CN105590430B - 一种多路径微功率无线抄表方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路径微功率无线抄表方法和系统，其中，该方法包括：各节点建立自己的邻居节点表；集中器节点获取各节点的邻居节点表；集中器节点根据各节点的邻居节点表，建立从自身到任意目的节点的多条路径；集中器节点根据所述多条路径，确定从自身到目的节点的传输路径，并通过传输路径向所述目的节点发送抄表信息。本发明的多路径微功率无线抄表方法，通过在每个智能电表节点上建立邻居节点表，在集中器节点上建立全网邻居节点表，并定义了各个邻居节点表的维护方法，实现了集中器与每个智能电表之间的多条互为备份的路径，提高了集中器对智能电表执行抄读的成功率。

Description

一种多路径微功率无线抄表方法和系统

技术领域

本发明涉及无线抄表技术领域，具体地，涉及一种多路径微功率无线抄表方法和系统。

背景技术

无线路由协议是无线自组织网络系统中的一个核心技术，一般的，在无线自组织网络系统中，在节点移动或无线通信环境经常发生变化的条件下，无线路由协议能够在任意两个网络节点之间建立一条多跳的数据传输路径，从而尽力保证任意两个网络节点在任意时刻可以相互通信。目前常用的无线路由协议包括树路由、AODV、DSR等等多种。

微功率无线抄表系统是无线自组织网络的一种典型应用，从硬件角度考量，一般由集中器和智能电表分别加装微功率无线通信模块构成；从软件角度考量，微功率无线通信模块中运行的无线路由协议是软件的核心部分，无线路由协议在无线通信环境不确定的条件下，尽力建立集中器与任意智能电表之间的双向多跳无线通信路径，保证集中器的命令下发和智能电表数据的上报。

现有的可以应用于微功率无线抄表系统的无线路由协议较少，其中公开的仅有《电力用户用电信息采集系统通信协议:微功率无线通信标准》一种，并且组网后，仅能建立集中器到智能电表的唯一一条通信路径，在无线通信环境变化，该条路径失效时，只能重新执行组网过程以再次获取到达智能电表的路径。

现有微功率无线抄表系统中应用的无线路由协议，主要有以下两个缺陷：一，无法提供集中器与智能电表之间的备份路径；二，重建路径比较耗时。这两个缺陷导致在无线通信环境多变的条件下，集中器针对所有智能电表执行一次抄读的时间较长。

发明内容

为了解决现有技术中存在的微功率无线抄表过程中，缺乏备份路径的问题，本发明提出了一种多路径微功率无线抄表方法和系统。

根据本发明的多路径微功率无线抄表方法，包括：

各节点建立自己的邻居节点表；

集中器节点获取所述各节点的邻居节点表；

所述集中器节点根据所述各节点的邻居节点表，建立从自身到任意目的节点的多条路径；

所述集中器节点根据所述多条路径，确定从自身到目的节点的传输路径，并通过所述传输路径向所述目的节点发送抄表信息。

本发明的多路径微功率无线抄表方法，通过在每个智能电表节点上建立邻居节点表，在集中器节点上建立全网邻居节点表，并定义了各个邻居节点表的维护方法，实现了集中器与每个智能电表之间的多条互为备份的路径，提高了集中器对智能电表执行抄读的成功率。使得建立通信路径不再需要一个独立的过程，即可以在抄读的同时进行路径建立与维护，从宏观上节约了电表抄读时间。

根据本发明的多路径微功率无线抄表方系统，包括：

第一获取模块，用于各节点建立自己的邻居节点表；

第二获取模块，用于集中器节点获取所述各节点的邻居节点表；

路径建立模块，用于所述集中器节点根据所述各节点的邻居节点表，建立从自身到任意目的节点的多条路径；

路径选择模块，用于所述集中器节点根据所述多条路径，确定从自身到目的节点的传输路径，并通过所述传输路径向所述目的节点发送抄表信息。

本发明的多路径微功率无线抄表系统，通过在每个智能电表节点上建立邻居节点表，在集中器节点上建立全网邻居节点表，并定义了各个邻居节点表的维护方法，实现了集中器与每个智能电表之间的多条互为备份的路径，提高了集中器对智能电表执行抄读的成功率。使得建立通信路径不再需要一个独立的过程，即可以在抄读的同时进行路径建立与维护，从宏观上节约了电表抄读时间。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明集中器节点存储全网节点的邻居节点表的示意图；

