CN103973517B - 一种集中器双模本地通信模块装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集中器双模本地通信模块装置，包括：电能表档案接收机构，其用于接收集中器下发的集抄台区的电能表档案；搜表机构，其对所述电能表档案接收机构接收到的电能表档案进行搜表，得到所述集抄台区的所有通信节点；通信测试机构，其用于进行所述集抄台区的所有通信节点间的通信测试，该通信测试共进行16轮次；通信信息矩阵生成机构，其用于根据所述16轮次的通信测试的结果生成所述集抄台区的通信节点间的通信信息矩阵表；通信路径确定机构，其用于根据所述通信信息矩阵表确定所述集抄台区的每个通信节点的通信路径。本发明解决了现有技术存在的测试工作量过大的问题，提高了组网效率，且具有通信路径稳定可靠的优点。

Description

一种集中器双模本地通信模块装置

技术领域

本发明涉及电力用户用电信息采集系统的组成部件，尤其涉及其集中器双模本地通信模块装置。

背景技术

集中器本地通信模块装置是用户用电信息采集系统的重要组成部件，由于集中器本地通信模块装置的不同，往往会使得找到集抄台区的最优通信路径的效率有很大差异，从而影响通信的效率和可靠性。目前全国电力系统的用户用电信息采集系统的集中器本地通信模块装置主要采用遍历路径的方法，通过将集抄台区可能存在的通信路径逐个测试，找出能用于通信的路径并记忆下来，最终形成整个台区的通信网络。但是，此方法测试量巨大，测试效率低，很难找出集抄台区可能存在的最优通信路径，因此通信可靠性很低。

以一个具有500个电能表的集抄台区为例。假如采用采集器模式，形成50个通信节点，并假设直招节点为20个，一级节点为10个，二级节点为10个，三级节点为10个；直招通信一次时间为4秒，一级中继通信一次时间为6秒，二级中继通信一次时间为8秒，三级中继通信一次时间为10秒，最终需3级中继，且假设每个节点仅有一条通信路径，用遍历法找出通信路径所需时间为：

4*50+6*20*30+8*10*20+10*10*10/3600＝1.78小时

实际中，因每个通信节点不止有一条通信路径，假设每个通信节点存在32条通信路径，用遍历法搜索一轮，找出所有通信路径所需时间可能为1.78*32＝56.96小时；但是，测试一轮往往难以保证路径的可靠性，为了得到可靠路径，必须进行多轮测试，如果测试16轮得到可靠路径需要56.96*16＝911.36小时。因此，组网效率特别低，实际应用中无法完成最优路径的探测，也无法保证通信路径的可靠性。

虽然各个厂家对集中器双模本地通信模块装置进行了改进，并对其遍历法进行了优化，如只记忆3条路径(测试中随机得到)，重复测试进行排序，在实际通信中根据成功率进行淘汰和继续搜索补充新路径，但显然这种集中器双模本地通信模块装置很难找到集抄台区中实际存在的最优通信路径。特别是载波通信存在时变性特点，更无法找到最优的契合时段性特点的最优路径。

因此，目前迫切需要一种能够快速地找到可靠的最优通信路径，从而提高组网效率，且使得通信路径稳定可靠的集中器双模本地通信模块装置。

发明内容

本发明旨在提供一种集中器双模本地通信模块装置，通过该集中器双模本地通信模块装置能解决利用路径遍历测试集抄台区存在的测试工作量过大的问题，且能提高组网效率，并且其具有通信路径稳定可靠的优点。

为此，本发明提供一种集中器双模本地通信模块装置，其能够快速地确定整个集抄台区的通信路径，包括电能表档案接收机构，其用于接收集中器下发的集抄台区的电能表档案；搜表机构，其对所述电能表档案接收机构接收到的电能表档案进行搜表，得到所述集抄台区的所有通信节点；通信测试机构，其用于进行所述集抄台区的所有通信节点间的通信测试，该通信测试共进行16轮次；通信信息矩阵生成机构，其用于根据所述16轮次的通信测试的结果生成所述集抄台区的通信节点间的通信信息矩阵表；通信路径确定机构，其用于根据所述通信信息矩阵表确定所述集抄台区的每个通信节点的通信路径。

