CN106327847B - 用电信息集抄方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用电信息集抄方法及系统，包括：主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器。通过上述方式，本发明的抄表简单直接，并可进行层层搜索目标节点，实现间接组网。

Description

用电信息集抄方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统集抄领域，尤其是涉及一种用电信息集抄方法及系统。
背景技术
目前常见的PLC自动抄表路由建立方案多为以下三类：
1.集中器端载波模块(本文称作主模块)根据集中器或主站下发的电表地址档案进行路径探索和尝试，通过自学习的方式完成各表端载波模块(本文称作从模块或连同所属电表一起称作节点)的通信路由建立。此为主模块自学习方案。
2.主模块直接抄表，路径的构建和形成由网络系统中众多从模块通过多级广播完成，主、从模块不对路径进行记录和存储。由于每次抄表均由从模块彼此之间自行转发完成上下行通信，转发是随机的和冗余的，因此可称作洪泛动态路由方案。
3.主模块下发组网命令，具体路径的构建和形成由网络系统中的众多从模块通过多级广播完成。如果路由信息存储在各个从模块中(通常存储它们的邻居节点信息)，称作分布式路由方案；如果组网前主模块收到电表地址档案并在组网过程中逐一遍历，每台电表的路由信息(一般选取1～2条路径)陆续上传至主模块，集中存储在主模块内，称作集中式路由方案。
在实际应用中发现，上述方案存在比较明显的缺点：主模块自学习方案组网耗时长，盲目性大，且抄表前需要运行组网功能并等待组网完成。洪泛动态路由方案操作简单，可即装即抄，但每次抄表都需要重新构建路径，效率不高且有一定的随机性(容易影响抄读成功率)。分布式路由方案和集中式路由方案抄表前均需要运行组网功能并等待组网完成，操作不是特别容易，对于分布式路由方案，节点路径的查询、管理和维护较为不便。此外，主模块自学习方案和集中式路由方案有着严格的表计总量限制，一旦路径存储所需的字节数大于存储器(一般使用铁电存储芯片)的容量，该节点和后续的节点将不能建立路径，从而无法抄读对应的电表，抵抗意外事件的能力较差。
因此，一种能够避免上述方案缺陷的PLC抄表自组网方法显得很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用电信息集抄方案，可实现完全自主的组网，直接抄表。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种用电信息集抄方法，包括：
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；
根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；
目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；
主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器。
为解决上述问题，本发明还提供一种用电信息集抄系统，包括主模块、中继节点、目标节点及集中器，其中：
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；
根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；
目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；
主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器。
本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明的主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；并传递下行命令帧到中继节点一直到目标节点；接收其响应报文后，解析处理上传到集中器，完成用电信息抄表。通过上述方式，本发明的抄表简单直接，并可进行层层搜索目标节点，实现间接组网。
附图说明
图1为本发明具体实施例中电表抄表方法的基本流程图；
图2为本发明具体实施例中抄表路径构建后的路径自适应流程图；
图3为本发明具体实施例中循环滚动式路径存储的算法实现框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:需要抄表时，搜索有效路径，并逐级传递下行命令，直到目标节点，获取其响应报文，并解析上传到集中器。
本发明实施例一提供一种用电信息集抄方法，包括：