图2为本发明无线传输的数据帧格式的示意图；

图3为本发明多路径微功率无线抄表方法的流程图；

图4为本发明多路径微功率无线抄表系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为了解决现有技术中存在的微功率无线抄表过程中，缺乏备份路径的问题，本发明提出了一种多路径微功率无线抄表方法。

该方法具有以下特点：适用于中等规模的具有集中器的无线抄表系统，如果网络规模较大，每个节点的邻居节点表也会增大，不适合通过无线帧发送给集中器节点；同时，集中器节点用来记录全网邻居节点表的空间也会增大。该方法可以在集中器和网络中任意智能电表之间建立多条互为备份的传输路径，以提高集中器与智能电表之间数据传输的可靠性。

使用该方法的无线抄表系统应具有以下特性：

1)网络中只有一个集中器节点及若干个智能电表节点，每个节点都有一次通过无线收发不少于100Byte数据的能力；

2)网络中的数据传输行为，一般由集中器节点发起，集中器节点将数据经由某条传输路径发送到其他某个节点，接收到数据的节点再经由反向路径将响应数据发回给集中器节点；

3)网络中的节点具有用于路由寻址的通信地址，该通信地址的长度为1Byte；

4)一般的，假设网络规模不超过120个节点，并可以进一步假设集中器节点的地址为0x00(16进制)，其他节点的地址依次为0x01、0x02、…、0x77，共计120个地址。

5)各节点使用无线通信协议栈的MAC层，应该有能力获知发送出去的数据帧是否正确被MAC层的接收端正确接收(例如应该支持ACK功能)。

以下对本发明中涉及的邻居节点表以及无线传输的数据帧格式进行详细说明：

(1)邻居节点表

在该无线网络中，两个节点之间的数据收发如果为一跳可达，而不需要其他节点的转发，则该两个节点互为邻居节点。每个节点上都建立一个邻居节点表，来记录自己的邻居节点。

例如，假设网络规模最大为120时，每个节点可以用一个15Byte长的邻居节点表数组来记录自己的邻居节点信息，Byte的索引依次为Byte0、Byte1、…、Byte14，每个Byte中的bit索引依次为bit0、bit1、…、bit7。如果Byte x中的bit y被置位(输出为1)，则意味着地址为十进制(8*x+y)的节点是自己的邻居节点；相反的，如果此bit y是清空的，则意味着地址为十进制(8*x+y)的节点不是自己的邻居节点。在各节点确定自己的邻居节点信息，并建立自身邻居节点表之后，集中器节点可以通过发送数据帧，遍历全网节点的方法，获知网络中全部节点的邻居节点表，详细说明参见方法实施例。如图1所示为集中器节点存储全网节点的邻居节点的示意图。

(2)抄表过程中无线传输的数据帧格式

由于该方法是在无线通信协议栈的网络层工作，该数据帧实际作为无线通信协议栈MAC层数据帧的负载部分存在。

如图2所示，其帧格式为：9Byte长的源路由(即传输路径)、15Byte的邻居节点表和变长的网络层数据负载(即实际需要抄表的业务数据)。

该帧的主要包括以上三部分，源路由部分为9Byte，每个Byte填充为一个节点地址，Byte 0固定填充为发送者自己的通信地址，之后依次填充为数据帧传输过程中需要经过的中继节点的地址，中继节点之后填充最终的目的节点地址，如果填充完以上地址信息后，源路由仍有空闲Byte，则将剩余Byte全部填充为0xFF。

邻居节点表部分，数据帧的发送者需要将自己本地的邻居节点表填充进去。

网络层数据负载部分，是实际需要传输的业务数据，可以根据实际需求填写，最短长度为0，最大长度视下层协议支持的最大长度而定。

如图3所示，该方法包括：

步骤S101：初始化各节点的邻居节点表，所述邻居节点表包括各节点自身的邻居节点信息；

初始化时，每个节点的邻居节点表都为全0，即认为自己没有邻居节点。

步骤S102：各节点周期性发出通知帧，接收到所述通知帧的节点将发出所述通知帧的节点更新到自身的邻居节点表中。

每个节点周期性发出一个通知帧，该帧的源路由域仅将Byte 0填充为该节点自身的通信地址，其余部分都填充为0xFF，邻居节点表填充为自己的邻居节点表，网络层数据负载为空。这样收到此通知帧的节点就可以据此更新它自己的邻居节点表。经过一段时间以后，各节点即可建立起自己的邻居节点表。

当节点发出数据的目的地是自身的邻居节点或需要经过邻居节点转发时，如果所述数据已经送达邻居节点，则不更新自身邻居节点表；如果所述数据无法送达邻居节点，则将所述邻居节点从自身邻居节点表中删除。