进一步地，其中，所述通信路径确定机构包括效率通信路径确定机构和可靠通信路径确定机构，所述效率通信路径确定机构用于确定用于所述集抄台区数据采集的通信效率高的28条效率通信路径；所述可靠通信路径确定机构用于确定用于所述集抄台区拉合闸控制的通信成功率高的4条可靠通信路径。

更进一步地，其中，所述通信信息矩阵表包括以下内容：(1)总的节点间测试次数；(2)载波通信测试成功次数；(3)载波通信信号强度；(4)无线通信测试成功次数；(5)无线通信信号强度。

再进一步地，其中，所述效率通信路径确定机构在确定所述效率通信路径时无线通信的权重较大，使得即使在多次重发的状况下，数据采集成功总用时仍然较少。

再更进一步地，其中，所述可靠通信路径确定机构在确定所述可靠通信路径时完全采用双模异步通信，使得在拉合闸控制时每次控制均有最高的成功率。

此外，其中，所述通信测试机构在进行所述集抄台区的所有通信节点间的通信测试时分两阶段进行，第一阶段是在所述搜表机构进行搜表的同时进行共计8轮次的通信测试，第二阶段是在所述搜表机构搜表结束之后再进行共计8轮次的全节点通信测试。

另一方面，其中，所述集中器双模本地通信模块装置进一步包括路径排序机构，其用于依据通信成功率高低对所述28条效率通信路径和4条可靠通信路径进行排序，在实际通信时先使用通信成功率的路径。

本发明所述的集中器双模本地通信模块装置对集抄台区通信节点间进行点对点通信测试，将测试结果汇整成整个集抄台区通信节点间的通信信息矩阵表，利用此矩阵表可计算出集抄台区的所有存在的通信路径并按通信成功率进行排序；且在路径计算中，选择不同的参数，可得到效率路径和可靠路径，分别针对性用于台区数据采集和拉合闸控制，可使台区数据采集效率和拉合闸控制可靠性均较高。

附图说明

图1是本发明的集中器双模本地通信模块装置的示意图。

图2是第一阶段的通信测试的流程图。

图3是第二阶段，即全部节点通信测试阶段的通信测试的流程图。

图4是具有5个通信节点的集抄台区的通信路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

本发明涉及一种能够快速地确定整个集抄台区的最优通信路径的集中器双模本地通信模块装置。如图1所示，该集中器双模本地通信模块装置包括电能表档案接收机构、搜表机构、通信测试机构、通信信息矩阵生成机构和通信路径确定机构。其中，在该集中器上电之后，会下发整个集抄台区的电能表档案，通常为电能表地址，所述电能表档案接收机构则用于接收集中器下发的集抄台区的电能表档案。在所述电能表档案接收机构接收到电能表档案之后，所述搜表机构对所述电能表档案接收机构接收到的电能表档案进行搜表，通过搜表而得到所述集抄台区的所有通信节点。而所述通信测试机构用于进行所述集抄台区的所有通信节点间的通信测试，该通信测试共进行16轮次。所述通信信息矩阵生成机构则用于根据所述16轮次的通信测试的结果生成所述集抄台区的通信节点间的通信信息矩阵表。在得到通信信息矩阵表之后，所述通信路径确定机构根据所述通信信息矩阵表确定所述集抄台区的每个通信节点的通信路径。

为了提高效率，所述通信测试机构在进行所述集抄台区的所有通信节点间的通信测试时分两阶段进行，第一阶段是在所述搜表机构进行搜表的同时进行共计8轮次的通信测试，第二阶段是在所述搜表机构搜表结束之后再进行共计8轮次的节点全速测试，即全节点通信测试。

图2示出了第一阶段的通信测试的流程图。如图2所示，其是在所述搜表机构进行搜表的同时进行通信测试和初始路径确定，即确定那条路径是通的，并将相应结果填入本轮次的通信信息矩阵表中。这种边搜索边通信测试边确定初始路径的方式不用等待搜表结束之后再进行通信测试和初始路径确定，因此效率较高。

