CN105721018A - 一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法，当主节点需要抄读各从节点相同信息或主节点需要定时向从节点抄取报文时，由各从节点本体与该从节点载波模块先完成信息的传输，再由各从节点向其父节点主动报文，从而减少了载波集抄时从节点本体与从节点载波模块之间的通讯时间和各节点载波模块之间的通讯时间，提高了电力线载波集抄系统集抄效率。

Description

一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法
技术领域
本发明涉及电力线载波通信系统领域，具体涉及一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法。
背景技术
作为智能电网通信技术的一个重要分支，电力线载波通信(PLC)技术利用现有广泛分布的配电网络作为传输媒介，具有覆盖范围广、无需重新布线、投资少、建设速度快等优势，因此，电力线载波通信有着良好的社会效益和经济效益。随着国家智能电网的逐步建立，电力线载波通信技术在电能及各种能源计量领域已得到广泛的应用。
目前的电力线载波集抄系统主要采用主从架构来设计，也即由一个主节点和多个从节点构成。具体实现信息传输，需由主节点向某一从节点发出控制命令，从节点发出应答信息(从节点根据命令类型确定是否回复)。如果主节点无法将信息直接传输到指定的从节点，将由其它的从节点或路由节点接收并转发，直致指定从节点收到；从节点的应答信息的传输过程与此类似。以图1的电力线载波集抄系统组网示意图为例进行说明，当主节点0抄读从节点5时，当主节点0与从节点1进行载波通信时，从节点1和从节点4以下的网络都是空闲；当从节点1与从节点5进行载波通信时，从节点7和从节点4以下的网络都是空闲；当从节点5与从节点1进行载波通信时，从节点7和从节点4以下的网络都是空闲，且从节点1以上的网络也是空闲；当从节点1与从节点0进行载波通信时，从节点7和从节点4以下的网络都是空闲。由此，可见目前这种信息传送方式，通信网络的利用率相对较低。这里，主节点可以是集中器，路由节点或从节点可以是智能电表。
电力线载波集抄系统中主节点与从节点之间通信的最简单框图如下图2所示。主节点抄读从节点信息的数据传输分为下行和上行两个过程：下行数据传输流程：主节点本体→主节点载波模块→从节点载波模块→从节点本体；上行数据传输流程：从节点本体→从节点载波模块→主节点载波模块→主节点本体。目前主节点本体与载波模块的通信速率普遍采用9600bps；从节点本体与载波模块的通信速率普遍采用2400bps；载波通信速率一般采用几十到几百Kbps，我们在下例中选用20Kbps。根据图2中模块之间的通信速率，计算传输1个字节和传输500个字节所需的时间，结果如下表：
T1(ms) T2(ms) T3(ms)
1个字节 1.146 0.40 3.33
500个字节 572.91 200 2291.67
如果主节点无法将数据直接传送到指定的从节点，需要由其它路由节点接收并转发，直至指定从节点接收到。目前相关规范中规定中继级数最多只能7级，也即上述第2点的T2传输时间最大可达8*200ms。
由此可知，主节点抄读从节点数据的通信时间主要消耗在T2、T3阶段。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法，以减少载波集抄时从节点本体与从节点载波模块之间的通讯时间和各节点载波模块之间的通讯时间，从而提高集抄效率。