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；集中器可以看作是采集电表计量数据的网关(主节点)，电表是用电数据源(从节点)。具体的，抄表命令来自集中器或者主站(供电局、电力局)，一个系统中只有1个主模块(位于集中器内)，由主模块发布命令。系统网络中一般存在多台电表，每台电表内有一个从模块。
根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；具体的，下行、上行命令帧是有着特定格式的字节序列(即应用通信协议)，用某些字节来表示要抄读的命令，比如电压、功率、用电量等等，表计遵循协议判断要读取的数据项目，反馈对应的数据(例如电压为219.4V、功率为3.3Kw等等)。
目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；
主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器。
区别于现有技术，本发明的主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；并传递下行命令帧到中继节点一直到目标节点；接收其响应报文后，解析处理上传到集中器，完成用电信息抄表。通过上述方式，本发明的抄表简单直接，并可进行层层搜索目标节点，实现间接组网。
其中，主模块获取抄表命令后，搜索铁电存储芯片；
检测电表是否有路径且路径是否有效；
若是，则执行步骤“根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点”；
反之，则主模块自行发起组网，以获取有效路径。具体的，主模块通过广播模式，逐层下发，直到目标节点收到并响应。
主模块将有效路径加入下行载波抄表报文，并向下一级中继节点发送。
其中，主模块自行发起组网，以获取有效路径的步骤具体为：
主模块广播下发目标节点组网命令；
中继节点通过CSMA/CA算法进行多级广播组网命令，并记录所述组网命令的级数、信号强度及源地址；
在组网命令到达目标节点后，从目标节点起逐级构建电表路径，并上传到主模块，进行存储；
主模块从存储的路径中确定有效路径。
其中，主模块从存储的路径中确定有效路径的步骤具体为：
主模块逐条选择路径，进行抄表；具体的，抄表次数的多少由主站或集中器决定，或许每隔几小时会把所有的表抄读一遍，或许一天抄读一遍。要说明的是如果表节点存在多条路径时，每抄读它一次(不成功才换下一条路径抄读)，不无论成功与否，都会对它拥有的路径进行排序。
判断是否抄表成功，
若是，则提升所选路径的权值；
反之，则降低所述路径的权值，并选择下一条路径；
在存储的所有路径抄表结束后，判断是否存在权值低于下限；
若是，则返回步骤“主模块自行发起组网，以获取有效路径”；
反之，则根据权值大小，将路径排序，并将权值最大的路径确定为有效路径。具体的，某路径权值超过上限保持在上限，低于下限则该路径无效，对应的目标表计权值大的路径排在其之前，只要还有路径有效，就不会终止所有路径的抄表。要注意的是：各台表计的路径彼此独立，表A有没有路径失效同表B的路径之间无任何关系。
在抄表过程中，使用铁电存储芯片依次顺序存放节点的路径数据，并在存储空间用尽，又增加新的节点路径数据时，依次逆序覆盖存储铁电存储芯片原有节点路径数据。这种循环滚动式的路径存储，当路由存储芯片写满后仍能抄读额外的节点。
从上述可知，本发明的自组网方案实现即装即抄，主站或集中器无需下发组网命令，组网由主模块和从模块在抄表过程中自动执行并维护。
且路由存储在主模块内，方便查询和管理，从模块完成路由建立的同时进行灵活的路由甄别和优化，保证通信的稳定、高效。
对应地，本发明实施例二提供一种用电信息集抄系统，包括主模块、中继节点、目标节点及集中器，其中：
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；
根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；
主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器。
其中，主模块获取抄表命令后，搜索铁电存储芯片；
检测电表是否有路径且路径是否有效；
若是，则根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；
反之，则主模块自行发起组网，以获取有效路径。
主模块将有效路径加入下行载波抄表报文，并向下一级中继节点发送。
自行组网时，主模块广播下发目标节点组网命令；
中继节点通过CSMA/CA算法进行多级广播组网命令，并记录所述组网命令的级数、信号强度及源地址；
在组网命令到达目标节点后，从目标节点起逐级构建电表路径，并上传到主模块，进行存储；
主模块从存储的路径中确定有效路径。
为获取有效路径，主模块逐条选择路径，进行抄表；
判断是否抄表成功，
若是，则提升所选路径的权值；
反之，则降低所述路径的权值，并选择下一条路径；为所有路径预设相等的初始权值，其值大于下限。假设一条路径抄表之前权值为50(点或单位)，本次抄表成功，提升权值10，总权值(最终权值)则为60；如果失败，减掉30权值，那么最终权值为20。