如图2所示，集中器上电后将下发电能表档案，通常为电能表地址，接着电能表档案接收机构接收集中器下发的电能表地址，然后搜表机构进行搜表，如果一轮搜表没有结束，则继续进行搜表，如果一轮搜表结束，则通信测试机构开始进行节点间通信测试。如果该轮所搜到的所有节点间的通信测试没有完成，则继续进行通信测试，如果该轮所搜到的所有节点间的通信都已完成，则确定初始通信路径，即哪条路径是通的，并将相关结果填入本轮的通信信息矩阵表。如果所有节点间的初始通信路径未确定完毕，即未确定完毕各个通信路径是否是通的，则继续进行初始通信路径的确定，如果所有节点间的初始通信路径已确定完毕，则第一轮结束，形成该轮的通信信息矩阵表并让搜表计数器加1。接着判断搜表轮次是否大于8次，如果小于8次，则判断集中器下发的电能表档案是否全部搜索完毕，如果全部搜索完毕，则进入第二阶段的节点全速测试阶段，即全部节点测试阶段，如果没有全部搜索完毕，则继续进行搜索；如果大于等于8次，则剔除未找到的电表地址，直接进入第二阶段的节点全速测试阶段。

第一阶段的通信测试共进行8轮次：

第一轮：直招搜表、节点通信测试、路径确定即确定节点间通信是否是通的并形成本轮的通信信息矩阵表；

第二轮：直招搜表、一级中继搜表、节点通信测试、路径确定即确定节点间通信是否是通的并形成本轮的通信信息矩阵表；

第三轮：直招搜表、一级中继搜表、二级中继搜表、节点通信侧试、路径确定即确定节点间通信是否是通的并形成本轮的通信信息矩阵表；

第n轮：直招搜表、一级中继搜表、二级中继搜表、.......、n-1级中继搜表、节点通信测试、路径确定即确定节点间通信是否是通的并形成本轮的通信信息矩阵表。

在第一阶段，搜表、节点通信侧试、路径确定顺序按伦次进行，一直到8轮或下发档案电表全部搜到结束。在该阶段，共进行8个轮次的通信测试，从而形成8个轮次的通信信息矩阵表。

如果在8轮搜表全部结束后仍存在未找到电表，那么双模本地通信模块装置会踢掉未找到的电表地址，当集中器再次抄到此电表时双模本地通信模块装置记忆该电表地址，在节点全速测试阶段和自动运行阶段启动定时搜表功能，进行定时搜表。

边搜表、边通信测试、边路径确定即确定通信路径是否是通的方式虽然效率较高，但是，由于搜表没有结束，因此并没有得到整个抄表台区的所有节点，因此通信路径是不完全的，所以必须进行第二阶段的全部节点通信测试。

图3示出了第二阶段即全部节点通信测试阶段的通信测试的流程图。如图3所示，全部节点通信测试阶段共进行8轮，其过程相同。其中，每轮的过程为：指定一个节点，对集抄台区其余节点进行点对点通信测试，直至第一个节点测试结束；指定第二个节点，对集抄台区其余节点进行点对点通信测试，直至第二个节点测试结束。.......，重复以上过程，直至集抄台区所有节点测试结束，完成第一轮测试，然后确定通信路径即确定通信路径是否是通的，并形成本轮的通信信息矩阵表。重复以上过程，直至8轮测试全部结束。

将第一阶段和第二阶段得到的16个轮次的通信信息矩阵表合成为整个集抄台区的通信信息矩阵总表。所述通信信息矩阵表包括以下内容：(1)总的节点间测试次数；(2)载波通信测试成功次数；(3)载波通信信号强度；(4)无线通信测试成功次数；(5)无线通信信号强度。然后就可以依据通信信息矩阵总表确定最终的通信路径。

由于在整个集抄台区中，有些通信路径是用于数据采集的，有些通信路径是用于拉合闸控制的，因此，优选地，所述通信路径确定机构包括效率通信路径确定机构和可靠通信路径确定机构，所述效率通信路径确定机构用于确定用于所述集抄台区数据采集的通信效率高的28条效率通信路径；所述可靠通信路径确定机构用于确定用于所述集抄台区拉合闸控制的通信成功率高的4条可靠通信路径。实际上可确定的通信路径大于32条，但是，在实际使用中发现，32条通信路径足以保证可靠地进行数据采集和拉合闸控制，因此，选择了32条通信路径。

此外，由于无线通信比载波通信的效率高，所以所述效率通信路径确定机构在确定所述效率通信路径时无线通信的权重较大，使得即使在多次重发的状况下，数据采集成功总用时仍然较少。