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法，当主节点需要抄读各从节点相同信息时，按以下流程进行：步骤一：主节点的本体向主节点的载波模块发送抄读各从节点某信息的命令；步骤二：主节点的载波模块应判断是否保存有各从节点上述信息：步骤二之一：如主节点的载波模块已经保存有各从节点上述信息，则主节点的载波模块向主节点的本体发送各从节点上述信息，主节点的本体接收到各从节点上述信息后，流程结束；步骤二之二：如主节点的载波模块未保存有各从节点上述信息，则主节点的载波模块以广播方式通知各从节点的载波模块主节点需要抄读上述信息的命令；步骤三：接收到命令的从节点的载波模块应判断是否已经转发该命令：步骤三之一：如该从节点不是路由节点，则不再转发并转至步骤四；步骤三之二：如该从节点是路由节点，则应以广播方式转发该命令，并转入步骤四；步骤四：接收到命令的从节点的载波模块向该从节点的本体发送读取信息的命令；步骤五：从节点的本体接收到载波模块发出的命令后，向载波模块报送信息；步骤六：从节点载波模块接收到本体发送的信息后，需要作出以下判断：步骤六之一：如该从节点不是路由节点，则该从节点的载波模块向该从节点父节点的载波模块报送该从节点的信息；步骤六之二：如该从节点是路由节点，则系统设定一个或一个以上的时间间隔，从节点载波模块接收到本体发送的信息后经过第一个时间间隔，该路由节点的载波模块将已经收到的子节点信息与该路由节点自身信息打包后报送该路由节点父节点的载波模块；之后每经过一个时间间隔，需要判断相比上一个时间间隔节点是否收到新的子节点信息：步骤六之二之一：如在本时间间隔内没有新的子节点信息，则不报送；步骤六之二之二：如在本时间间隔内收到了新的子节点信息，则该路由节点的载波模块向该路由节点父节点的载波模块报送新收到的子节点信息；步骤七：收到子节点载波模块报送信息的父节点载波模块向该子节点载波模块作出应答；步骤八：主节点广播命令后经过一段人为设定的时间间隔，主节点的本体向主节点的载波模块按组网顺序逐一发送读取某一从节点信息的命令直至所有从节点信息均被主节点本体读取后，流程结束；步骤九：主节点的载波模块收到主节点本体发出的读取某一从节点信息的命令后，需要作出以下判断：步骤九之一：如主节点的载波模块存有该从节点信息，则主节点的载波模块向主节点的本体报送该从节点信息，并转至步骤八；步骤九之二：如主节点的载波模块未存有该从节点信息，则主节点载波模块逐一向其所属的子节点的载波模块发送读取该从节点信息的命令：步骤九之二之一：如该从节点为主节点的子节点，则该从节点载波模块接收到命令后向主节点载波模块报送该从节点信息，主节点载波模块收到该从节点信息后作出应答并至转步骤九之一；步骤九之二之二：如该从节点非主节点的子节点，则由路由节点载波模块逐层接收并转发此命令，直至该从节点载波模块接收到此命令逐层报送该从节点信息，接收到该从节点信息的各路由节点载波模块均应作出应答，直至主节点载波模块接收到该从节点信息后作出应答并至转步骤九之一；当主节点需要定时向从节点抄取报文时，按以下流程进行：步骤十：在规定的时间到达时，所有的从节点的载波模块向该从节点的本体发送读取信息的命令；步骤十一：转至步骤五至步骤七；步骤十二：在规定的时间到达后经过一段人为设定的时间间隔，主节点的本体向主节点的载波模块按组网顺序逐一发送读取某一从节点信息的命令直至所有从节点信息均被主节点本体读取后，流程结束；步骤十三：主节点的载波模块收到主节点本体发出的读取某一从节点信息的命令后，需要作出以下判断：步骤十三之一：如主节点的载波模块存有该从节点信息，则主节点的载波模块向主节点的本体报送该从节点信息，并转至步骤十二；步骤十三之二：如主节点的载波模块未存有该从节点信息，则主节点载波模块逐一向其所属的子节点的载波模块发送读取该从节点信息的命令：步骤十三之二之一：如该从节点为主节点的子节点，则该从节点载波模块接收到命令后向主节点载波模块报送该从节点信息，主节点载波模块收到该从节点信息后作出应答并转至步骤十三之一；
进一步地，各节点载波模块向其他节点载波模块发送信息均遵循CSMA/CA冲突避让办法。
本发明所述的技术方案相对于现有技术，取得的有益效果是：
当主节点需要抄读各从节点相同信息或主节点需要定时向从节点抄取报文时，由各从节点本体与该从节点载波模块先完成信息的传输，再由各从节点向其父节点主动报文，从而减少了载波集抄时从节点本体与从节点载波模块之间的通讯时间和各节点载波模块之间的通讯时间，提高了电力线载波集抄系统集抄效率。