具体的，当节点向外发送单包数据时，如果数据的最终目的地是自己的邻居节点，或者需要经过邻居节点转发，如果确定该数据已经送达邻居节点，则可以保持当前邻居节点表不变；如果确定数据无法送达邻居节点，则需要将此邻居节点从邻居节点表中删除。

步骤S103：集中器节点获取所述各节点的邻居节点表，即：所述集中器节点向自身邻居节点广播发送数据帧，接收到所述数据帧的节点向自身的邻居节点转发所述数据帧，直至各节点均接收到所述数据帧；各节点将包含自身邻居节点表的数据响应帧返回所述集中器节点。

具体的，集中器节点在建立起自己的邻居节点表后，即可向邻居节点发送数据帧，以查询邻居节点的业务数据，在集中器节点得到邻居节点返回的响应数据帧的同时，也可以得到邻居节点的邻居节点表，即“邻居的邻居节点表”，依次类推，集中器节点在不断的抄读过程中可以获得网络中全部节点的邻居节点表。

步骤S104：所述集中器节点根据所述各节点的邻居节点表，建立从自身到任意目的节点的多条路径；

步骤S105：所述集中器节点根据所述多条路径，确定从自身到目的节点的传输路径，并通过所述传输路径向所述目的节点发送抄表信息。

具体的，集中器节点向其他节点发送数据(包括抄表信息和获取全网节点邻居节点表的数据帧)时，根据自己已经获知的全部邻居节点表信息，生成一条源路由信息，源路由信息以集中器节点自己的地址开始，记录所有中继节点的地址，最终以目的节点地址结束。

在本发明的方法中，集中器节点在获知全网节点各自的邻居节点表后，可以计算出自身到任意节点的源路由(即传输路径)，并且可以计算出多条源路由，集中器节点可以自行选择，或者在此基础上为邻居节点表增加接收信号强度域，作为辅助选择的依据。集中器节点还可以以一定的周期轮询全网所有节点的数据，这样各节点的邻居节点表更新的同时，集中器节点也可以得到最新的全网邻居信息。

步骤S106：接收到所述抄表信息的节点，检查自身是否是所述目的节点，如果是，则根据所述抄表信息中的传输路径，建立反向的到达集中器节点的返回路径，并将包含自身邻居节点表和抄表数据的响应信息返回所述集中器节点；

如果不是，则检查自身是否是所述传输路径中的中继节点，如果不是中继节点则丢弃所述抄表信息，如果是中继节点，则将所述抄表信息发送到所述传输路径中的下一个节点。

具体的，某个节点在收到一个数据帧(抄表信息)后，首先检查数据帧中的源路由域，检查自己是不是最终的目的节点，如果是，则依据收到的帧中的源路由信息，生成一个反向的到达集中器节点的源路由信息，并据此填充数据响应帧发送给集中器节点，同时数据响应帧中也包括自己的邻居节点表和网络层数据负载。如果自己不是最终的目的节点，则再检查自己是不是源路由中的中继节点，如果不是中继节点则直接丢弃此帧，如果是中继节点，则从源路由信息中提取出下一条节点地址，并将此数据帧不做任何修改，原样发给下一条。

本发明的多路径微功率无线抄表方法，通过在每个智能电表节点上建立邻居节点表，在集中器节点上建立全网邻居节点表，并定义了各个邻居节点表的维护方法，实现了集中器与每个智能电表之间的多条互为备份的路径，提高了集中器对智能电表执行抄读的成功率。使得建立通信路径不再需要一个独立的过程，即可以在抄读的同时进行路径建立与维护，从宏观上节约了电表抄读时间。