而且，由于双模异步通信的可靠性高，所以所述可靠通信路径确定机构在确定所述可靠通信路径时完全采用双模异步通信，使得在拉合闸控制时每次控制均有最高的成功率。

最后，集中器双模本地通信模块装置进一步包括路径排序机构，其用于依据通信成功率高低对所述28条效率通信路径和4条可靠通信路径进行排序，在实际通信时先使用通信成功率的路径。在实际通信时通信路径的切换方法为：1.首先使用第一条路径进行通信，如果连续两次通信不成功，则切换第二条路径进行通信；2.第二条通信路径只使用一次，如果通信不成功，则切换回第一条路径进行通信；3.使用第一条路径进行通信，如果连续两次通信不成功，则切换第三条路径进行通信；4.第三条通信路径只使用一次，如果通信不成功，则切换回第一条路径进行通信......；依次类推，直至切换的通信路径成功率低于30％，则不再继续向下进行路径切换。

下面以具有5个通信节点(包括集中器共6个节点)的集抄台区为例说明本发明的通信信息矩阵表的生成过程和通信路径确定过程。为方便说明，将测试和路径确定分开来说明。

如图4所示，通过搜表共产生了5个通信节点(2、3、4、5、6；1为集中器)。第一步，集中器会与每个通信节点进行点对点通信测试，测试过程的通信采用异步双模方式：即首先发一帧无线测试帧，紧接着再发一帧载波测试帧，最后将测试结果填入矩阵表，得到下表一的结果：

表一

第二步，集中器指定节点2与其余通信节点进行点对点测试，测试结束后将结果填入矩阵表，得到下表二的结果：

表二

第三步，集中器指定节点3与其余通信节点进行点对点测试，测试结束后将结果填入矩阵表，得到下表三的结果：

表三

重复以上过程，直至所有节点点对点测试完成，即完成第一轮测试，形成该轮的通信信息矩阵表如下表四：

表四

重复第一轮的测试过程，共进行16轮测试，最终依据16轮的测试结果得到的总通信信息矩阵表如下表五：

表五

矩阵表说明如下：

1.矩阵表右上部分为下行通信测试结果，左下部分为上行通信测试结果；

2.每个节点的4个内容分别表示为(以带下划线的内容为例)：“8/16”表示载波通信测试16次成功8次；“15/32”表示载波信号质量为15/32；“5/16”表示无线通信测试16次成功5次；“6/32”表示无线信号质量为6/32；

3.“0”表示通信不成功或信号质量为0。

接着，依据上述表五确定通信路径并计算通信路径的成功率。下面以节点6的上、下行可靠路径为例进行说明。

首先查找接点6的下行通信路径，从矩阵表的右上部分查询：从集中器开始(节点1)，与之相通的有节点2；与节点2相通的有节点3、4、5；与节点3没有节点相通；与节点4相通的有节点5、6；与节点5相通的有节点4；因此，最终即可得到节点6的两条下行通信路径为：1-2-4-6，1-2-5-4-6。

两条路径的成功率计算分别如下：

第一条路径1-2-4-6成功率：

(1-(1-8/16)(1—5/16))(1-(1-15/16)(1-16/16))(1-(1-10/16)(1—4/16))＝47.2％

第二条路径1-2-5-4-6成功率：

(1-(1—8/16)(1—5/16))(1-(1—14/16)(1—16/16))(1-(1-14/16)(1-0))(1-(11/16)(1—6/16))＝46.2％

节点6的上行通信路径计算与下行相同，但路径查询需要从矩阵表的左下部分查询。

计算出了各条路径的成功率之后，依照成功率高低对通信路径进行排序，选择相应的成功率高的路径作为效率通信路径和可靠通信路径。

本发明中在计算通信路径的成功率时加入了载波、无线通信信号质量的影响，其中载波、无线通信信号质量的使用时机如下：在集中器三相模块上电运行初期，例如节点间的通信仅测试一轮，此时根据通信信息矩阵表计算的路径结果非常不可靠，因此不能根据计算结果进行路径的排序。但此时如果加入载波、无线的通信信号质量权重，基本可正确对路径进行排序，提高了集中器三相通信模块上电初期路径计算的可靠性。即，在上电运行初期要使用载波、无线通信信号质量。

效率路径的确定应遵循以下原则：1.尽可能采用单模式通信路径；2.在路径成功率相近的情况下，优先选用无线通信路径；3.无线通信路径在计算时，权重比为载波通信的4倍；4.在成功率相近的情况下，优先选用中继级数较少的路径。