而CSMA/CA冲突避让处理办法，即发送数据前，各节点的载波模块监听总线状态，等没有节点使用总线，维持一段时间后，才送出数据。由于每个节点采用的随机时间不同，所以可以有效地减少冲突的机会，提高信息发送的效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为电力线载波集抄系统组网示意图；
图2为主节点与从节点之间通信的最简单框图；
图3为使用本发明公开的方法，主节点0抄读从节点1、5相同信息时的时序图；
图4为使用本发明公开的方法，从节点1、5定时向主节点0上报报文的时序图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，节点0为主节点；节点1、4、7既是从节点，也是路由节点；节点2、3、5、6、8、9、10、11、12为从节点。节点0为节点1、2、3、4的父节点，节点1、2、3、4为节点0的子节点；节点1为节点5、6、7、8的父节点，节点5、6、7、8为节点1的子节点；节点4为节点9、10的父节点，节点9、10为节点4的子节点；节点7为节点11、12的父节点，节点11、12为节点7的子节点。
如图2所示，每个节点都由本体和载波模块构成。主节点本体与主节点载波模块之间采用UART通讯方式，速率一般为9600bps，通讯时间设为T1；从节点本体与从节点载波模块之间也采用UART通讯方式，速率一般为2400bps,通讯时间设为T3；主节点载波模块与从节点载波模块之间采用PLC载波通信方式，速率一般为20kbps,通讯时间设为T2。
现有技术中，主节点0要抄读从节点1和从节点5的信息，需要由主节点0的本体先向主节点0的载波模块发送抄读从节点1信息的命令；主节点0的载波模块再向从节点1的载波模块发送抄读从节点1信息的命令；从节点1的载波模块再向从节点1的本体发送抄读从节点1信息的命令；从节点1的本体再向从节点1的载波模块发送从节点1的信息；从节点1的载波模块再向主节点0的载波模块发送从节点1的信息；主节点0的载波模块向从节点1的载波模块作出ACK应答；主节点0的载波模块再向主节点0的本体发送从节点1的信息；主节点0的本体再向主节点0的载波模块发送抄读从节点5信息的命令；主节点0的载波模块再向从节点1的载波模块发送抄读从节点5信息的命令；从节点1的载波模块再向从节点5的载波模块发送抄读从节点5信息的命令；从节点5的载波模块再向从节点5的本体发送抄读从节点5信息的命令；从节点5的本体再向从节点5的载波模块发送从节点5的信息；从节点5的载波模块再向从节点1的载波模块发送从节点5的信息；从节点1的载波模块向从节点5的载波模块作出ACK应答；从节点1的载波模块向主节点0的载波模块发送从节点5的信息；主节点0的载波模块向从节点1的载波模块作出ACK应答；主节点0的载波模块再向主节点0的本体发送从节点5的信息，整个流程终止。
图3展示了本发明的一个实施例。图3中纵轴为时间轴且方向向下。以图1中的组网结构为例，主节点0抄读从节点1、5相同信息时，主节点0的本体首先向主节点0的载波模块发送抄读各从节点相同信息的命令；主节点0的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法向全网广播该命令；路由节点1的载波模块收到该命令后，通过广播模式进行转发，从而使得从节点5的载波模块收到该命令；路由节点1的载波模块与从节点5的载波模块并行地向各自的本体发布读取信息的命令；本体收到命令后向载波模块反馈相关信息；从节点5由于不是路由节点，因此从节点5的载波模块向其父节点路由节点1的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法发送从节点5的信息；路由节点1的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法向从节点5的载波模块发送ACK应答。到了一定的时间，路由节点1的载波模块将节点1、节点5的信息打包后，基于CSMA/CA冲突避让处理办法发送至主节点0的载波模块；主节点0的载波模块向路由节点1的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法发送ACK应答。到了设定的时间，主节点0的本体向其载波模块发送读取从节点1信息的命令；主节点0的载波模块反馈节点1的信息后，主节点0的本体再次向其载波模块发送读取从节点5的命令；主节点0的载波模块反馈节点5的信息后，流程终止。
