CN104408903B - 一种微功率无线抄表方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微功率无线抄表方法，1)集中器开始抄表时，其选择路径进行组网；2)在组网时，中心节点先判断路由表中是否保存有针对该子节点的未试探过的路径，若存在，则判断这些路径中是否存在上一个与该子节点相关的事务中曾经成功试探过的路径，如果不存在，则选择上次使用路径，并使用此路径试探节点，如果存在，则选择未试探过的权值最高的路径，并使用该路径试探节点；4)判断试探是否成功，若试探成功，则查看此次通信所用路径是否保存在路由表中，已保存在路由表中，则更新该路径的权值；未保存在路由表中，则用该路径替换路由表中权值最小的路径；5)若路径试探成功，开始路由抄表。自动维护效果良好，实现了无线抄表。
Description
技术领域
本发明属于微功率无线抄表技术，涉及一种微功率无线抄表方法。
背景技术
随着科学应用技术的飞速发展，在电力抄表领域，已出现了多种抄表方案并存的现状，如传统人工抄表，租用电话线抄表，低压电力载波抄表，光纤抄表等，但这些抄表方式都存在着各自的缺陷。传统抄表方式人工挨家挨户抄取电能表数据，不可避免地会造成统计数据不准确，无法真实反映用户用电情况；操作难以规范化，造成不明损失增加；且耗费人工多，成本高，效率低。显然，人工抄表管理模式也无法满足诸如分时电价运营、预支电费等先进管理模式的推行。租用电话线抄表是利用现成的电话网络，只需在数据的发出和接收端分别加装调制解调器(MODEM)。该方法的数据传输率较高且可靠性好，一次性投资小。但不足是线路接通时间较长，当集中器数已较多时，集中器到控制中心的通信效率将明显降低。另外，若租用电话线路多，其租用费也很可观，因此不适合大容量系统。低压电力载波是利用低压电力线作为抄表的数据传输通道。电力载波直接利用配电线网络，免去了租用线路或占用频段等问题，降低了抄表成本。但电力线传输所存在明显的缺点就是噪声大和安全性低的问题。电力系统的基础设施并不具备提供高质量数据传输服务的功能，而且，使用电力线来进行通信经常会发生一些不可预知的错误。家庭电器产生的电磁波也会对通信产生干扰。光纤通信抄表具有频带宽、传输速率高、传输距离远以及抗干扰性强等特点。但因其安装结构受限制且成本高，故也不适合在电力抄表系统中使用。微功率无线抄表技术就是在技术与管理两方面急待进步、改革的迫切需求下逐渐发展起来的。微功率无线抄表系统，是指将无线传输作为电力抄表通信方式的抄表系统。
微功率无线自组网采用微功率无线通信技术，将电能表与集中器、采集器组成一个远程抄表系统。但在实际应用中，因各种原因使有些节点路由失效或通过路由路径无法与该节点进行通信。此时使用路由抄表是失败的。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种使用路由成本优化技术的微功率无线抄表方法，建立了有效的路由成本优化机制，自动维护效果良好，环境适应能力强，实现了无线抄表。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种微功率无线抄表方法，包括以下步骤：
1)集中器中心节点开始抄表时，集中器的主模块开始选择路径进行组网；
2)在组网时，集中器的主模块开始选择子节点的某一路由进行组网，当选择的路由有效时，直接进行组网，当子节点的某一路由失效时，中心节点开始针对某子节点进行路径选择；
3)中心节点开始针对某子节点进行路径选择时，中心节点先判断路由表中是否保存有针对该子节点的未试探过的路径，若路由表中保存有未试探过的路径，则判断这些路径中是否存在在上一个与该子节点相关的事务中曾经成功试探过的路径，如果不存在该路径，则选择上次使用路径，并使用上次使用路径试探节点，如果存在，则选择未试探过的权值最高的路径，并使用未试探过的权值最高的路径试探节点；若路由表中没有保存未试探过的路径，则路由表中保存的路径都已经试探过，此时则根据层次优先，兼顾场强的原则计算与保存的试探路径完全不相同的路径；
4)使用上次使用路径试探节点或使用未试探过的权值最高的路径试探节点后，判断试探是否成功，若试探成功，则查看此次通信所用路径是否保存在路由表中，已保存在路由表中，则更新该路径的权值；未保存在路由表中，则用该路径替换路由表中权值最小的路径；若试探不成功，查看路径试探尝试次数是否超标，已超标，则整个路径试探的过程结束，路径试探失败；未超标，则从头开始路径试探的过程；
5)若路径试探成功，则中心节点找到目标地址的路由路径，开始路由抄表。
根据层次优先，兼顾场强的原则计算与保存的试探路径完全不相同的路径，其计算结果有两种：
结果一：能够计算出与保存的路径完全不相同的路径，则使用计算出的路径试探节点，并执行步骤4)；
