CN106612232A - 一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法。路由通过组网过程收集所有从节点的邻居场强,并将从节点配置到特定的私有信道组。路由为每个从节点设置每次抄表的抄表属性,根据各项抄表属性的不同,按照不同的策略选择中继路径和通讯信道发送无线抄表数据帧。优先选用组网过程中的可用路径,补充使用最短路径算法获取的理论路径,理论与实际相结合。本发明充分考虑了实际应用中各种偶然因素对抄表造成的影响,通过不同的中继路径,通讯信道多次尝试抄表,在减少对相邻台区造成干扰的同时,极大地保证了每个抄表任务的成功率和网络稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及微功率无线通信技术、路由技术领域,具体地说是一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法。
背景技术
当前,智能电网建设正在规范有序的进行,在电力用户用电信息采集系统的通讯方式方面,微功率无线自组织网络早已超过千万的应用节点,目前已经升级为微功率无线互联互通标准。基于微功率无线的路由抄表效率是影响这一网络成败的重要因素。
实际长期应用中,路由抄表效率受各种环境因素的影响:影响范围小的如个别电表故障、个别位置地物变化;影响范围大的如阶段性天气变化、特定频率的无线电磁干扰、现场环境多台区互干扰等;还有一些软件程序相关因素,如信标帧转发不充分、表端模块异常离网、采集器模块地址变化等。一种特定因素对抄表的产生影响可能是小概率事件,但是总有某种因素影响正常抄表却是大概率事件。
现有的路由算法,主要基于组网路径,或图论相关的算法路径,循环进行抄表尝试。这类算法应对多变因素缺乏灵活性,并且往往忽略了中继路径和通讯信道的关联性,不能迅速的适应环境的突然变化,容易丢弃因偶然因素失败的有效路径,过于频繁的替换本来有效的路径,导致抄表链路越来越长,效率越来越低。随着微功率无线网络应用范围越来越大,对抄表的效率和稳定性要求不断增强。
发明内容
本发明旨在针对现场环境中易发生影响抄表的各种偶然因素的特点,为保证网络的稳定性,抄表效率的高可持续性,提供了一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法。
本发明采用的技术方案如下:一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法,包括以下步骤:
a、路由通过组网阶段获取所有从节点的邻居表信息;
b、集中器通过本地接口协议下发抄表任务给路由,并给定一个预设时间;当集中器收到成功数据、上报失败或超时信息后,重新下发新的抄表任务;
c、在任务的预设时间内,路由发送无线抄表数据帧,然后上报成功数据或上报失败状态;
步骤a中,组网的过程包括:转发信标帧、收集邻居场强、配置子节点。
进一步的,所述组网的过程还包括:
路由将所有从节点配置到特定的私有信道组;
将配置子节点帧的路径作为相应目标从节点的主路径,设置主父节点;
选择多个信号优良的邻居节点做为备用父节点。(选择备用父节点要考虑的因素包括:目标节点与邻居节点的双向场强,邻居节点的深度层次,邻居节点是否配置成功等)
进一步的,所述步骤c中抄表的过程包括;
路由为每个从节点设置每次抄表的抄表属性;所述抄表属性包括抄表轮次、抄表阶段、抄表次数和抄表信道;针对一个目标从节点,路由每一次发送无线抄表数据帧,都依据抄表属性的不同,选择特定的链路和通讯信道。(抄表成功后,路由记录从节点的成功属性,包括:成功路径、成功信道、成功次数等。)
所述抄表轮次是指,路由设定一个预设时间的抄表动作为一个轮次。例如30秒为一轮,则一分钟为2轮。轮次是一个不断累加的过程,轮次结束抄表失败,则轮次加1,抄表成功则轮次清零。
所述抄表阶段是指,在每个轮次内,抄表策略分为多个阶段,最多包括5个阶段。每个阶段按照不同的策略选择链路,选择的无线通讯信道和抄表次数也各不相同。这些都可以根据经验值进行调整。抄表阶段也是一个不断累加的过程,并且可跨越不同轮次,相当于第二轮可以接着第一轮的阶段继续抄表。抄表成功,阶段清零。超过阶段5,也清零重新开始。
所述抄表次数是指,在当前抄表阶段,重复抄表的次数。每个抄表阶段都从零开始计数,重复抄表则累加,抄表成功则清零。
进一步的,所述抄表阶段包括五个阶段:
阶段一,主父节点阶段:以目标从节点的主父节点为末端中继节点,再选择中继节点的主父节点,依次递归至中心节点,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;
阶段二,上次成功路径阶段:依据从节点的成功属性,使用成功路径、成功信道,发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;
阶段三,备用父节点阶段:以目标从节点的备用父节点为末端中继节点,再选择中继节点的主父节点,依次递归至中心节点,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;当目标从节点有多个备用父节点时,依次轮循这些节点,按照上述方法抄表;
阶段四,主父节点的最短路径阶段:以目标节点的主父节点为末端中继节点,中心节点为源点,采用单源最短路径算法,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;