在存储的所有路径抄表结束后，判断是否存在权值低于下限；
若是，则主模块自行发起组网，以获取有效路径；
反之，则根据权值大小，将路径排序，并将权值最大的路径确定为有效路径。
其中，在抄表过程中，使用铁电存储芯片依次顺序存放节点的路径数据，并在存储空间用尽，又增加新的节点路径数据时，依次逆序覆盖存储铁电存储芯片原有节点路径数据。
本发明实施例三在实施例一和二的基础上，提供一种用电信息集抄方法，具体步骤可以包括：
S1：主站(电力局)发起抄表，命令通过GPRS/Enthernet通信传输到集中器。也可以是人为操作集中器发起抄表或者集中器自动发起抄表。
S2：集中器将抄读命令下发到主模块(位于集中器内)。
S3：主模块查询要抄读的目标表计是否有路径，如果有直接进行PLC抄读(带路径)，否则先对该表计组网再抄读。
S4：目标表计响应抄读(对应的从模块将命令下发到其所在的表计，表计回传相应的计量数据)。
S5：目标表计的上行数据通过PLC按路径逆向传至主模块。
S6：主模块将上行数据上传集中器。
S7：集中器通过GPRS/Enthernet通信将数据发送到主站，完成一台表抄读。
具体的，集中器与主模块，还有从模块与表计之间进行数据交互一般通过串口实现。
为方便理解本发明所述技术方案，以下结合附图1～3，通过一个具体实施例进行说明。
请参照图1，主模块接收到抄表命令后，搜索铁电存储芯片查看此电表(目标节点)是否有路径及路径是否有效，见S100和S101。若存在有效路径，主模块和相应的中继节点(当路由级数大于1时)顺次将下行命令帧传递至目标节点，目标节点响应后，各中继节点再依次(逆序)将目标节点的上行响应报文传递到主模块，主模块经过解析处理后将应答数据上传集中器，见S120至S124。
应当理解的是，实际上系统中的每个节点都有一个唯一的ID号，路径由多个ID组成。比如要和目标节点a通信，需要节点b、c作中继，则路径为ID_b—ID_c—ID_a，按此顺次传递。
路径是否有效的判断依据是：路径的权值是否小于既定的下限值，若是，则无效，反之，则表示有效，详细描述见后文。
如果没有路径或者路径失效，主模块自行发起组网，以广播的形式发出组网命令，系统中邻近的节点收到后利用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/CollisionDerect，载波侦听多路访问/冲突检测)算法结合随机延时分别再次广播组网命令，下一批节点接收到大量的二次广播后用同样的方法转发，将组网命令扩展到多级(一般最大为7级)，直到命令传送至目标节点，见S130和S131。各节点记录接收到的组网命令的级数、信号强度和源地址等参数，从目标节点开始逐步一级级构建路径，最终组成较优的几条路径，上传至主模块进行存储，见S132和S133。之后，主模块按照既定路由抄读目标节点，见S120至S124。
本发明的组网方法好处首先在于组网完全不需要集中器和主站发起、控制，其次根据载波信号强度和转发级数选取比较稳定、比较高效的通信节点链作为要存储的路径。
本发明的有益效果在于：组网完全由主、从模块自动进行，主站与集中器直接抄表，等待模块应答或回复即可。集抄系统可以即装即用，操作方式极其简单、方便。
请参照图2，对于网络中的各个节点，每一次抄读如发现节点拥有不只1条路径，先选择默认的第一条路径进行抄表，见S200和S201。如果抄读成功，提升此路径的权值(总权值不能超过既定的上限)，然后根据权值从大到小将此节点的各条路径排序，权值最大的第1条为默认路径，见S220。当使用第1条路径抄读失败时，降低其权值(如果总权值降到下限则该路径失效)，主模块自动换下一条路径再次抄表，若抄读成功路径处理方式同第一条路径，否则同样降低权值并继续切换路径直到成功或者路径用完，后续的路径权值增减及排序等操作相同，见S210、S220、S230和S231。一旦路径用完仍未抄读成功，主模块可以针对该表发起一次组网，建立新的路径，新路径建立后将取代原来的路径，主模块可继续使用新路径抄一遍表(方法同上)，见S240、S241。
本发明通过动态自学习式路由筛选和路由检验，不断优化和考察路径，实现为各个节点建立最为稳定可靠的路径。因此抄表系统能够自适应电力线通信环境，自动根据节点拓扑结构探寻最优路径，保证抄表成功率。
请参照图3，在抄表过程中，使用铁电存储芯片存放每一个不同的节点的路径数据，当节点增加到一定的数量时，铁电存储芯片基本用完没有足够的空间存放下一个节点的路径(见S300)。该特殊状况如此应对：芯片最后存储的是上一个节点的路径，这个超额的节点组网完成后路径信息从上一个节点的起始存储地址开始写入，占据原来的存储空间，如S310所示。如果还有下一个新节点，其路径信息存储在第一个超额的节点的前一存储区域(倒数第二个节点的路径信息区间)，类似地，后续还有新节点组网逐步往前覆盖，见S320，到达第一个节点后又从最末节点开始覆盖，此过程可不断循环。实际上，当再次抄读被覆盖的节点时，由于其路径已不存在，它们变成了新的节点。