而可靠路径的确定应遵循以下原则：1.所有路径均采用双模模式；2.载波、无线路径计算时，权重相同；3.在成功率相近情况下，不考虑中继级数，只选用成功率高的路径；4.在中继级数超过11级的情况下，可进行中继级数压缩，但压缩后的路径成功率不低于成功率最高路径的80％，否则仍保留成功率最高的路径。

本发明的优点在于：1.采用的是对集抄台区通信节点间的点对点测试，减少了对无用中继路径的测试，测试效率大幅提高；2.最终测试结果得到是整个集抄台区的通信节点间的通信信息，实际得到了整个集抄台区的所有通信路径，因此使得找到集抄台区实际存在的最优通信路径成为现实；3.采用不同的路径计算参数，可得到效率路径和可靠路径，使数据采集效率和拉合闸控制可靠性同时得到保证。

仍以一个500个电能表的集抄台区为例。采用采集器模式，形成50个通信节点；假设直招节点为20个，一级节点为10个，二级节点为10个，三级节点为10个；一个节点通信一次平均时间为7秒，用本发明所述的通信信息矩阵表测试一轮所需时间为：7*50*50/3600＝4.86小时。测试16轮所需时间为：4.86*16＝77.78小时，完成16轮测试后，计算得到每个通信节点的32条通信路径(28条效率路径，4条可靠路径)，且包含通信成功率信息(16次的通信成功概率)。实际通信时可按成功率排序优先选用成功率高的路径，即可得到非常好的通信效果。如果用遍历法测试路径，如果每个节点得到32条通信路径就需要测试32次，所需时间为1.78*32＝56.96小时；并且因每条路径仅测试一次，并不包含通信成功率信息，因此无法对32条路径进行排序，实际使用时对路径的选择非常困难。如果想得到每条路径的成功率信息，只能进行重复测试，假设测试16轮，那么测试所需时间为911.36小时，实际现场应用中根本无法实现。因此，本发明具有极高的效率。

具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集中器双模本地通信模块装置，其能够快速地确定整个集抄台区的通信路径，包括：

电能表档案接收机构，其用于接收集中器下发的集抄台区的电能表档案；

搜表机构，其对所述电能表档案接收机构接收到的电能表档案进行搜表，得到所述集抄台区的所有通信节点；

通信测试机构，其用于进行所述集抄台区的通信节点间的通信测试，该通信测试共进行16轮次；

通信信息矩阵生成机构，其用于根据所述通信测试的结果生成所述集抄台区的通信节点间的通信信息矩阵表；

通信路径确定机构，其用于根据所述通信信息矩阵表确定所述集抄台区的每个通信节点的通信路径；

其中，所述通信测试机构在进行所述集抄台区的所有通信节点间的通信测试时分两阶段进行，第一阶段是在所述搜表机构进行搜表的同时进行共计8轮次的通信测试，第二阶段是在所述搜表机构搜表结束之后再进行共计8轮次的全节点通信测试。

2.如权利要求1所述的集中器双模本地通信模块装置，其中，所述通信路径确定机构包括效率通信路径确定机构和可靠通信路径确定机构，所述效率通信路径确定机构用于确定用于所述集抄台区数据采集的通信效率高的28条效率通信路径；所述可靠通信路径确定机构用于确定用于所述集抄台区拉合闸控制的通信成功率高的4条可靠通信路径。

3.如权利要求1所述的集中器双模本地通信模块装置，其中，所述通信信息矩阵表包括以下内容：(1)总的节点间测试次数；(2)载波通信测试成功次数；(3)载波通信信号强度；(4)无线通信测试成功次数；(5)无线通信信号强度。

4.如权利要求1所述的集中器双模本地通信模块装置，其中，所述通信信息矩阵生成机构在每轮次的通信测试之后分别生成一个该轮次的通信信息矩阵表，并且所述通信路径确定机构依据该轮次的通信信息矩阵表确定通信路径。

5.如权利要求4所述的集中器双模本地通信模块装置，其中，所述通信信息矩阵表生成机构在16轮次的通信测试之后生成一个总通信信息矩阵表，并且所述通信路径确定机构也依据该总通信信息矩阵表再次确定通信路径。

6.如权利要求2所述的集中器双模本地通信模块装置，其中，进一步包括路径排序机构，其用于依据通信成功率高低对所述28条效率通信路径和4条可靠通信路径进行排序，在实际通信时先使用通信成功率的路径。