阶段五,备用父节点的最短路径阶段:以目标节点的备用父节点为末端中继节点,中心节点为源点,采用单源最短路径算法,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;当目标从节点有多个备用父节点时,依次轮循这些节点,按照上述方法抄表。
进一步地,上述的单源最短路径算法具体包括以下步骤:
1)以Dijkstra(迪杰斯特拉)算法为原型,建立无向图G=(V,E),中心节点为源点,各从节点为顶点;
2)各边的长度通过从节点的双向邻居场强按照特定的方法换算得来;
3)计算中心节点至各从节点的最短路径,形成一个最短路径的数组,记录各从节点的最短路径父节点序号;后续读取路径时,通过递归的方法得到中心节点至各从节点的整条链路。
以上各个抄表阶段,允许重复的特定次数,可以根据经验值进行调整。为了避免偶然因素造成的抄表失败,一般重试不少于2次。当主父节点阶段失败时,不立即更换主父节点,而是记录当前成功路径的成功次数,如果连续成功3次,则将该路径末端中继节点设置为主父节点。
按照以上多个阶段的方案,既通过多次尝试排除了偶然因素的影响,保证了链路的稳定性;又通过不同的中继路径,排除了存在故障节点造成的影响;并且优先选用组网过程中的可用路径,补充使用路径算法获取的理论路径,理论与实际相结合,极大地提高了抄表成功率和及时性。
进一步的,所述抄表信道是指路由发送无线抄表数据帧时使用的通讯信道。(微功率无线互联互通标准的通讯信道包括一个公共信道组,32个私有信道组。每个信道组又分为高频点和低频点共2个信道,二者之间相差了8MHz的频率带宽。所以,即使同一个信道组,不同的频点抄表效率也可能大不相同。)
进一步的,所述抄表信道的选择包括如下步骤:
1)首先判断抄表阶段是否为上次成功路径阶段,如果是,就采用上次成功信道;否则进入下一步;
2)如果抄表轮次为0时,有两种情况,如果存在上次成功路径,采用成功信道;从未成功的,采用私有信道组;
3)抄表轮次大于0,且为6的倍数时,采用公共信道组;否则采用私有信道组;以此基本保持私有信道与公共信道次数5:1;
4)在当前轮次的各个抄表阶段,重复尝试信道组的高、低频点。
如此,在现场环境较好时,路由基本只在私有信道抄表,减少在公共信道对其他台区的干扰,保证了相邻台区的网络稳定性;当环境不稳定时,包括从节点异常离网、信道组高低频点背景干扰不同等情况时,路由也能在较短时间内抄回数据,保证了抄表效率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1为本发明抄表阶段的流程图;
图2为本发明抄表信道的流程图;
图3为模拟环境中抄表过程可用路径选择的示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示,本发明抄表阶段的详细步骤如下:
1)开始抄读从节点,设定抄表任务有效时间为30秒,默认进入S1主父节点阶段。以目标从节点的主父节点获取的中继链路抄表;单次抄读失败,在当前信道组每个信道循环尝试;抄读成功,上报抄表数据;尝试4次后仍然失败,进入步骤S2;
2)S2上次成功路径阶段,如果目标从节点曾经抄读成功,则使用成功路径、成功信道开始抄读;单次抄读失败,在成功信道反复尝试;抄读成功,上报抄表数据;尝试2次后仍然失败,进入步骤S3;
3)S3备用父节点阶段,以目标从节点的备用父节点获取的中继链路抄表;当目标从节点有多个备用父节点时,依次轮循这些节点;单次抄读失败,在当前信道组每个信道循环尝试;抄读成功,上报抄表数据;所有备用父节点均尝试4次后仍然失败,进入步骤S4;
4)S4主父节点的最短路径阶段,以目标从节点的主父节点获取的最短路径为中继抄表;单次抄读失败,在当前信道组每个信道循环尝试;抄读成功,上报抄表数据;尝试2次后仍然失败,进入步骤S5;
5)S5备用父节点的最短路径阶段,以目标从节点的备用父节点获取的最短路径为中继抄表;当目标从节点有多个备用父节点时,依次轮循这些节点;单次抄读失败,在当前信道组每个信道循环尝试;抄读成功,上报抄表数据;所有备用父节点均尝试4次后仍然失败,进入下一步;
6)每次发出抄读无线数据帧前,都应判断抄表任务的有效时间,如果超时,则上报失败状态,结束本次抄表;如果未超时,则继续操作;在步骤S5之后,如果任务继续有效,则重新进入步骤S1主父节点阶段。
如图2所示,假设路由支持在4个信道上发送无线抄表数据帧,公共信道组高低频点的索引值为0、1,私有信道组高低频点的索引值为2、3,本发明抄表信道的选择详细步骤如下:
1)首先判断抄表阶段是否S2,如果是,进入步骤B2;如果不是,跳至步骤B4;
2)进入步骤B2后,再判断是否存在上次成功路径,如果存在,采用上次成功信道的索引,跳至步骤B7;如果不存在,采用私有信道组,进入步骤B3;
3)进入步骤B3后,判断抄表次数是否为偶数,如果是,采用信道索引2;如果不是,采用信道索引3;两种情况均进入步骤B7;
4)若进入步骤B4,先判断抄表轮次是否为0,如果是,回跳至步骤B2;如果不是,进入步骤B5;
5)若进入步骤B5,先判断抄表轮次是否大于0,并且是6的倍数,如果是,采用公共信道组,进入步骤B6;如果不是,采用私有信道组,回跳至步骤B3;
6)若进入步骤B6,先判断抄表次数是否为偶数,如果是,采用信道索引0;如果不是,采用信道索引1;两种情况均进入步骤B7;
