现问题，能够快速准确的定位问题发生的节点位置，方便现场人员进行维护。

本发明实施例还提供了一种电力抄表设备系统，如图5所示，包括：

集中器501；

多个电表簇502，电表簇中的每个电表为一节点；每一电表簇中包括一个簇头节点503和至少一个簇成员节点504，各簇成员节点与所在电表簇中的簇头节点连接，各簇头节点与集中器连接；

簇头节点503用于对所在簇中的簇成员节点504进行路由信息管理，以及将路由信息的变化数据传送至所述集中器501。

在一个实施例中，多个电表簇是根据电表场强分布于所述电力抄表设备系统中的。

在图5中，电表形成电表簇，集中器作为一个设备，电表簇中的每个簇头节点都与该集中器进行连接，以便将路由变化信息及时有效地传输至集中器进行路由信息更新。

本发明实施例还提供了另一种电力抄表设备系统，在该抄表设备系统中，集中器自动成簇，作为其所在簇的簇头节点，对于其它簇中的簇头节点直接与集中器相连，或者是通过集中器所在簇的簇成员节点与集中器相连。如图6所示，电力抄表设备系统包括：

多个电表簇601，每个电表簇601中包括一个簇头节点602和至少一个簇成员节点603；其中一个电表簇中的簇头节点是集中器604，簇成员节点为电表；除集中器作为簇头节点的电表簇之外的其它电表簇中的簇头节点和簇成员节点都是电表，且簇头节点通过集中器604所在簇中的簇成员节点与集中器604连接；

簇头节点用于对所在簇中的簇成员节点进行路由信息管理，除集中器之外的簇头节点将路由信息的变化数据传送至所述集中器。

在上述图5和图6所示的电力抄表设备系统中还可以设置有中继器，用于进行电表和电表之间，或者是电表和集中器之间的数据中继。

值得注意的是，上述的电表与电表之间，或者是电表与集中器之间的连接可以是直接的通信连接，也可以是通过别的电表实现间接的电连接，相互之间主要是通过微功率无线模块实现数据的传输。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：通过将抄表系统中的各个节点划分为多个簇，在每个簇中由簇头节点维护该簇中的簇成员节点的路由信息，从而解决了现有技术中由集中器对全系统中的所有节点的路由信息进行管理而导致的组网和路由更新耗时较长的技术问题，达到了缩短组网和路由更新时间的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力抄表系统的无线组网方法，其特征在于，包括：

根据电力抄表系统中各个节点的场强分布将所述电力抄表系统划分为多个簇，其中，所述电力抄表系统中的节点是电表；

在每个簇中确定一个簇头节点和至少一个簇成员节点，其中，簇头节点对簇成员节点的路由信息进行管理并将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器；

其中，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

簇头节点接收簇成员节点每隔第二预定时间发送的平均场强信息；

如果存在平均场强大于簇头节点的平均场强的簇成员节点，则所述簇头节点与该簇成员节点发起簇头节点变更协商过程，将该簇成员节点变更为该簇的簇头节点；

其中，根据电力抄表系统中各个节点的场强分布将所述电力抄表系统划分为多个簇，包括：

第一节点每隔第一预定时间向外发送簇广播信息帧，其中，所述第一节点是所述抄表系统中未入簇的节点，第一节点发送的簇广播信息帧中携带用于指示所述第一节点是否已入簇的标识信息；

第一节点接收第二节点发送的簇广播信息帧，其中，第二节点发送的簇广播信息帧中携带有用于指示所述第二节点是否已入簇的标识信息；

第一节点判断第二节点的场强是否大于成簇的场强门限值；

如果大于，则判断所述第二节点是否已入簇，如果所述第二节点已入簇，则所述第一节点加入所述第二节点所在的簇，如果所述第二节点未入簇，则所述第一节点将自身定义为簇头节点，并将所述第二节点加入到自身所在的簇中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一节点加入所述第二节点所在的簇，包括：

所述第一节点向所述第二节点所在的簇的簇头节点发送簇广播信息帧；

所述第一节点接收所述第二节点所在的簇的簇头节点返回的入簇管理信息帧，其中，所述入簇管理信息帧中携带有邀请第一节点加入所述第二节点所在的簇的指示信息；

所述第一节点向所述第二节点所在的簇的簇头节点返回接受入簇管理信息帧，以加入所述第二节点所在的簇，其中，所述接受入簇管理信息帧中携带有第一节点同意加入所述第二节点所在的簇的指示信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二节点所在的簇的簇头节点返回入簇管理信息帧，包括：

在所述第二节点所在的簇的簇头节点判断自身所在的簇中已入簇节点数未达到簇最大节点容量的情况下，第二节点所在的簇的簇头节点返回入簇管理信息帧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一节点将自身定义为簇头节点，并将所述第二节点加入到自身所在的簇中，包括：

所述第一节点判断自身的MAC地址是否小于所述第二节点的MAC地址；

如果小于，则所述第一节点将自身的状态信息设置为已入簇，所述第一节点选择场强能力最小的簇信道向所述第二节点发送入簇管理信息帧，其中，所述入簇管理信息帧中携带有邀请第二节点加入所述第一节点所在的簇的指示信息；

如果所述第一节点接收到所述第二节点返回的接受入簇管理信息帧，则第一节点将所述第二节点加入到自身所在的簇中，并将选择的簇信道作为本簇的簇信道，其中，所述接受入簇管理信息帧中携带有第二节点同意加入所述第一节点所在的簇的指示信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇，包括：

集中器在上电后，集中器将自身设置为自身所在簇的簇头节点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

如果簇头节点在第三预定时间内未接收到簇成员节点发送的信息汇报帧，则所述簇头节点将该簇成员节点从该簇中剔除；

如果簇成员节点在第四预定时间内未接收到簇头节点发送的汇报确认帧，则该簇成员节点将自身的状态切换为未入簇状态。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

簇头节点接收第三节点发送的簇广播信息帧，其中，所述第三节点与该簇头节点不在同一个簇中；

簇头节点判断自身的邻居表中隶属于第三节点所在簇的簇节点的平均场强，是否大于自身所在簇中节点的平均场强，如果大于则所述簇头节点解散自身所在的簇。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据抄表系统中各个节点的场强分布将所述抄表系统划分为多个簇之后，所述方法还包括：

簇成员节点接收第三节点发送的簇广播信息帧，其中，所述第三节点与该簇成员节点不在同一个簇中；

簇成员节点判断自身的邻居表中隶属于第三节点所在簇的簇节点的平均场强，是否大于自身所在簇中节点的平均场强，如果大于则簇成员节点退出自身所在的簇，加入所述第三节点所在的簇。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，簇头节点将簇成员节点的路由信息的变化上传至集中器，包括：

如果簇头节点检测到自身所在簇的簇成员节点的路由信息发生变化，则所述簇头节点在与所述集中器进行通信时，所述簇头节点通过置位的方式将路由变化信息通知给所述集中器。