CN106454986B - 电力无线数据采集网络路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电力无线数据采集网络路由方法，包括以下步骤：S1：信标转发停止，路由开始计算；S2：判断是否有备份路由，若是，则使用备份路由收集从节点场强表，再根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表，若否，则直接根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表；S3：根据已收集从节点的邻居表收集其他从节点场强表；S4：判断是否收集完毕，若是，则从全网的高度进行路由遍历计算，若否，则返回步骤S3；S5：按优先级规则保留多条最高权值的路由；S6：判断计算是否完毕，若是，则根据每个从节点的路由分配层级，若否，则返回步骤S4；S7：分配时隙；S8：配置所有从节点网络路由信息，路由计算完毕。本发明可以提高组网成功率。

Description

电力无线数据采集网络路由方法
技术领域
本发明涉及智能电表无线数据采集领域，尤其涉及一种电力无线数据采集网络路由方法。
背景技术
2013年，国家电网公司发布了Q/GDW 11016-2013《电力用户用电信息采集系统通信协议第4部分：基于微功率无线通信的数据传输协议》。该标准明确了无线采集网络的组网流程框架，并提供了一些路由方法供参考，其提供的路由方法为普通的路由方法，如图1所示，其中存在着比较多的缺陷，包括：(1)使用逐层收集邻居场强表，逐层配置从节点网络的方式，这种算法一开始就丢弃了信号场强不达标的路由，这些信号强度不达标的节点，如果在后面的层级中没有更好的路由，则无法入网；(2)只有当两个节点双向通信的RSSI信号强度都满足场强门限的要求，才确定两个节点间的通信路径可靠，由于从节点资源的局限等原因，使得从节点无法保存所有邻居节点的场强信息，这种邻居场强表的不完备性，可能导致无法计算出从节点的最优路由，甚至从节点无法路由；(3)从节点路由逐层计算，逐层配置，层与层之间时隙连续分配，不预留时隙，这样导致组网完成后，如果本层网络有新的从节点游离入网，则无法保证新入网的从节点分配到的时隙号，小于下一层网络的从节点的时隙号，这种不合法的时隙号，可能导致无线广播命令执行异常等问题；(4)对于某条特定的路由，通信成功一次则权值加一，通信失败一次权值减二，这种路由权值的计算方式，并不能准确体现某一段时间内路由的通信质量；(5)没有进行路由动态重算，如果网络外部环境发生变化导致某条路径不通，或者当网络中某从节点出现故障时，如果不进行路由重算，则可能导致网络的通信质量下降，如果故障路径或故障节点处于关键路径上时，甚至可能导致网络的崩溃。上述各种缺陷会导致在某些特殊情况下组网成功率低、路由的稳健性差、路由不能适应外部环境的动态变化等问题。
因此，有必要设计一种新的电力无线数据采集网络路由方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力无线数据采集网络路由方法，旨在用于解决现有的路由方法中的组网成功率低的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：信标转发停止，路由开始计算；
S2：判断是否有备份路由，若是，则使用备份路由收集从节点场强表，再根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表，若否，则直接根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表；
S3：根据已收集从节点的邻居表收集其他从节点场强表；
S4：判断是否收集完毕，若是，则从全网的高度进行路由遍历计算，若否，则返回步骤S3；
S5：按优先级规则保留多条最高权值的路由；
S6：判断计算是否完毕，若是，则根据每个从节点的路由分配层级，若否，则返回步骤S4中从全网的高度进行路由遍历计算；
S7：给各个层级的从节点分配时隙；
S8：配置所有从节点网络路由信息，路由计算完毕。
进一步地，在步骤S3中进行路由计算时，放开场强门限的限制，遍历计算出所有可能的路由。
进一步地，在步骤S3中进行路由计算时，采用两个节点之间单向的RSSI信号强度，近似评估双向通信的信号质量，并对单向的信号强度做一定的弱化补偿。
进一步地，在步骤S7中分配时隙时，在每个层级间预留一定数量的时隙号。
进一步地，还包括路由权值统计步骤，根据路由中最弱信号强度、路由长度、与其他路由重复的中继节点个数，计算出路由的权值初值，网络运行中，实时统计某条路由的通信总次数和通信成功的次数，再以此计算路由的通信成功率，以通信成功率作为路由的权值。