结果二：不能够计算出与保存的路径完全不相同的路径，则根据层次优先、兼顾场强的原则计算与保存的试探路径相同节点较少的路径，该计算也有两种结果：
结果一：能够计算出与保存路径相同节点较少的路径，则使用此路径试探节点；
结果二：不能够计算出与保存的路径相同节点较少的路径，此时整个路径选择的过程结束，路径试探失败。
层次优先的原则包括：(1)当中心节点有发起传输的需求时，从路由表中选择最优路径供传输使用；(2)中心节点需维护路由表中各路径的通信成功率；(3)中心节点通过发送配置子节点帧对子节点进行配置时，所下发的多条路径，按路径从优到劣在帧中从前往后排；
兼顾场强的原则包括：NLME进行场强收集，依次对各个节点执行场强收集，节点的邻居场强是通过构造并发送场强收集命令帧然后接收场强收集应答帧来获取，其中，子节点的场强信息分作多页存储，中心节点先收集第0页，目标子节点在回复的场强应答帧中包含场强表总页数及当前页数信息，中心节点根据这些信息判断是否需要继续对其执行收集场强操作；中心节点在各已收集节点的邻居场强信息中进行查询，筛选出属于本网络的节点并加入邻居场强表中；每一层次的子节点的场强收集完成后，开始针对此层次子节点的路径计算及参数配置；当邻居场强表中已不存在未执行场强收集的子节点或层次数已大于7时，此阶段结束。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的微功率无线抄表方法，使用此抄表方法，避免了抄表人员笔误或字迹的潦草而使电表数据与实际不符，有其他抄表方式所无法比拟的客观性、准确性。现场使用微功率无线抄表方案，无线集中器可自动维护所属的采集器和电能表，自动组网，自动维护效果良好，环境适应能力强。日冻结电量一次抄表成功率100％，抄表速度快，平均点抄时间小于5秒，能良好满足抄表业务需求，组网迅速，200个节点组网时间小于20分钟。抄表人员无需靠近危险地区，很大程序地减轻了抄表人员的工作强度。此外，将微功率无线抄表系统应用于水表、气表以及其它有脉冲输出的表，也正在被广泛地注视与研究。可以预见，随着无线通讯技术的迅猛发展，全面实现无线抄表将成为必然趋势。
附图说明
图1为本发明提供的微功率无线抄表方法流程图；
图2为本发明提供的微功率无线抄表方法应用的系统图；
图3为本发明提供的微功率无线抄表方法中的微功率无线通讯模块示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种微功率无线抄表方法，包括以下步骤：
1)集中器中心节点开始抄表时，集中器的主模块开始选择路径进行组网；
2)在组网时，集中器的主模块开始选择子节点的某一路由进行组网，当选择的路由有效时，直接进行组网，当子节点的某一路由失效时，中心节点开始针对某子节点进行路径选择；即就是当中心节点因某事务开始针对某子节点进行路径选择时。
3)中心节点开始针对某子节点进行路径选择时，中心节点先判断路由表中是否保存有针对该子节点的未试探过的路径，若路由表中保存有未试探过的路径，则判断这些路径中是否存在在上一个与该子节点相关的事务中曾经成功试探过的路径，如果不存在该路径，则选择上次使用路径，并使用上次使用路径试探节点，如果存在，则选择未试探过的权值最高的路径，并使用未试探过的权值最高的路径试探节点；若路由表中没有保存未试探过的路径，则路由表中保存的路径都已经试探过，此时则根据层次优先，兼顾场强的原则计算与保存的试探路径完全不相同的路径；其计算结果有两种：
结果一：能够计算出与保存的路径完全不相同的路径，则使用计算出的路径试探节点，并执行步骤4)；
结果二：不能够计算出与保存的路径完全不相同的路径，则根据层次优先、兼顾场强的原则计算与保存的试探路径相同节点较少的路径，该计算也有两种结果：
结果一：能够计算出与保存路径相同节点较少的路径，则使用此路径试探节点；
结果二：不能够计算出与保存的路径相同节点较少的路径，此时整个路径选择的过程结束，路径试探失败。
4)使用上次使用路径试探节点或使用未试探过的权值最高的路径试探节点后，判断试探是否成功，若试探成功，则查看此次通信所用路径是否保存在路由表中，已保存在路由表中，则更新该路径的权值；未保存在路由表中，则用该路径替换路由表中权值最小的路径；若试探不成功，查看路径试探尝试次数是否超标，已超标，则整个路径试探的过程结束，路径试探失败；未超标，则从头开始路径试探的过程；
5)若路径试探成功，则中心节点找到目标地址的路由路径，开始路由抄表。
具体的，层次优先的原则包括：(1)当中心节点有发起传输的需求时，从路由表中选择最优路径供传输使用；(2)中心节点需维护路由表中各路径的通信成功率；(3)中心节点通过发送配置子节点帧对子节点进行配置时，所下发的多条路径，按路径从优到劣在帧中从前往后排；
兼顾场强的原则包括：NLME进行场强收集，依次对各个节点执行场强收集，节点的邻居场强是通过构造并发送场强收集命令帧然后接收场强收集应答帧来获取，其中，子节点的场强信息分作多页存储，中心节点先收集第0页，目标子节点在回复的场强应答帧中包含场强表总页数及当前页数信息，中心节点根据这些信息判断是否需要继续对其执行收集场强操作；中心节点在各已收集节点的邻居场强信息中进行查询，筛选出属于本网络的节点并加入邻居场强表中；每一层次的子节点的场强收集完成后，开始针对此层次子节点的路径计算及参数配置；当邻居场强表中已不存在未执行场强收集的子节点或层次数已大于7时，此阶段结束。
以上，在组网过程中，中心节点(即主节点)通过选择最佳路径与子节点(即微功率无线通信单元)进行组网，所有数据通过微功率无线通信单元进行传输，集中器通过无线信道抄收电能表数据，下发报文，集中器数据通过GPRS方式将数据发送到SG186主站系统，从而完成抄表。
抄表的具体流程为：集中器中心节点开始抄表，中心节点开始判断是否找到目标地址的路由路径，若找到路由路径，开始路由抄表。使用此抄表方法，避免了抄表人员笔误或字迹的潦草而使电表数据与实际不符，有其他抄表方式所无法比拟的客观性、准确性。现场使用微功率无线抄表方案，无线集中器可自动维护所属的采集器和电能表，自动组网，自动维护效果良好，环境适应能力强。日冻结电量一次抄表成功率100％，抄表速度快，平均点抄时间小于5秒，能良好满足抄表业务需求，组网迅速，200个节点组网时间小于20分钟。抄表人员无需靠近危险地区，很大程序地减轻了抄表人员的工作强度。此外，将微功率无线抄表系统应用于水表、气表以及其它有脉冲输出的表，也正在被广泛地注视与研究。可以预见，随着无线通讯技术的迅猛发展，全面实现无线抄表将成为必然趋势。
进一步地，参见图2、图3，本发明还提供了一种供微功率无线抄表使用的微功率无线通信单元，其广泛应用于电能表数据的采集，监控领域。本微功率无线通信单元自组网通信是一种新型的无线自组网通信传输系统(如图2)，其工作于470MHz-510MHz，属于微功率免申请计量频段，无需额外授权费用或网络第三方支持，其支持10组共30个频点的频率空间复用及跳频技术，提高了频率利用效率和网络扩展性。
在无线自组网的过程中，运用了路由成本优化技术。由此微功率无线通信单元组成的无线网络支持多级中继连接，电能表上的微功率无线通信单元组网过程中路径选择多样，建立了有效的路由成本优化机制。此无线网络依据节点间通信信号强弱情况、频道噪声特性等参数，综合考虑量化成本，在多个路径中选择成本最低的路径。
使用此种微功率无线通信单元，在组网的过程中，选择路径最短，成本最低的路径，使通信更稳定，更高效。组网更快捷，支持信道扫描，实现跳频通信，抗干扰能力强；自动优化和维护路由网络，无需要人工干预，安装维护成本低。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种微功率无线抄表方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)集中器中心节点开始抄表时，集中器的主模块开始选择路径进行组网；
2)在组网时，集中器的主模块开始选择子节点的某一路由进行组网，当选择的路由有效时，直接进行组网，当子节点的某一路由失效时，中心节点开始针对某子节点进行路径选择；
3)中心节点开始针对某子节点进行路径选择时，中心节点先判断路由表中是否保存有针对该子节点的未试探过的路径，若路由表中保存有未试探过的路径，则判断这些路径中是否存在在上一个与该子节点相关的事务中曾经成功试探过的路径，如果不存在该路径，则选择上次使用路径，并使用上次使用路径试探节点，如果存在，则选择未试探过的权值最高的路径，并使用未试探过的权值最高的路径试探节点；若路由表中没有保存未试探过的路径，则路由表中保存的路径都已经试探过，此时则根据层次优先，兼顾场强的原则计算与保存的试探路径完全不相同的路径；
层次优先的原则包括：(1)当中心节点有发起传输的需求时，从路由表中选择最优路径供传输使用；(2)中心节点需维护路由表中各路径的通信成功率；(3)中心节点通过发送配置子节点帧对子节点进行配置时，所下发的多条路径，按路径从优到劣在帧中从前往后排；
4)使用上次使用路径试探节点或使用未试探过的权值最高的路径试探节点后，判断试探是否成功，若试探成功，则查看此次通信所用路径是否保存在路由表中，已保存在路由表中，则更新该路径的权值；未保存在路由表中，则用该路径替换路由表中权值最小的路径；若试探不成功，查看路径试探尝试次数是否超标，已超标，则整个路径试探的过程结束，路径试探失败；未超标，则从头开始路径试探的过程；
5)若路径试探成功，则中心节点找到目标地址的路由路径，开始路由抄表。
2.根据权利要求1所述的微功率无线抄表方法，其特征在于，根据层次优先，兼顾场强的原则计算与保存的试探路径完全不相同的路径，其计算结果有两种：
结果一：能够计算出与保存的路径完全不相同的路径，则使用计算出的路径试探节点，并执行步骤4)；
结果二：不能够计算出与保存的路径完全不相同的路径，则根据层次优先、兼顾场强的原则计算与保存的试探路径相同节点较少的路径，该计算也有两种结果：
结果一：能够计算出与保存路径相同节点较少的路径，则使用此路径试探节点；
结果二：不能够计算出与保存的路径相同节点较少的路径，此时整个路径选择的过程结束，路径试探失败。
3.根据权利要求1所述的微功率无线抄表方法，其特征在于，兼顾场强的原则包括：NLME进行场强收集，依次对各个节点执行场强收集，节点的邻居场强是通过构造并发送场强收集命令帧然后接收场强收集应答帧来获取，其中，子节点的场强信息分作多页存储，中心节点先收集第0页，目标子节点在回复的场强应答帧中包含场强表总页数及当前页数信息，中心节点根据这些信息判断是否需要继续对其执行收集场强操作；中心节点在各已收集节点的邻居场强信息中进行查询，筛选出属于本网络的节点并加入邻居场强表中；每一层次的子节点的场强收集完成后，开始针对此层次子节点的路径计算及参数配置；当邻居场强表中已不存在未执行场强收集的子节点或层次数已大于7时，此阶段结束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A micro power wireless meter reading method Effective date of registration: 20210624 Granted publication date: 20180216 Pledgee: Xi'an investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN RUNWEI MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2021610000165 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220628 Granted publication date: 20180216 Pledgee: Xi'an investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN RUNWEI MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2021610000165 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A micro power wireless meter reading method Effective date of registration: 20220701 Granted publication date: 20180216 Pledgee: Xi'an investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN RUNWEI MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022610000369 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20180216 Pledgee: Xi'an investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN RUNWEI MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022610000369 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Micropower Wireless Meter Reading Method Granted publication date: 20180216 Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN RUNWEI MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2024980008692 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |