CN107146395A - 基于宽带载波通信的抄表系统及抄表方法 - Google Patents

Abstract

基于宽带载波通信的抄表系统，包括集中器、与所述集中器通信连接的中央协调器、与所述中央协调器通信连接的载波节点及与载波节点通信连接的电能表，所述中央协调器上设置有用于存储集中器添加的抄表任务的任务接收区、用于存放需要优先执行的抄表任务的任务执行缓冲区和用于存放中央协调器向集中器上报的反馈报文的任务上报缓冲区。本发明的抄表系统采用并行执行任务的方式，集中器与中央协调器之间的交互、中央协调器与载波节点之间的交互都是并发执行的，结合抄表策略，优化并发通信抄表流程，让集中器可以更快更稳定地收集电能表的数据。

Description

基于宽带载波通信的抄表系统及抄表方法

技术领域

本发明属于电力线宽带载波通信技术领域，尤其涉及一种基于宽带载波通信的并行抄表系统及并行抄表方法。

背景技术

近年来，各厂家相继推出应用于能源管理和家庭自动化的电力线宽带载波芯片，使得电力线宽带载波技术以更稳定、更高速的优势逐渐取代电力线窄带载波技术，进入电能表自动抄表系统、路灯控制和智能家居等领域。

在自动抄表领域，对于大型的电力公司来说，一般会设置多个主站，每个主站管理若干个台区，每个台区由多个集中器来管理，一个集中器往往要收集400～500只电能表的数据，如果主站想要实时采集电能表信息，对抄表速度的要求非常高。传统的集中器抄表方式是串行通信，也就是添加一个任务，等任务执行完毕，需上报任务数据且集中器回复确认后，才能添加下一个任务。这种方式的执行效率很低，抄表周期很长。抄表速度这一指标既体现了一款产品的性能，也体现了厂家在该领域的实力，对占据该领域的市场份额有着重要影响，因此，如何提高抄表速度是各个厂家急需解决的问题。

为了提高抄表效率，缩短抄表周期，公开号为CN104318750A的中国发明专利申请公开了一种并行抄表系统及抄表方法，该系统包括集中器、中央协调设备CCO、站点STA及计量表。抄表时，集中器在一个抄表周期内向中央协调设备连续发送多条抄表命令，中央协调设备根据计量表标识通过宽带载波电力线向各站点连续发送抄表指令，站点根据抄表指令从计量表处获得计量数据，并向中央协调设备反馈报文，中央协调设备将包含了计量数据的反馈报文发送给集中器。该抄表系统通过并行发送抄表命令及并行接收反馈报文的方式实现了提高抄表效率及改善对计量表数据采集的实时性的目的。但是如何在并行抄表的基础上进一步提升效率及抄表成功率及仍是各厂商的研发重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抄表效率高的基于宽带载波通信的抄表系统及抄表方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

基于宽带载波通信的抄表系统，包括集中器、与所述集中器通信连接的中央协调器、与所述中央协调器通信连接的载波节点及与载波节点通信连接的电能表，所述中央协调器上设置有用于存储集中器添加的抄表任务的任务接收区、用于存放需要优先执行的抄表任务的任务执行缓冲区和用于存放中央协调器向集中器上报的反馈报文的任务上报缓冲区。

更具体的，所述任务接收区和/或任务执行缓冲区和/或任务上报缓冲区设置有任务存放阈值。

前述基于宽带载波通信的抄表系统的抄表方法，包括以下步骤：

添加任务；集中器向中央协调器发送抄表报文，抄表报文包括电能表地址和数据标识，添加任务的步骤如下：

集中器查询在线载波节点的信息；

集中器根据查询到的信息按照抄表策略设置抄表任务的优先级；

集中器将抄表任务添加到中央协调器的任务接收区，中央协调器根据抄表任务的优先级将任务接收区内的抄表任务添加到任务执行缓冲区，向任务执行缓冲区添加任务的过程包括以下子步骤：