7)若进入步骤B7,则返回信道索引,退出流程。
下面结合一具体实施例对本发明的方法进行详细说明。
如图3所示,假设中心节点为S,网络中存在地址分别为1至9的9个从节点,组网结束后,得到图示的邻居关系。实线表示主路径,虚线表示备用路径,线条上的字母表示信号场强的转换值(其中a=1,b=2,c=3,d=4)。地址7为本次抄读目标从节点,假设为初次抄表,即所有抄表属性均清零。虽然该从节点可能一次就能抄读成功,为了说明本发明的实现过程,假定抄读一直失败,以便列举出所有可能的路径选择:
抄表阶段S1,地址7的主父节点为地址3,因此完整链路为S->1->3->7;
抄表阶段S2,该阶段无可用路径,继续下一步;
抄表阶段S3,地址7的备用父节点为地址4、5,因此完整链路有两条,分别是S->1->4->7和S->2->5->7;
抄表阶段S4,地址7的主父节点为地址3,地址3的最短路径是S->1->3,因此完整链路为S->1->3->7;
抄表阶段S5,地址7的备用父节点为地址4、5,地址4的最短路径是S->2->4,地址5的最短路径是S->1->5,因此完整链路有两条,分别是S->2->4->7和S->1->5->7;
以上各阶段,抄表轮次为0,无上次成功路径,因此采用私有信道组,交替使用信道索引2、3。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明,凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换,应当视为本申请揭露的范围。
Claims (7)
1.一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、路由通过组网阶段获取所有从节点的邻居表信息;
b、集中器通过本地接口协议下发抄表任务给路由,并给定一个预设时间;当集中器收到成功数据、上报失败或超时信息后,重新下发新的抄表任务;
c、在任务的预设时间内,路由发送无线抄表数据帧,然后上报成功数据或上报失败状态;
步骤a中,组网的过程包括:转发信标帧、收集邻居场强、配置子节点。
2.如权利要求1所述的集中器主动抄表路由方法,其特征在于,所述组网的过程还包括:
路由将所有从节点配置到特定的私有信道组;
将配置子节点帧的路径做为相应目标从节点的主路径,设置主父节点;
选择多个邻居节点做为备用父节点。
3.如权利要求1或2所述的集中器主动抄表路由方法,其特征在于,所述步骤c中抄表的过程包括;
路由为每个从节点设置每次抄表的抄表属性;所述抄表属性包括抄表轮次、抄表阶段、抄表次数和抄表信道;针对一个目标从节点,路由每一次发送无线抄表数据帧,都依据抄表属性的不同,选择特定的链路和通讯信道。
4.如权利要求3所述的集中器主动抄表路由方法,其特征在于:所述抄表阶段是指在每个轮次内,抄表策略分为多个阶段,每个阶段按照不同的策略选择链路、无线通讯信道和抄表次数。
5.如权利要求4所述的集中器主动抄表路由方法,其特征在于,所述抄表阶段包括五个阶段:
阶段一,主父节点阶段:以目标从节点的主父节点为末端中继节点,再选择中继节点的主父节点,依次递归至中心节点,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;
阶段二,上次成功路径阶段:依据从节点的成功属性,使用成功路径、成功信道,发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;
阶段三,备用父节点阶段:以目标从节点的备用父节点为末端中继节点,再选择中继节点的主父节点,依次递归至中心节点,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;当目标从节点有多个备用父节点时,依次轮循不同的备用父节点,按照上述方法抄表;
阶段四,主父节点的最短路径阶段:以目标节点的主父节点为末端中继节点,中心节点为源点,采用单源最短路径算法,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;
阶段五,备用父节点的最短路径阶段:以目标节点的备用父节点为末端中继节点,中心节点为源点,采用单源最短路径算法,得到完整链路;在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧,允许重复特定的次数;当目标从节点有多个备用父节点时,依次轮循不同的备用父节点,按照上述方法抄表。
6.如权利要求5所述的集中器主动抄表路由方法,其特征在于:所述抄表信道是指路由发送无线抄表数据帧时使用的通讯信道。
7.如权利要求6所述的集中器主动抄表路由方法,其特征在于,所述抄表信道的选择包括如下步骤:
1)首先判断抄表阶段是否为上次成功路径阶段,如果是,就采用上次成功信道;否则进入下一步;
2)如果抄表轮次为0时,有两种情况,如果存在上次成功路径,采用成功信道;从未成功的,采用私有信道组;
3)抄表轮次大于0,且为6的倍数时,采用公共信道组;否则采用私有信道组;以此基本保持私有信道与公共信道次数5:1;
4)在当前轮次的各个抄表阶段,重复尝试信道组的高、低频点。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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