CN105357730B - 一种无线路由方法和无线抄表系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线路由方法，包括：1）根节点逐个向分支节点发送请求数据包，若在超时时间间隔内，分支节点返回应答，则标记为一次可达节点；2）若尚未到达分支节点数为0，转到步骤3）；若尚未到达分支节点数不为0，根节点向所有一次可达节点发送转发请求数据包，设置可以到达的分支节点个数最多的一次可达节点为一级转发节点，其分支节点为二次可达节点；3）按照步骤2）依次执行直至尚未到达分支节点数为0或转发节点数到达最大转发级数N，设置当前路由为最佳路由。本发明的方法和系统可用于电表、水表、气表等多种住宅表的抄表操作，抄表速度快，抄表的成功率高，适应性强，能够满足抄表的实时性等要求。
Description
技术领域
本发明属于测量系统技术领域，具体涉及一种无线路由方法和无线抄表系统。
背景技术
目前，在水表、电表、天然气表等智能集抄领域，自动抄表系统大量采用有线抄表技术，包括：（1）利用电力载波技术实现自动抄表。这种技术抄表速度较慢，电力线易受杂波影响，抄表的成功率不高，适应性较差，容易形成“通信孤岛”，不能满足抄表的实时性、可靠性等要求。（2）基于RS232或RS485等技术构建的有线通信网络存在构网复杂、难以部署、可维护性差等问题。而无线局域网、个域网等通信技术，包括：WiFi、Zigbee、WirelessHart等，虽然设备与运营费能满足要求，且具有组网能力；但存在点对点通信距离近、为了实现组网而必需的中继节点无法部署（通信节点只能部署在表计设备中）等问题。无线射频频段在1GHz以下的短距离无线数传模块点对点通信距离远，且速率能满足要求，但本身不具备组网能力，必须在控制该类模块的嵌入式软件中实现合适的路由组网协议。这是本发明将要解决的问题。在集抄领域，表计设备的部署位置通常不是均匀分布或圆环状分布的，很多情况下是“带状”分布的，这些特点对无线路由方式提出了特殊要求。
同时，该路由组网协议仍需要兼顾并兼容原有的各种有线通信网络。而其中部分有线通信网络（例如基于RS232或者RS485等构建的网络）通常采用级联方式，即下行命令数据是从中心节点一级一级向下传递的，而底层节点的上行响应数据则按照相反的方向，一级一级向上传递。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于抄表系统的无线路由方法和无线抄表系统，本发明避免了现有有线抄表技术和无线局域网、个域网等通信技术存在的问题，同时有效解决了1GHz以下的短距离无线数传模块无法组网的技术问题，还充分考虑了集抄领域表计设备部署时物理位置成“带状”分布的特点，以及兼容现有有线通信网络的数据交互特点。本发明的目的是以下述方式实现的：
一种无线路由方法，包括如下步骤：
步骤一：根节点根据当前配置的分支节点数，逐个向分支节点发送请求数据包，并设置一无转发超时时间间隔等待分支节点返回应答数据包，如果在所述无转发超时时间间隔内，分支节点返回应答数据包，则标记为一次可达节点；
步骤二：根节点查找根节点尚未到达的分支节点，若尚未到达分支节点数为0，转到步骤十一；若尚未到达分支节点数不为0，设置一次可达节点列表中第一个一次可达节点为一级转发节点，转到步骤三；
步骤三：根节点向第一个一次可达节点发送转发请求数据包到所有尚未到达的分支节点，并设置一一次转发超时时间间隔等待应答；
步骤四：在所述一次转发超时时间间隔内，当根节点收到第一个一次可达节点转发的分支节点的应答数据包时，记录该可达分支节点并将该一次可达节点的可达分支节点数加1；
步骤五：对其余的一次可达节点，依次执行步骤三和四，若当前一次可达节点的可达分支节点数大于当前一级转发节点的可达分支节点数，设置当前一次可达节点为一级转发节点，设置一级转发节点可达的分支节点为二次可达节点；
步骤六：根节点查找根节点、一级转发节点尚未到达的分支节点，若尚未到达分支节点数为0，转到步骤十一；若尚未到达分支节点数不为0，设置二次可达节点列表中第一个二次可达节点为二级转发节点，转到步骤七；
步骤七：根节点通过一级转发节点向第一个二次可达节点发送转发请求数据包到所有尚未到达的分支节点，并设置一二次转发超时时间间隔等待应答；