进一步地，还包括场强表更新步骤，网络中的所有节点收到其他节点合法的数据帧后，立即更新邻居场强表中的RSSI值，在业务空闲时期，中心节点重新收集一次全网节点的邻居场强表。
进一步地，还包括路由动态重算步骤，当某条路由连续操作失败多次，或者路由的权值低于权值门限时，立即开启路由重算，路由重算的过程会综合评估邻居节点的路由权值和更新后的邻居场强表。
进一步地，还包括网络定时维护步骤，在业务空闲时期，中心节点会在工作频道发射一次信标，启动网络优化流程，在全网信标转发完毕后，收集全网的邻居场强表，然后判断网络中各类节点的路由状态，并对低权值的路由进行更新优化。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的这种电力无线数据采集网络路由方法，采用收集完所有从节点的邻居场强表后，再从全网的高度进行路由计算，路由计算时，可以放开对信号场强的要求，如场强门限的限制，遍历计算出所有可能的路由，并根据权值规则保留多条最高权值路由，这样，对于某些信号场强不达标的路由，如果在后面层级中没有更好的路由，则可以保留该路由，以此提高组网成功率。
(2)本发明提供的这种电力无线数据采集网络路由方法，采用单向信号强度近似评估双向通信的信号质量，并对单向的信号强度做一定的弱化补偿，这样的处理方式，可以很大程度上改善由于邻居场强表的不完备性带来的路由计算问题，特别是在从节点分布很密集的情况下，改善尤为明显。
(3)本发明提供的这种电力无线数据采集网络路由方法，每一层网络预留一定数量的时隙号，预留给本层新入网的从节点，从而保证本网络层次的从节点的时隙号小于更高网络层次的从节点的时隙号，进而避免了由于不合法的时隙号导致的无线广播命令执行异常等问题。
附图说明
图1为背景技术中提供的普通路由方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电力无线数据采集网络路由方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例提供一种电力无线数据采集网络路由方法，包括以下步骤：
S1：信标转发停止，路由开始计算；
S2：判断是否有备份路由，若是，则使用备份路由收集从节点场强表，再根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表，若否，则直接根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表；
S3：根据已收集从节点的邻居表收集其他从节点场强表；
S4：判断是否收集完毕，若是，则从全网的高度进行路由遍历计算，若否，则返回步骤S3；
S5：按优先级规则保留多条最高权值的路由；
S6：判断计算是否完毕，若是，则根据每个从节点的路由分配层级，若否，则返回步骤S4中从全网的高度进行路由遍历计算；
S7：给各个层级的从节点分配时隙；
S8：配置所有从节点网络路由信息，路由计算完毕。
本发明实施例提供的这种电力无线数据采集网络路由方法，采用收集完所有从节点的邻居场强表后，再从全网的高度进行路由计算，路由计算时，可以放开对信号场强的要求，遍历计算出所有可能的路由，并根据权值规则保留多条最高权值路由，这样，对于某些信号场强不达标的路由，如果在后面层级中没有更好的路由，则可以保留该路由，以此提高组网成功率。
优选地，在步骤S3中进行路由计算时，放开场强门限的限制，遍历计算出所有可能的路由。路由计算过程中，场强门限作为路由权值的参考因素之一，不满足场强门限要求的路由权值较低，但无其他更高权值的路由可用时，可以保留该路由，以此提高组网成功率。
优选地，在步骤S3中进行路由计算时，采用两个节点之间单向的RSSI信号强度，近似评估双向通信的信号质量，并对单向的信号强度做一定的弱化补偿。由于多径衰落等原因，两个节点之间的双向通信质量并不能完全对称，但是只要单向信号足够强，经过弱化补偿后，如果仍然能满足场强门限的要求，则可以理解为两个之间双向通信可靠。所以，这样的处理方式，可以很大程度上改善由于邻居场强表的不完备性带来的路由计算问题，特别是在从节点分布很密集的情况下，改善尤为明显。
优选地，在步骤S7中分配时隙时，在每个层级间预留一定数量的时隙号。每个层级间预留的时隙号用于预留给本层新入网的从节点，从而保证本网络层次的从节点的时隙号小于更高网络层次的从节点的时隙号，进而避免了由于不合法的时隙号导致的无线广播命令执行异常等问题。
本发明实施例提供的这种电力无线数据采集网络路由方法还包括路由权值统计步骤，根据路由中最弱信号强度、路由长度、与其他路由重复的中继节点个数，计算出路由的权值初值，网络运行中，实时统计某条路由的通信总次数和通信成功的次数，再以此计算路由的通信成功率，以通信成功率作为路由的权值。这种权值计算方式，能准确体现出某一段时间内路由的通信质量。