查询任务接收区里是否存在优先级高的任务，如果存在，则优先添加到任务执行缓冲区中；

优先级高的任务处理完后，依次按时间顺序将任务接收区里的任务添加到任务执行缓冲区；

执行任务；中央协调器根据抄表报文里的电能表地址将任务执行缓冲区中的抄表任务发送给载波节点，载波节点收到抄表报文后下发给电能表，电能表提取相应的数据组织成响应报文返回载波节点，载波节点通过宽带电力线回传给中央协调器；

上报任务；载波节点回复的反馈报文由中央协调器存放在任务上报缓冲区，中央协调器将回传的反馈报文上报给集中器。

更具体的，对经过同一个载波节点的多条抄表任务，在任务缓冲执行区里只允许添加该载波节点的一条抄表任务。

更具体的，添加任务步骤中集中器查询在线载波节点的信息包括载波节点的中继深度，载波节点的信号强度、载波节点的设备属性及载波节点的映射关系。

更具体的，抄表策略根据载波节点的中继深度、载波节点的信号强弱、载波节点的设备属性及载波节点的映射关系制定。

更具体的，抄表策略为：

添加任务前，先根据查询到的在线载波节点的信息判断该抄表任务对应的载波节点是否在线，如不在线则不添加；

判断对同一个载波节点是否已有抄表任务在任务执行缓冲区内，如果有，则推迟添加该抄表任务；

中继深度小的、信号强度强的，优先添加；

根据设备属性及映射关系判断载波节点为单相模块或采集器，载波节点为采集器时，根据载波节点的映射关系，先检索任务执行缓冲区内是否已有该载波节点的抄表任务，如果没有优先级高，如果有则优先级最低，对同一个载波节点的抄表任务分开添加。

更具体的，所述任务接收区和/或任务执行缓冲区和/或任务上报缓冲区设置有任务存放阈值，当存储的任务达到任务存放阈值时停止添加。

更具体的，中央协调器收到反馈报文后上报任务的过程包括以下步骤：

中央协调器接收到载波节点的反馈报文，检查反馈报文的有效性，看是否丢帧或异常帧；如果反馈报文有效，则将载波节点回复的反馈报文按先后顺序依次添加到中央协调器的任务上报缓冲区；

中央协调器循环检测任务上报缓冲区中是否有待上报的反馈报文，如果有，则把反馈报文上报到集中器。

更具体的，中央协调器将反馈报文上报到集中器后，清除任务上报缓冲区内已上报的反馈报文，等待集中器确认是否已接收到上报的反馈报文；

如果集中器回复确认帧，中央协调器则清除任务接收区和任务执行缓冲区内与上报成功的反馈报文对应的抄表任务，如未收到集中器回复的确认帧，则在任务接收区和任务执行缓冲区继续保留对应的抄表任务，直至该抄表任务被再次执行。

由以上技术方案可知，本发明的抄表系统采用并行执行任务的方式，集中器与中央协调器之间的交互、中央协调器与载波节点之间的交互都是并发执行的，即集中器在向中央协调器连续下发多个抄表任务的同时，中央协调器也可以向集中器上报任务数据，中央协调器向载波节点发送多条抄表命令的同时，载波节点也可以同时反馈多条报文到中央协调器，本发明同时通过在中央协调器中设置任务执行缓冲区和任务上报缓冲区，结合抄表策略，优化并发通信抄表流程，让集中器可以更快更稳定地收集电能表的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统的框图；

图2为本发明方法执行抄表任务的流程图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

如图1所示，本发明的抄表系统包括主站、集中器、中央协调器(CCO)、若干个载波节点(STA1、STA2、……、STAn)以及多个电能表。主站通过网络，如GPRS/CDMA/光纤与集中器通信连接，向集中器发送读电能表的报文指令。集中器与中央协调器通信连接，以任务的形式将抄表报文添加到中央协调器，中央协调器根据抄表报文的目的地址，找到要抄表的电能表对应的载波节点，通过宽带载波网络将抄表报文传输给载波节点，载波节点通过串口把抄表报文下发至该电能表，电能表解析报文内容后，将相应的计量数据打包回传给载波节点，载波节点再通过宽带电力线网络传输回中央协调器，由中央协调器根据回传内容组织上报给集中器，集中器再把反馈报文响应给主站。

本发明将集中器下发抄表报文到中央协调器的过程称为添加任务，将中央协调器与载波节点、载波节点与电能表之间的通信称为执行任务，将中央协调器响应报文并上报给集中器的过程称为上报任务。因此，一次抄表流程可以理解为添加任务、执行任务、上报任务的过程。

在一次抄表流程中，中央协调器要运行的流程包括：对集中器下发的抄表指令的接收处理、抄表指令的执行处理、向载波节点发送抄表指令、对载波节点上报的反馈报文的接收处理和向集中器发送反馈报文等步骤，其中，抄表指令的接收处理包括缓存抄表指令和解析抄表指令等进程；抄表指令的执行处理包括把抄表任务添加到任务执行缓冲区和管理任务执行缓冲区内的抄表任务等进程；反馈报文的接收处理包括在任务上报缓冲区缓存反馈报文的进程。

本发明的集中器与中央协调器之间的交互、中央协调器与载波节点之间的交互是并发执行的，集中器向中央协调器发送完一条抄表命令后，不用等待接收与这条抄表命令对应的上报报文就能向中央协调器继续发送对另一个电能表的抄表命令；中央协调器向某一个载波节点发送了一条抄表指令后，不用等待该载波节点返回与这条抄表指令对应的反馈报文，就能继续根据接收到的其他抄表命令，向另一个载波节点发送抄表指令。集中器在向中央协调器连续下发多个抄表任务的同时，中央协调器也可以向集中器上报任务数据，中央协调器向载波节点发送多条抄表命令的同时，载波节点也可以同时反馈多条报文到中央协调器。

如图1所示，本发明的中央协调器上设置有任务接收区、任务执行缓冲区和任务上报缓冲区。任务接收区用于存储集中器添加的抄表任务，任务接收区可设置任务存放阈值，本实施例任务接收区的任务存放阈值为130，当集中器检测到任务接收区内的抄表任务达到任务存放阈值时，停止向中央协调器添加任务。

任务执行缓冲区用于存放需要优先执行的抄表任务，经过同一个载波节点的抄表命令，在任务缓冲执行区里只允许添加一条抄表命令。任务接收区内的抄表任务根据抄表策略选择性添加至任务执行缓冲区中，抄表策略根据载波节点的中继深度、载波节点的信号强弱及载波节点的设备属性、载波节点的映射关系制定：中继深度越小，优先级越高；信号强度越强，优先级越高；根据设备属性及映射关系判断载波节点为单相模块或采集器，载波节点如果为采集器，先检索任务执行缓冲区内是否已有该载波节点的抄表任务，如果没有优先级高，如果有则优先级低；根据优先级别向任务执行缓冲区添加抄表任务。任务执行缓冲区也可以设置任务存放阈值，例如任务存放阈值为10，即可以存放10个抄表任务，10个抄表任务会被中央协调器同时下发给相应的载波节点去执行；载波节点也会同时回复响应帧(反馈报文)，载波节点回复的响应帧会被中央协调器存放在任务上报缓冲区。

任务上报缓冲区用于存放中央协调器向集中器上报的任务数据(即反馈报文)。任务上报缓冲区同样可设置任务存放阈值，例如任务存放阈值为10，即可以存放10个待上报任务数据，中央协调器向集中器上报任务数据时，每上报一个任务数据，中央协调器就会将该任务数据在任务上报缓冲区内清除。在收到集中器的确认帧后，中央协调器还会进一步将任务接收区和任务执行缓冲区内与该任务数据对应的抄表任务删除。

下面结合图1和图2，对本发明抄表系统的抄表方法进行说明，抄表系统抄表时，主站向集中器发送读电能表的报文指令，

添加任务；集中器接到指令后，向中央协调器发送抄表报文，抄表报文包括电能表地址和数据标识，添加任务的步骤如下：

a、集中器查询在线载波节点的信息，查询的信息包括载波节点的中继深度，载波节点的信号强度、载波节点的设备属性(是单相模块还是采集器)及载波节点的映射关系；对于属于采集器的载波节点而言，其可以通过RS485连接不超过32只电能表，所以需要建立一对多的映射关系，通过映射关系，中央协调器能准确找到电能表，从而快速完成抄表；

b、集中器根据查询到的信息按照抄表策略设置抄表任务的优先级，中继深度小的优先添加，信号强的优先添加，载波节点为采集器时，根据载波节点的映射关系，对同一个载波节点的抄表任务，选择性分开添加；例如将任务的优先级分为0级到3级，优先级越小，级别越高；进一步的，对需要紧急执行的任务，如手动抄表任务，设置优先级为高级，优先添加执行；

c、将抄表任务添加到中央协调器的任务接收区，中央协调器根据抄表任务的优先级将任务接收区内的抄表任务添加到任务执行缓冲区；向任务执行缓冲区添加任务的过程包括以下子步骤：

c-1、查询任务接收区里是否存在优先级比较高的任务，如果存在，则优先添加到任务执行缓冲区中，马上去执行；

c-2、优先级高的任务处理完后，依次按时间顺序将任务接收区里的任务添加到任务执行缓冲区；

按照抄表策略设置抄表任务的优先级，抄表策略具体如下：

添加任务前，先根据查询到的在线载波节点的信息判断该抄表任务对应的载波节点是否在线，如不在线则不添加；

判断对同一个载波节点是否已有抄表任务在任务执行缓冲区内，如果有，则推迟添加该抄表任务；如对于属于采集器类型的载波节点，由于载波节点下挂接了多只电能表，包括电表1、电表2、……、电表N，如果任务执行缓冲区里存在电表1的抄表任务，对于电表2到电表N的抄表任务推迟添加到任务执行缓冲区中；通过将同一载波节点上的抄表任务分开添加，以避免电力线上冲突；根据抄表策略，中继深度越小的，信号强度越强的，优先添加，同一个载波节点上的抄表任务，分开添加，由此可以避免抄表时先执行一些信号差或受干扰的STA的抄表任务，耗费太多时间，而信号强的STA迟迟没有去抄读的情况发生，提高抄表效率；

执行任务；中央协调器根据抄表报文里的电能表地址将任务执行缓冲区中的抄表任务发送给载波节点，载波节点收到抄表报文后，通过串口或RS485口下发给电能表，电能表根据抄表报文里的数据标识提取相应的数据，并组织成响应报文返回载波节点，载波节点通过宽带电力线回传给中央协调器；

上报任务；中央协调器将回传的反馈报文组织上报给集中器，集中器再把反馈报文发送给主站；

中央协调器收到反馈报文后上报的过程包括以下步骤：

中央协调器接收到载波节点的反馈报文，先检查反馈报文的有效性，看是否丢帧或异常帧；如果反馈报文有效，则将载波节点回复的反馈报文按先后顺序依次添加到中央协调器的任务上报缓冲区，如果超过任务上报缓冲区的报文存放阀值则暂停添加；

中央协调器循环检测任务上报缓冲区中是否有待上报的反馈报文，如果有，则把反馈报文上报到集中器；

清除任务上报缓冲区内已上报的反馈报文，等待集中器确认是否已接收到上报的反馈报文；

如果集中器回复确认帧，表明上报已成功，中央协调器则进一步清除任务接收区和任务执行缓冲区内与上报成功的反馈报文对应的抄表任务，如未收到集中器回复的确认帧，则在任务接收区和任务执行缓冲区继续保留对应的抄表任务，直至该抄表任务被再次执行。

本发明的抄表流程中每个步骤的执行过程是并发执行的，不依赖于集中器的确认帧或CCO的确认帧。前述实施例的抄表方法是以集中器主动下发一条抄表命令，经过CCO、抄表命令相应的STA及相应的电表，最终由CCO返回与这条抄表命令相应的反馈报文的过程为一个抄表流程。但还存在另外一种抄表流程，是由CCO主动向集中器请求许可，集中器向CCO发送许可或抄表命令，CCO向STA下发抄表指令，STA向对应的电表抄读数据，最终由CCO返回与这条抄表指令相应的反馈报文到集中器的过程，本发明同样适用于此类抄表流程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.基于宽带载波通信的抄表系统，包括集中器、与所述集中器通信连接的中央协调器、与所述中央协调器通信连接的载波节点及与载波节点通信连接的电能表，其特征在于：

所述中央协调器上设置有用于存储集中器添加的抄表任务的任务接收区、用于存放需要优先执行的抄表任务的任务执行缓冲区和用于存放中央协调器向集中器上报的反馈报文的任务上报缓冲区。

2.根据权利要求1所述的基于宽带载波通信的抄表系统，其特征在于：所述任务接收区和/或任务执行缓冲区和/或任务上报缓冲区设置有任务存放阈值。

3.如权利要求1或2所述的基于宽带载波通信的抄表系统的抄表方法，其特征在于，包括以下步骤：

添加任务；集中器向中央协调器发送抄表报文，抄表报文包括电能表地址和数据标识，添加任务的步骤如下：

集中器查询在线载波节点的信息；

集中器根据查询到的信息按照抄表策略设置抄表任务的优先级；

集中器将抄表任务添加到中央协调器的任务接收区，中央协调器根据抄表任务的优先级将任务接收区内的抄表任务添加到任务执行缓冲区，向任务执行缓冲区添加任务的过程包括以下子步骤：

查询任务接收区里是否存在优先级高的任务，如果存在，则优先添加到任务执行缓冲区中；

优先级高的任务处理完后，依次按时间顺序将任务接收区里的任务添加到任务执行缓冲区；

执行任务；中央协调器根据抄表报文里的电能表地址将任务执行缓冲区中的抄表任务发送给载波节点，载波节点收到抄表报文后下发给电能表，电能表提取相应的数据组织成响应报文返回载波节点，载波节点通过宽带电力线回传给中央协调器；

上报任务；载波节点回复的反馈报文由中央协调器存放在任务上报缓冲区，中央协调器将回传的反馈报文上报给集中器。

4.如权利要求3所述的抄表方法，其特征在于：对经过同一个载波节点的多条抄表任务，在任务缓冲执行区里只允许添加该载波节点的一条抄表任务。

5.如权利要求3或4所述的抄表方法，其特征在于：添加任务步骤中集中器查询在线载波节点的信息包括载波节点的中继深度，载波节点的信号强度、载波节点的设备属性及载波节点的映射关系。

6.如权利要求3或4所述的抄表方法，其特征在于：抄表策略根据载波节点的中继深度、载波节点的信号强弱、载波节点的设备属性及载波节点的映射关系制定。

7.如权利要求6所述的抄表方法，其特征在于：抄表策略为：

添加任务前，先根据查询到的在线载波节点的信息判断该抄表任务对应的载波节点是否在线，如不在线则不添加；

判断对同一个载波节点是否已有抄表任务在任务执行缓冲区内，如果有，则推迟添加该抄表任务；

中继深度小的、信号强度强的，优先添加；

根据设备属性及映射关系判断载波节点为单相模块或采集器，载波节点为采集器时，根据载波节点的映射关系，先检索任务执行缓冲区内是否已有该载波节点的抄表任务，如果没有优先级高，如果有则优先级最低，对同一个载波节点的抄表任务分开添加。

8.如权利要求3或4所述的抄表方法，其特征在于：所述任务接收区和/或任务执行缓冲区和/或任务上报缓冲区设置有任务存放阈值，当存储的任务达到任务存放阈值时停止添加。

9.如权利要求3或4或7所述的抄表方法，其特征在于：中央协调器收到反馈报文后上报任务的过程包括以下步骤：

中央协调器接收到载波节点的反馈报文，检查反馈报文的有效性，看是否丢帧或异常帧；如果反馈报文有效，则将载波节点回复的反馈报文按先后顺序依次添加到中央协调器的任务上报缓冲区；

中央协调器循环检测任务上报缓冲区中是否有待上报的反馈报文，如果有，则把反馈报文上报到集中器。

10.如权利要求9所述的抄表方法，其特征在于：中央协调器将反馈报文上报到集中器后，清除任务上报缓冲区内已上报的反馈报文，等待集中器确认是否已接收到上报的反馈报文；

如果集中器回复确认帧，中央协调器则清除任务接收区和任务执行缓冲区内与上报成功的反馈报文对应的抄表任务，如未收到集中器回复的确认帧，则在任务接收区和任务执行缓冲区继续保留对应的抄表任务，直至该抄表任务被再次执行。