图4是本发明的另一个实施例。图4中纵轴为时间轴且方向向下。以图1中的组网结构为例，如果整个系统设定每日零时，从节点5与路由节点1计算日用电量数据后冻结，并上报主节点0。这种情况下，到达每日零时，从节点5与路由节点1的载波模块将向各自的本体发送读取本节点冻结数据的命令；从节点5与路由节点1的本体各向其载波模块反馈本节点冻结数据后，从节点5由于不是路由节点，因此从节点5的载波模块向其父节点路由节点1的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法发送从节点5的冻结数据；路由节点1的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法向从节点5的载波模块发送ACK应答。到了一定的时间，路由节点1的载波模块将节点1、节点5的冻结数据打包后，基于CSMA/CA冲突避让处理办法发送至主节点0的载波模块；主节点0的载波模块向路由节点1的载波模块基于CSMA/CA冲突避让处理办法发送ACK应答。到了设定的时间，主节点0的本体向其载波模块发送读取从节点1信息的命令；主节点0的载波模块反馈节点1的信息后，主节点0的本体再次向其载波模块发送读取从节点5的命令；主节点0的载波模块反馈节点5的信息后，流程终止。
通过对比现有技术与本发明的实施例我们可以看出，由于本发明中，当主节点需要抄读各从节点相同信息或主节点需要定时向从节点抄取报文时，由各从节点本体与该从节点载波模块先完成信息的传输，再由各从节点向其父节点主动报文，从而减少了载波集抄时从节点本体与从节点载波模块之间的通讯时间和各节点载波模块之间的通讯时间，提高了电力线载波集抄系统集抄效率。
而CSMA/CA冲突避让处理办法，即发送数据前，各节点的载波模块监听总线状态，等没有节点使用总线，维持一段时间后，才送出数据。由于每个节点采用的随机时间不同，所以可以有效地减少冲突的机会，提高信息发送的效率。
当然，尽管CSMA/CA经过了精心设计，但冲突仍然会发生；如两个节点在同一时刻都检测到总线空闲，同时向总线传送数据，此时会造成数据丢失。为了避免因数据丢失而造成通信异常，系统采用了数据接收应答的方式，即发送节点发送数据之后，在一段时间必须收到接收节点的数据接收到应答；否则，发送节点判断为数据发送失败，将重新发送数据。如果一直失败，则重发几次之后停止发送，避免过度的占用网络资源。接收节点在正确认接收到数据时，发送数据接收到应答给发送节点，表明数据已经正确认接收到。
上述说明描述了本发明的优选实施例，但应当理解本发明并非局限于上述实施例，且不应看作对其他实施例的排除。通过本发明的启示，本领域技术人员结合公知或现有技术、知识所进行的改动也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法，其特征是：
当主节点需要抄读各从节点相同信息时，按以下流程进行：
步骤一：主节点的本体向主节点的载波模块发送抄读各从节点某信息的命令；
步骤二：主节点的载波模块应判断是否保存有各从节点上述信息：
步骤二之一：如主节点的载波模块已经保存有各从节点上述信息，则主节点的载波模块向主节点的本体发送各从节点上述信息，主节点的本体接收到各从节点上述信息后，流程结束；
步骤二之二：如主节点的载波模块未保存有各从节点上述信息，则主节点的载波模块以广播方式通知各从节点的载波模块主节点需要抄读上述信息的命令；
步骤三：接收到命令的从节点的载波模块应判断是否已经转发该命令：
步骤三之一：如该从节点不是路由节点，则不再转发并转至步骤四；
步骤三之二：如该从节点是路由节点，则应以广播方式转发该命令，并转入步骤四；
步骤四：接收到命令的从节点的载波模块向该从节点的本体发送读取信息的命令；
步骤五：从节点的本体接收到载波模块发出的命令后，向载波模块报送信息；
步骤六：从节点载波模块接收到本体发送的信息后，需要作出以下判断：
步骤六之一：如该从节点不是路由节点，则该从节点的载波模块向该从节点父节点的载波模块报送该从节点的信息；
步骤六之二：如该从节点是路由节点，则系统设定一个或一个以上的时间间隔，从节点载波模块接收到本体发送的信息后经过第一个时间间隔，该路由节点的载波模块将已经收到的子节点信息与该路由节点自身信息打包后报送该路由节点父节点的载波模块；之后每经过一个时间间隔，需要判断相比上一个时间间隔节点是否收到新的子节点信息：
步骤六之二之一：如在本时间间隔内没有新的子节点信息，则不报送；
步骤六之二之二：如在本时间间隔内收到了新的子节点信息，则该路由节点的载波模块向该路由节点父节点的载波模块报送新收到的子节点信息；
步骤七：收到子节点载波模块报送信息的父节点载波模块向该子节点载波模块作出应答；
步骤八：主节点广播命令后经过一段人为设定的时间间隔，主节点的本体向主节点的载波模块按组网顺序逐一发送读取某一从节点信息的命令直至所有从节点信息均被主节点本体读取后，流程结束；
步骤九：主节点的载波模块收到主节点本体发出的读取某一从节点信息的命令后，需要作出以下判断：
步骤九之一：如主节点的载波模块存有该从节点信息，则主节点的载波模块向主节点的本体报送该从节点信息，并转至步骤八；
步骤九之二：如主节点的载波模块未存有该从节点信息，则主节点载波模块逐一向其所属的子节点的载波模块发送读取该从节点信息的命令：
步骤九之二之一：如该从节点为主节点的子节点，则该从节点载波模块接收到命令后向主节点载波模块报送该从节点信息，主节点载波模块收到该从节点信息后作出应答并至转步骤九之一；
步骤九之二之二：如该从节点非主节点的子节点，则由路由节点载波模块逐层接收并转发此命令，直至该从节点载波模块接收到此命令逐层报送该从节点信息，接收到该从节点信息的各路由节点载波模块均应作出应答，直至主节点载波模块接收到该从节点信息后作出应答并至转步骤九之一；
当主节点需要定时向从节点抄取报文时，按以下流程进行：
步骤十：在规定的时间到达时，所有的从节点的载波模块向该从节点的本体发送读取信息的命令；
步骤十一：转至步骤五至步骤七；
步骤十二：在规定的时间到达后经过一段人为设定的时间间隔，主节点的本体向主节点的载波模块按组网顺序逐一发送读取某一从节点信息的命令直至所有从节点信息均被主节点本体读取后，流程结束；
步骤十三：主节点的载波模块收到主节点本体发出的读取某一从节点信息的命令后，需要作出以下判断：
步骤十三之一：如主节点的载波模块存有该从节点信息，则主节点的载波模块向主节点的本体报送该从节点信息，并转至步骤十二；
步骤十三之二：如主节点的载波模块未存有该从节点信息，则主节点载波模块逐一向其所属的子节点的载波模块发送读取该从节点信息的命令：
步骤十三之二之一：如该从节点为主节点的子节点，则该从节点载波模块接收到命令后向主节点载波模块报送该从节点信息，主节点载波模块收到该从节点信息后作出应答并转至步骤十三之一；
步骤十三之二之二：如该从节点非主节点的子节点，则由路由节点载波模块逐层接收并转发此命令，直至该从节点载波模块接收到此命令并逐层报送该从节点信息，接收到该从节点信息的各路由节点载波模块均应作出应答，直至主节点载波模块接收到该从节点信息后作出应答并转至步骤十三之一。
2.如权利要求1所述的一种提高电力线载波集抄系统集抄效率的方法，其特征是：各节点载波模块向其他节点载波模块发送信息均遵循CSMA/CA冲突避让办法。
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