本发明实施例提供的这种电力无线数据采集网络路由方法还包括场强表更新步骤，网络中的所有节点收到其他节点合法的数据帧后，立即更新邻居场强表中的RSSI值，在业务空闲时期，中心节点重新收集一次全网节点的邻居场强表。路由的重算，需要参考网络中相邻节点的路由权值，以及网络中相邻节点之间的RSSI信号强度。本发明设计的路由方法中，包含RSSI的更新过程，网络中的所有节点收到其他节点合法的数据帧后，立即更新邻居场强表中的RSSI值。每天凌晨，在业务空闲时期，中心节点重新收集一次全网节点的邻居场强表。全网邻居场强表是网络优化、路由重算的基础数据之一。
本发明实施例提供的这种电力无线数据采集网络路由方法还包括路由动态重算步骤，当一些原因导致某条路由连续操作失败多次，或者路由的权值低于权值门限时，立即开启路由重算，路由重算的过程会综合评估邻居节点的路由权值和更新后的邻居场强表，根据实际情况重算路由，使得网络能更好地适应外部环境的变化。
本发明实施例提供的这种电力无线数据采集网络路由方法还包括网络定时维护步骤，在业务空闲时期，中心节点会在工作频道发射一次信标，启动网络优化流程，在全网信标转发完毕后，收集全网的邻居场强表，然后判断网络中各类节点的路由状态，并对低权值的路由进行更新优化。网络的定时维护使得网络具有一定的智能性，网络运行越久越稳健。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：信标转发停止，路由开始计算；
S2：判断是否有备份路由，若是，则使用备份路由收集从节点场强表，再根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表，若否，则直接根据中心节点邻居表收集与中心节点相邻节点的场强表；
S3：根据已收集从节点的邻居表收集其他从节点场强表；
S4：判断是否收集完毕，若是，则从全网的高度进行路由遍历计算，若否，则返回步骤S3；
S5：按优先级规则保留多条最高权值的路由；
S6：判断计算是否完毕，若是，则根据每个从节点的路由分配层级，若否，则返回步骤S4中从全网的高度进行路由遍历计算；
S7：给各个层级的从节点分配时隙；
S8：配置所有从节点网络路由信息，路由计算完毕；
在步骤S7中分配时隙时，在每个层级间预留一定数量的时隙号，每个层级间预留的时隙号用于预留给本层新入网的从节点。
2.如权利要求1所述的电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于：在步骤S3中根据已收集从节点的邻居表收集其他从节点场强表时，放开场强门限的限制，遍历计算出所有可能的路由。
3.如权利要求1所述的电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于：在步骤S3中根据已收集从节点的邻居表收集其他从节点场强表时，采用两个节点之间单向的RSSI信号强度，近似评估双向通信的信号质量，并对单向的信号强度做一定的弱化补偿。
4.如权利要求1所述的电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于：还包括路由权值统计步骤，根据路由中最弱信号强度、路由长度、与其他路由重复的中继节点个数，计算出路由的权值初值，网络运行中，实时统计某条路由的通信总次数和通信成功的次数，再以此计算路由的通信成功率，以通信成功率作为路由的权值。
5.如权利要求1所述的电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于：还包括场强表更新步骤，网络中的所有节点收到其他节点合法的数据帧后，立即更新邻居场强表中的RSSI值，在业务空闲时期，中心节点重新收集一次全网节点的邻居场强表。
6.如权利要求5所述的电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于：还包括路由动态重算步骤，当某条路由连续操作失败多次，或者路由的权值低于权值门限时，立即开启路由重算，路由重算的过程会综合评估邻居节点的路由权值和更新后的邻居场强表。
7.如权利要求1所述的电力无线数据采集网络路由方法，其特征在于：还包括网络定时维护步骤，在业务空闲时期，中心节点会在工作频道发射一次信标，启动网络优化流程，在全网信标转发完毕后，收集全网的邻居场强表，然后判断网络中各类节点的路由状态，并对低权值的路由进行更新优化。
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