步骤八：在所述二次转发超时时间间隔内，当根节点收到第一个二次可达节点转发的分支节点的应答数据包时，记录该可达分支节点并将该二次可达节点的可达分支节点数加1；
步骤九：对其余的二次可达节点，依次执行步骤七和八，若当前二次可达节点的可达分支节点数大于当前二级转发节点的可达分支节点数，设置当前二次可达节点为二级转发节点，设置二级转发节点可达的分支节点为三次可达节点；
步骤十：按照上述步骤依次执行直至尚未到达分支节点数为0或转发节点数到达最大转发级数N；
步骤十一：根节点设置当前路由为最佳路由，记录转发节点数和尚未到达分支节点数。
根节点根据路由更新时间间隔，重复执行步骤一至十，并按照下述方法判断是否使用当前路由更新最佳路由：
A）判断先前路由的转发节点数是否少于等于当前路由的转发节点数，若是，设置当前路由为最佳路由，并更新转发节点数和尚未到达分支节点数；若否，转到步骤B）；
B）尝试使用先前最佳路由是否可以到达所有的节点，若是，不更新最佳路由；若否，设置当前路由为最佳路由，并更新转发节点数和尚未到达分支节点数。
当根节点尝试使用先前最佳路由是否可以到达所有的节点时，根节点向一次可达节点发送请求数据包，通过n级转发节点向n+1次可达节点发送转发请求数据包，通过根节点向不可达节点发送请求数据包，通过一级至n级转发节点向不可达节点发送转发请求数据包，并设置相应的时间间隔等待应答数据包，n为转发节点数。
当根节点在所述超时时间间隔内，没有收到尚未到达的分支节点的应答数据包时，根节点向该分支节点再次尝试发送。
优选地，根节点向尚未到达的分支节点发送请求数据包的最大尝试次数为3次。
当转发节点数n=0时，每个一次可达节点记录根节点作为上级转发节点；当n>0时，每个n+1次可达节点记录n级转发节点作为上级转发节点。
当转发节点数n=1时，每个一级转发节点记录二级可达节点列表，并记录根节点作为上级转发节点；当n>1时，每个n级转发节点记录n+1级可达分支节点列表，并记录n-1级转发节点作为上级转发节点。
优选地，最大转发级数N≤6。
一种采用上述的路由方法的无线抄表系统，包括抄表中心、根节点和分支节点，所述抄表中心和根节点间通过GPRS网络通信，所述根节点和分支节点通过上述的路由方法建立最佳路由，所述抄表中心负责向根节点发出抄表指令，并接收并管理从根节点传来的数据；所述根节点为设置在一定空间位置的数据集中器，负责接收抄表中心的抄表指令，通过最佳路由发送给各分支节点，接收各分支节点的表端数据并上传给抄表中心；所述分支节点为设置数据采集模块和无线通信模块的电表端，所述分支节点负责接收抄表指令并向根节点上传表端数据。
所述根节点和分支节点间通过无线射频频段在1GHz以下的短距离无线数传模块通信。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的方法和系统可用于电表、水表、气表等多种住宅表的抄表操作。本发明提供了一种用于抄表系统的无线路由方法，可以迅速的建立多个电表与集中器的路由连接，而且，每个电表都可以维护针对集中器的上一跳转发节点的上行路由，集中器维护针对所有分支节点的唯一的通路，应用本发明无线路由方法的抄表系统，抄表速度快，抄表的成功率高，适应性强，能够满足抄表的实时性等要求。
附图说明
图1是本发明的各节点的网络拓扑示例图。
图2是根据本发明的无线路由方法得出的当前最佳路由。
具体实施方式
本发明的各节点的网络拓扑示例图如图1所示，一种无线抄表系统，包括抄表中心、根节点和分支节点，所述抄表中心和根节点间通过GPRS网络通信，所述根节点和分支节点通过上述路由方法建立最佳路由，所述抄表中心负责向根节点发出抄表指令，并接收并管理从根节点传来的数据；所述根节点为设置在一定空间位置的数据集中器，负责接收抄表中心的抄表指令，通过最佳路由发送给各分支节点，接收各分支节点的表端数据并上传给抄表中心；所述分支节点为设置数据采集模块和无线通信模块的电表端，所述分支节点负责接收抄表指令并向根节点上传表端数据。
根节点和分支节点间通过无线射频频段在1GHz以下的短距离无线数传模块通信。
一种无线路由方法，包括如下步骤：