如图4所示，本发明的多路径微功率无线抄表系统包括：

第一获取模块10，用于各节点建立自己的邻居节点表；

第二获取模块20，用于集中器节点获取所述各节点的邻居节点表；

路径建立模块30，用于所述集中器节点根据所述各节点的邻居节点表，建立从自身到任意目的节点的多条路径；

路径选择模块40，用于所述集中器节点根据所述多条路径，确定从自身到目的节点的传输路径，并通过所述传输路径向所述目的节点发送抄表信息。

优选的，所述第一获取模块10包括：

初始化子模块101，用于初始化各节点的邻居节点表，所述邻居节点表包括自身的邻居节点信息；

建立子模块102，用于各节点周期性发出通知帧，接收到所述通知帧的节点将发出所述通知帧的节点更新到自身的邻居节点表中。

优选的，该系统还包括：

第一更新模块50，用于当节点发出数据的目的地是自身的邻居节点或需要经过邻居节点转发时，如果所述数据已经送达邻居节点，则不更新自身邻居节点表；

第二更新模块60，用于如果所述数据无法送达邻居节点，则将所述邻居节点从自身邻居节点表中删除。

优选的，所述第二获取模块20包括：

节点遍历子模块201，用于所述集中器节点向自身邻居节点广播发送数据帧，接收到所述数据帧的节点向自身的邻居节点转发所述数据帧，直至各节点均接收到所述数据帧；

响应上报子模块202，用于各节点将包含自身邻居节点表的数据响应帧返回所述集中器节点。

优选的，该系统还包括：

第一检查模块70，用于接收到所述抄表信息的节点，检查自身是否是所述目的节点，如果是，则根据所述抄表信息中的传输路径，建立反向的到达集中器节点的返回路径，并将包含自身邻居节点表和抄表数据的响应信息返回所述集中器节点；

第二检查模块80，用于如果不是，则检查自身是否是所述传输路径中的中继节点，如果不是中继节点则丢弃所述抄表信息，如果是中继节点，则将所述抄表信息发送到所述传输路径中的下一个节点。

本发明的多路径微功率无线抄表系统，通过在每个智能电表节点上建立邻居节点表，在集中器节点上建立全网邻居节点表，并定义了各个邻居节点表的维护方法，实现了集中器与每个智能电表之间的多条互为备份的路径，提高了集中器对智能电表执行抄读的成功率。使得建立通信路径不再需要一个独立的过程，即可以在抄读的同时进行路径建立与维护，从宏观上节约了电表抄读时间。

本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图4为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (1)

1.一种多路径微功率无线抄表方法，其特征在于，包括：

各节点建立自己的邻居节点表，该过程包括：首先初始化各节点的邻居节点表，每个节点周期性发出一个通知帧，该通知帧的格式包括源路由、邻居节点表和变长的网络层数据负载，该帧的源路由域仅将Byte 0填充为该节点自身的通信地址，其余部分都填充为0xFF，邻居节点表填充为自己的邻居节点表，网络层数据负载为空；然后接收到所述通知帧的节点将发出所述通知帧的节点更新到自身的邻居节点表中；

集中器节点获取所述各节点的邻居节点表，该过程包括：所述集中器节点向自身邻居节点广播发送数据帧，接收到所述数据帧的节点向自身的邻居节点转发所述数据帧，直至各节点均接收到所述数据帧；各节点将包含自身邻居节点表的数据响应帧返回所述集中器节点，其中，所述数据帧的格式包括源路由、邻居节点表和变长的网络层数据负载，所述数据帧的源路由部分的每个Byte填充为一个节点地址，Byte 0固定填充为发送者自己的通信地址，之后依次填充为数据帧传输过程中经过的中继节点的地址，中继节点之后填充最终的目的节点地址，如果填充完以上地址信息后，源路由仍有空闲Byte，则将剩余Byte全部填充为0xFF，所述数据帧的邻居节点表部分，将自己本地的邻居节点表填充进去，所述数据帧的网络层数据负载部分为实际的业务数据；

所述集中器节点根据所述各节点的邻居节点表，建立从自身到任意目的节点的多条路径；

所述集中器节点根据所述多条路径，确定从自身到目的节点的传输路径，并通过所述传输路径向所述目的节点发送抄表信息，该过程包括：所述集中器根据自己已经获知的全部邻居节点表信息，生成一条源路由信息，源路由信息以集中器节点自己的地址开始，记录所有中继节点的地址，最终以目的节点地址结束；所述集中器节点通过该条源路由向其他节点发送数据，该数据包括抄表信息和获取全网节点邻居节点表的数据帧，该数据帧格式包括源路由、邻居节点表和变长的网络层数据负载；接收到所述抄表信息的节点，检查自身是否是所述目的节点，如果是，则根据所述抄表信息中的传输路径，建立反向的到达集中器节点的返回路径，并将包含自身邻居节点表和抄表数据的响应信息返回所述集中器节点；如果不是，则检查自身是否是所述传输路径中的中继节点，如果不是中继节点则丢弃所述抄表信息，如果是中继节点，则将所述抄表信息发送到所述传输路径中的下一个节点；且

其中，上述各个步骤中，当节点发出数据的目的地是自身的邻居节点或需要经过邻居节点转发时，如果所述数据已经送达邻居节点，则不更新自身邻居节点表；如果所述数据无法送达邻居节点，则将所述邻居节点从自身邻居节点表中删除。