与洪泛动态路由方法的不同之处在于，洪泛是每抄一台表都要进行组网，无论抄读了多少次多少轮均这样。而本发明在出现节点数过多存储空间不足时，是从后往前覆盖，能够保证每一个节点均可抄读的同时，需要组网的节点是少数，大部分节点已经完成组网，很多节点存在路径，抄表效率和成功率均优于洪泛。
铁电存储芯片内所有节点的路径采用循环滚动存储方式，即将超出芯片存储容量的节点的路径从最后一个已被抄读的节点顺次往前覆盖，最终形成一个存储环链。这样可避免了台区节点过多部分节点无法完成抄读且无法查询其路径信息的情况，增强了抄表系统的容错能力和抵御意外事件的能力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用电信息集抄方法，其特征在于，包括：
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；
根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；
目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；
主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器；
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径的步骤具体为：
主模块获取抄表命令，搜索铁电存储芯片；
检测所有电表是否有路径且路径是否有效；
若是，则执行步骤“根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点”；
反之，则主模块自行发起组网，以获取有效路径；
主模块将有效路径加入下行载波抄表报文，并向下一级中继节点发送；
主模块自行发起组网，以获取有效路径的步骤具体为：
主模块广播下发目标节点组网命令；
中继节点通过CSMA/CA算法进行多级广播组网命令，并记录所述组网命令的级数、信号强度及源地址；
在组网命令到达目标节点后，从目标节点起逐级构建电表路径，并上传到主模块，进行存储；
主模块从存储的路径中确定有效路径；
主站或集中器不需要下发组网命令，组网由主模块和从模块在抄表过程中自动执行并维护。
2.根据权利要求1所述用电信息集抄方法，其特征在于，主模块从存储的路径中确定有效路径的步骤具体为：
主模块逐条选择路径，进行抄表；
判断是否抄表成功，
若是，则提升所选路径的权值；
反之，则降低所述路径的权值，并选择下一条路径；
在存储的所有路径抄表结束后，判断是否存在权值低于下限；
若是，则返回步骤“主模块自行发起组网，以获取有效路径”；
反之，则根据权值大小，将路径排序，并将权值最大的路径确定为有效路径。
3.根据权利要求1所述用电信息集抄方法，其特征在于，在抄表过程中，使用铁电存储芯片依次顺序存放节点的路径数据，并在存储空间用尽，又增加新的节点路径数据时，依次逆序覆盖存储铁电存储芯片原有节点路径数据。
4.一种用电信息集抄系统，其特征在于，包括主模块、中继节点、目标节点及集中器，其中：
主模块获取抄表命令，搜索电表的有效路径；
根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；
目标节点响应后，中继节点依次逆序将目标节点的上行响应报文传递到主模块；
主模块接收所述上行响应报文，并解析处理上传到集中器；
主模块获取抄表命令，搜索铁电存储芯片；
检测电表是否有路径且路径是否有效；
若是，则根据有效路径，主模块传递下行命令帧到中继节点，中继节点依次顺序将下行命令传递到目标节点；
反之，则主模块自行发起组网，以获取有效路径；
主模块将有效路径加入下行载波抄表报文，并向下一级中继节点发送；
主模块广播下发目标节点组网命令；
中继节点通过CSMA/CA算法进行多级广播组网命令，并记录所述组网命令的级数、信号强度及源地址；
在组网命令到达目标节点后，从目标节点起逐级构建电表路径，并上传到主模块，进行存储；
主模块从存储的路径中确定有效路径；
主站或集中器不需要下发组网命令，组网由主模块和从模块在抄表过程中自动执行并维护。
5.根据权利要求4所述用电信息集抄系统，其特征在于，
主模块逐条选择路径，进行抄表；
判断是否抄表成功，
若是，则提升所选路径的权值；
反之，则降低所述路径的权值，并选择下一条路径；
在存储的所有路径抄表结束后，判断是否存在权值低于下限；
若是，则主模块自行发起组网，以获取有效路径；
反之，则根据权值大小，将路径排序，并将权值最大的路径确定为有效路径。
6.根据权利要求4所述用电信息集抄系统，其特征在于，在抄表过程中，使用铁电存储芯片依次顺序存放节点的路径数据，并在存储空间用尽，又增加新的节点路径数据时，依次逆序覆盖存储铁电存储芯片原有节点路径数据。
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