步骤一：根节点（节点0）根据当前配置的分支节点数（节点1至8），逐个向分支节点（节点1至8）发送请求数据包，并设置一无转发超时时间间隔等待分支节点（节点1至8）返回应答数据包，如果在所述无转发超时时间间隔内，分支节点返回应答数据包，则标记为一次可达节点（节点1、2、3为一次可达节点）；
步骤二：根节点（节点0）查找根节点尚未到达的分支节点（节点4至8），若尚未到达分支节点数为0，转到步骤十一；若尚未到达分支节点数不为0，设置一次可达节点列表中第一个一次可达节点为一级转发节点，转到步骤三；
步骤三：根节点向第一个一次可达节点（节点1）发送转发请求数据包到所有尚未到达的分支节点（节点4至8），并设置一一次转发超时时间间隔等待应答；
步骤四：在所述一次转发超时时间间隔内，当根节点收到第一个一次可达节点转发的分支节点的应答数据包时，记录该可达分支节点并将该一次可达节点的可达分支节点数加1（节点1的可达分支节点数为0，可达分支节点列表为空）；
步骤五：对其余的一次可达节点，依次执行步骤三和四，若当前一次可达节点的可达分支节点数大于当前一级转发节点的可达分支节点数时，设置当前一次可达节点为一级转发节点，（节点2的可达分支节点数为2，节点3的可达分支节点数为1，因此设置节点2为最终一级转发节点），设置一级转发节点可达的分支节点为二次可达节点（节点4和5）；
步骤六：根节点（节点0）查找根节点、一级转发节点尚未到达的分支节点（6至8），若尚未到达分支节点数为0，转到步骤十一；若尚未到达分支节点数不为0，设置二次可达节点列表中第一个二次可达节点为二级转发节点，转到步骤七；
步骤七：根节点通过一级转发节点向第一个二次可达节点（节点4）发送转发请求数据包到所有尚未到达的分支节点（节点6至8），并设置一二次转发超时时间间隔等待应答；
步骤八：在所述二次转发超时时间间隔内，当根节点收到第一个二次可达节点转发的分支节点的应答数据包时，记录该可达分支节点并将该二次可达节点的可达分支节点数加1（节点4的可达分支节点数为1，可达分支节点列表为7）；
步骤九：对其余的二次可达节点，依次执行步骤七和八，若当前二次可达节点的可达分支节点数大于当前二级转发节点的可达分支节点数，设置当前二次可达节点为二级转发节点，（节点4的可达分支节点数为1，节点5的可达分支节点数为2，因此设置节点5为最终二级转发节点），设置二级转发节点可达的分支节点为三次可达节点（节点6和7）；
步骤十：按照上述步骤依次执行直至尚未到达分支节点数为0或转发节点数到达最大转发级数N；
步骤十一：根节点设置当前路由为最佳路由，记录转发节点数和尚未到达分支节点数（由此得出当前最佳路由如图2所示）。
根节点根据路由更新时间间隔，重复执行步骤一至十，并按照下述方法判断是否使用当前路由更新最佳路由：
A）判断先前路由的转发节点数是否少于等于当前路由的转发节点数，若是，设置当前路由为最佳路由，并更新转发节点数和尚未到达分支节点数；若否，转到步骤B）；
B）尝试使用先前最佳路由是否可以到达所有的节点，若是，不更新最佳路由；若否，设置当前路由为最佳路由，并更新转发节点数和尚未到达分支节点数。
当根节点尝试使用先前最佳路由是否可以到达所有的节点时，根节点向一次可达节点发送请求数据包，通过n级转发节点向n+1次可达节点发送转发请求数据包，通过根节点向不可达节点发送请求数据包，通过一级至n级转发节点向不可达节点发送转发请求数据包，并设置相应的时间间隔等待应答数据包，n为转发节点数。
以最大转发级数N=2为例，关于当前路由和先前路由的比较算法如下：
（一）当前路由为2级路由
不管先前路由为2级路由、1级转发路由、直接可达路由，均把当前路由作为最佳路由。
（二）当前路由为1级路由
①先前路由为2级路由，则尝试使用先前路由是否可以到达所有的节点，如果可以到达所有的节点，则把先前路由作为最佳路由；如果存在部分节点不可达，则把当前路由作为最佳路由。
②先前路由为1级路由或者直接可达路由，则把当前路由作为最佳路由。
（三）当前路由为直接可达路由
①先前路由为2级路由，则尝试使用先前路由是否可以到达所有的节点，如果可以到达所有的节点，则把先前路由作为最佳路由；如果存在部分节点不可达，则把当前路由作为最佳路由。
②先前路由为1级路由，则尝试使用先前路由是否可以到达所有的节点，如果可以到达所有的节点，则把先前路由作为最佳路由；如果存在部分节点不可达，则把当前路由作为最佳路由。
③先前路由为直接可达路由，则把当前路由作为最佳路由。
当根节点在上述超时时间间隔内，没有收到尚未到达的分支节点的应答数据包时，根节点向该分支节点再次尝试发送。优选地，根节点向尚未到达的分支节点发送请求数据包的最大尝试次数为3次。
当转发节点数n=0时，每个一次可达节点记录根节点作为上级转发节点；当n>0时，每个n+1次可达节点记录n级转发节点作为上级转发节点。
当转发节点数n=1时，每个一级转发节点记录二级可达节点列表，并记录根节点作为上级转发节点；当n>1时，每个n级转发节点记录n+1级可达分支节点列表，并记录n-1级转发节点作为上级转发节点。
本发明每个节点的状态有两个：路由更新状态和转发数据状态。定期进行路由表的更新，此时不能实现数据的转发。在进行数据转发时也不能执行路由表的更新。
本发明考虑到节点位置固定，且会发生某两点间无线通道临时可用，但长期不通的情况，路由表更新采取了“保守策略”，即当更新的路由表项经过点的个数少于原有针对该最终节点的路由表项中间点个数时，如果原来的路由表项可用，则仍然使用原来的。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种无线路由方法，其特征在于,包括如下步骤：
步骤一：根节点根据当前配置的分支节点数，逐个向分支节点发送请求数据包，并设置一无转发超时时间间隔等待分支节点返回应答数据包，如果在所述无转发超时时间间隔内，分支节点返回应答数据包，则标记为一次可达节点；
步骤二：根节点查找根节点尚未到达的分支节点，若尚未到达分支节点数为0，转到步骤十一；若尚未到达分支节点数不为0，设置一次可达节点列表中第一个一次可达节点为一级转发节点，转到步骤三；
步骤三：根节点向第一个一次可达节点发送转发请求数据包到所有尚未到达的分支节点，并设置一一次转发超时时间间隔等待应答；
步骤四：在所述一次转发超时时间间隔内，当根节点收到第一个一次可达节点转发的分支节点的应答数据包时，记录该所述可达节点并将该一次可达节点的可达分支节点数加1；
步骤五：对其余的一次可达节点，依次执行步骤三和四，若当前一次可达节点的可达分支节点数大于当前一级转发节点的可达分支节点数，设置当前一次可达节点为一级转发节点，设置一级转发节点可达的分支节点为二次可达节点；
步骤六：根节点查找根节点、一级转发节点尚未到达的分支节点，若尚未到达分支节点数为0，转到步骤十一；若尚未到达分支节点数不为0，设置二次可达节点列表中第一个二次可达节点为二级转发节点，转到步骤七；
步骤七：根节点通过一级转发节点向第一个二次可达节点发送转发请求数据包到所有尚未到达的分支节点，并设置一二次转发超时时间间隔等待应答；
步骤八：在所述二次转发超时时间间隔内，当根节点收到第一个二次可达节点转发的分支节点的应答数据包时，记录该可达分支节点并将该二次可达节点的可达分支节点数加1；
步骤九：对其余的二次可达节点，依次执行步骤七和八，若当前二次可达节点的可达分支节点数大于当前二级转发节点的可达分支节点数，设置当前二次可达节点为二级转发节点，设置二级转发节点可达的分支节点为三次可达节点；
步骤十：按照上述步骤依次执行直至尚未到达分支节点数为0或转发节点数到达最大转发级数N；
步骤十一：根节点设置当前路由为最佳路由，记录转发节点数和尚未到达分支节点数;
根节点根据路由更新时间间隔，重复执行步骤一至十，并按照下述方法判断是否使用当前路由更新最佳路由：
A:判断先前路由的转发节点数是否少于等于当前路由的转发节点数，若是，设置当前路由为最佳路由，并更新转发节点数和尚未到达分支节点数；若否，转到步骤B）；
B:尝试使用先前最佳路由是否可以到达所有的节点，若是，不更新最佳路由；若否，设置当前路由为最佳路由，并更新转发节点数和尚未到达分支节点数；
上述无线路由方法，其特征在于：当根节点尝试使用先前最佳路由是否可以到达所有的节点时，根节点向一次可达节点发送请求数据包，通过n级转发节点向n+1次可达节点发送转发请求数据包，通过根节点向不可达节点发送请求数据包，通过一级至n级转发节点向不可达节点发送转发请求数据包，并设置相应的时间间隔等待应答数据包，n为转发节点数；
当根节点在所述超时时间间隔内，没有收到尚未到达的分支节点的应答数据包时，根节点向该分支节点再次尝试发送；
根节点向尚未到达的分支节点发送请求数据包的最大尝试次数为3次。
2.根据权利要求1所述的一种无线路由方法，其特征在于：当转发节点数n=0时，每个一次可达节点记录根节点作为上级转发节点；当n>0时，每个n+1次可达节点记录n级转发节点作为上级转发节点。
3.根据权利要求1或2所述的一种无线路由方法，其特征在于：当转发节点数n=1时，每个一级转发节点记录二级可达节点列表，并记录根节点作为上级转发节点；当n>1时，每个n级转发节点记录n+1级可达分支节点列表，并记录n-1级转发节点作为上级转发节点。
4.根据权利要求1或2所述的一种无线路由方法，其特征在于：最大转发级数N≤6。
5.一种采用权利要求1至4任一所述的方法的无线抄表系统，其特征在于：包括抄表中心、根节点和分支节点，所述抄表中心和根节点间通过GPRS网络通信，所述根节点和分支节点通过权利要求1至4任一所述的方法建立最佳路由，
所述抄表中心负责向根节点发出抄表指令，并接收并管理从根节点传来的数据；
所述根节点为设置在一定空间位置的数据集中器，负责接收抄表中心的抄表指令，通过最佳路由发送给各分支节点，接收各分支节点的表端数据并上传给抄表中心；
所述分支节点为设置数据采集模块和无线通信模块的电表端，所述分支节点负责接收抄表指令并向根节点上传表端数据。
6.根据权利要求5所述的一种无线抄表系统，其特征在于：所述根节点和分支节点间通过无线射频频段在1GHz以下的短距离无线数传模块通信。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20160224 Assignee: NEWCAPEC ELECTRONICS CO., LTD. Assignor: Song Jidong|Wang Baojin|Ren Jiashun|Song Xiangdong Contract record no.: 2016410000003 Denomination of invention: Wireless routing method and wireless meter-reading system License type: Exclusive License Record date: 20160309 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Shang Weiguo Inventor after: Fu Changshun Inventor after: Yang Changkun Inventor after: Yuan Shengbing Inventor after: Han Xue Inventor after: Chang Haimeng Inventor after: Li Junyan Inventor before: Song Jidong Inventor before: Wang Baojin Inventor before: Ren Jiashun Inventor before: Song Xiangdong |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170821 Address after: 450001 No. 18, Chun Ying Street, hi tech Industrial Development Zone, Henan, Zhengzhou Applicant after: NEWCAPEC ELECTRONICS CO., LTD. Address before: 450000 No. 12, building 48, 4 Wenhua Road, Jinshui District, Henan, Zhengzhou Applicant before: Song Jidong Applicant before: Wang Baojin Applicant before: Ren Jiashun Applicant before: Song Xiangdong |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |