CN107346980A - 一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法 - Google Patents

一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信协议，主要涉及一种由中心站、主站和从站构成的电缆防盗监控系统组网通信协议；所述中心站与主站间基于GPRS建立连接，所述主站与多个从站基于电力载波通信建立连接；系统中的通信主要由主站发起，其通过GPRS通信实现在中心站的站点注册和数据上报从而完成系统全局信息汇聚，主从站之间通过电力载波通信实现数据交互从而完成从站本地数据采集与电缆通断检测。主站设置有周期采集定时器以实现对监控线路上所有从站的周期性数据采集,本发明解决了在通信方法的实施过程中可能因线缆或从站设备故障而导致量两部分之间无法在有效的时间内进行正常通信的问题。

Description

一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法
技术领域
本发明涉及的领域为电缆的组网与通信，特别涉及一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法。
背景技术
随着国民经济迅猛发展，各种金属资源的供应紧张使得电缆盗窃事件频繁发生，由于电力线输送的是低压电，且分布广，使得电缆被盗日益猖獗，严重影响了人们的日常生活，也带来了经济损失。
以往的电缆直埋、深埋、封堵、混凝土包封等敷设方式随着科技的进步已逐步被更加智能化的高科技防盗手段代替。
现有技术中公开了高速公路上智能监测防盗系统，提出电力载波技术的智能监测防盗系统，所述系统主要采用监测中心、监测主站和监测从站三级架构来实现的，解决了正对高速公路距离长、分布广、收费站的特点的问题。而在这种技术中，仍存在有如下问题：
(1)载波通信的距离十分有限，所以系统中载波通信的组网问题，即数据帧从主站传输至目标从站过程中所要历经哪些路由站点对其转发的问题
(2)在载波通信过程中，主站可能与目标从站没有直接通信的能力，所以需要路由站点作为中继，对数据帧进行转发，可能出现误判。
上述两个问题将导致此种电缆防盗监测系统报警点精度不高、误报率高的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种报警点位置准确、误报率低的电缆防盗监测系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法，所述组网通信协议应用的电缆防盗监控系统由中心站、主站和从站组成，中心站接收主站对电缆状态监测结果的上报消息并通过人机交互界面将系统的状态呈现给用户；主站与从站基于电力线载波通信及数据采集以实时监控电缆的工作状态，并将监测结果通过GPRS无线网络上报给中心站；从站接收主站发送的电缆状态数据查询指令并反馈本地采集结果给主站；
系统通过在站点设置有定时器；系统上电后中心站、主站和各从站Sn分别完成完成初始化工作，通信站点间组网与通信协议执行流程为：
A1：主站通过无线通信模块首先向中心站发送站点注册申请消息，并启动其注册反馈定时器；
A2：中心站收到主站的注册申请消息后，首先判断该主站是否已经注册，若已注册则直接通过无线通信模块向主站发送注册确认消息；若未注册则将主站信息写入数据库中的站点列表后，再向主站回复注册确认消息；发送主站注册确认消息后，中心站开启注册主站的站点失效定时器；
A3：主站收到注册确认消息后首先关闭其注册反馈定时器，并进行消息的正确性检验，若正确则表明注册成功，其将更改自身注册标志位REG＝1；之后构造捎带格式的从站数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给监控线路上距离主站最远的从站Sn，n为大于2的正整数，同时启动从站应答定时器；
A4：从站Sn收到该捎带格式的数据请求后首先关闭其站点失效定时器，并校验该消息的正确性，若正确则会根据数据请求采集本站的相关数据信息，并将其插入捎带格式的数据请求反馈帧中，通过电力载波通信模块发送给上一从站Sn-1，完成数据帧的发送后，从站Sn会重启其站点失效定时器，等待下一次的数据请求；
A5：从站Sn-1收到带有从站Sn回复数据的捎带格式数据请求反馈帧后，关闭其站点失效定时器并校验该消息的正确性，若正确则也将本站的相关数据信息插入捎带格式的数据请求反馈帧中，通过电力载波通信模块发送给上一从站Sn-2、完成数据帧的发送后，从站Sn-1重启其站点失效定时器；
A6：前序从站与从站Sn、从站Sn-1类似，在完成消息正确性校验后，将本站的数据信息插入捎带格式的数据请求反馈帧中发送给上一从站，直到距离主站最近的从站S1收到消息并处理后通过电力载波通信模块将其发回给主站；
A7：主站收到从站S1回复的捎带格式数据请求反馈帧后，关闭从站反馈定时器并校验该消息的正确性，若正确则根据数据请求反馈帧构造一数据采集消息发送给中心站；
A8：中心站收到主站上报的数据采集消息后首先关闭其对应的站点失效定时器，进行消息的正确性校验，若正确则将数据信息写入数据库中，完成写入后，中心站将重启相应的站点时效定时器以等待主站的下一次数据上报。
在上述通信方法中，系统能够通过在站点上设置具有不同功能的定时器来保证周期性地进行中心站与主站、主站与多个从站间的双向数据通信从而达到电缆防盗与状态监控。
进一步的，主站设置有周期采集定时器,所述周期采集定时器中断到达时，主站会构造一捎带格式的数据请求帧并发送给从站Sn，进行新一轮的所有站点数据请求。
通过在主站上设置周期采集定时器以实现对监控线路上所有从站的周期性数据采集。
进一步的，所述系统因线缆断缆或从站设备故障而导致两两部分之间无法在有效时间内进行正常的通信，根据主从站在定时中断到达前是否收到新消息进行通信异常处理。
进一步的，若主站在其注册反馈定时器中断前未收到中心站回复的注册确认消息且尚未达到最大注册申请次数MAX_Reg_Num，则其再次构造站点注册申请并通过无线通信模块发送给中心站，并开启注册反馈定时器等待回复，若已达到最大注册申请次数MAX_Reg_Num，则主站将启动报警程序。
进一步的，主站监控线路的某段上发生故障时，某两个从站间的通信信道中断，主站将无法得到其发送的捎带格式数据请求帧的反馈，则主站将按以下步骤进行采集异常检测：
B1：关闭主站的周期采集定时器和从站应答定时器，进入采集异常检测模式；
B2：主站构造一普通格式的数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给距离本站最近的从站S1，开启采集异常检测定时器，并记录发送该数据请求帧的次数；
B3：从站S1收到主站发送的数据请求帧后关闭其站点失效定时器，并进行正确性校验，若正确则采集相关数据并构造数据请求应答，通过电力载波通信模块发回给主站；
B4：若主站在采集异常检测定时器中断前收到从站S1的数据请求应答，则其关闭采集异常检测定时器并进行正确性校验，若消息正确，则主站根据该数据请求应答构造数据采集消息，通过无线模块发送给中心站，并将该次数据请求重复次数清零，完成上报后，主站MA再次构造一普通格式的数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给监控线缆上位于中间的从站S(n+1)/2，并开启采集异常检测定时器，记录发送该数据请求帧的次数；
B5：从站S(n+1)/2采取与从站S1相同的操作，将数据请求应答发回主站；
B6：若主站MA在采集异常检测定时器中断前收到从站S(n+1)/2的数据请求应答，则表明从站S1与从站S(n+1)/2间的线缆完好无故障，主站将对从站S(n+1)/2与从站Sn间线缆进行故障检测，若主站未在采集异常检测定时器中断前收到从站的数据请求应答，则表明从站S1与从站S(n+1)/2间的线缆发生故障，则主站选取从站 S(n+1)/2与从站间的中间站点S(n+1)/4进行数据请求并进一步判断存在故障的线缆段；
B7：主站按照二分法的原则依次对线缆上的从站进行采集异常检测即发送普通的数据请求并等待应答，若数据请求应答正常，则向中心站上报数据采集消息；若达到最大采集异常检测次数MAX_Abn_Num时，检测的从站依旧没有数据应答，则主站在关闭采集异常检测定时器后构造该从站的丢失告警消息发送给中心站并启动本地报警程序；
B8：完成故障从站告警后，主站将该次数据请求重复次数清零，并构造普通格式的数据请求帧向后续从站发送，继续进行采集异常检测工作，
本发明的有益效果是：解决了在通信方法的实施过程中可能因线缆或从站设备故障而导致量两部分之间无法在有效的时间内进行正常通信的问题。
附图说明
图1示出了相关通信协议系统的主要网络节点
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
本设计方法适用的电缆防盗监控系统主要由中心站、主站和从站组成。中心站接收主站对电缆状态监测结果的上报消息并通过人机交互界面将系统的状态呈现给用户；主站与从站基于电力线载波通信及数据采集以实时监控电缆的工作状态，并将监测结果通过GPRS无线网络上报给中心站；从站接收主站发送的电缆状态数据查询指令并最终反馈本地采集结果给主站。图1示出了系统的主要网络节点。
下面结合图1具体说明系统组网与通信协议执行步骤。系统上电后中心站 CO、主站MA和各从站分别完成相应通信模块的初始化。完成初始化工作后，通信站点间组网与通信协议执行流程如下：
A1：主站MA通过无线通信模块首先向中心站CO发送站点注册申请消息，并启动其注册反馈定时器TM0，等待中心站CO的回复；
A2：中心站CO收到主站MA的注册申请消息后，首先判断该主站是否已经注册，若已注册则直接通过无线通信模块向主站发送注册确认消息；若未注册则将主站信息写入数据库中的站点列表后，再向主站回复注册确认消息；发送主站注册确认消息后，中心站CO开启注册主站的站点失效定时器TC0；
A3：主站MA收到注册确认消息后首先关闭其注册反馈定时器TM0，并进行消息的正确性检验，若正确则表明注册成功，其将更改自身注册标志位REG＝1，之后构造捎带格式的从站数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给监控线路上距离主站最远的从站Sn，同时启动从站应答定时器TM2；
A4：从站Sn收到该捎带格式的数据请求后首先关闭其站点失效定时器TS0，并校验该消息的正确性，若正确则会根据数据请求采集本站的相关数据信息，并将其插入捎带格式的数据请求反馈帧中，通过电力载波通信模块发送给上一从站Sn-1，完成数据帧的发送后，从站Sn会重启其站点失效定时器TS0，等待下一次的数据请求；
A5：从站Sn-1收到带有从站Sn回复数据的捎带格式数据请求反馈帧后，关闭其站点失效定时器TS0并校验该消息的正确性，若正确则也将本站的相关数据信息插入捎带格式的数据请求反馈帧中，通过电力载波通信模块发送给上一从站Sn-2，完成数据帧的发送后，从站Sn-1重启其站点失效定时器TS0，等待下一次的数据请求；
A6：前序从站与从站Sn、从站Sn-1类似，在完成消息正确性校验后，将本站的数据信息插入捎带格式的数据请求反馈帧中发送给上一从站，直到距离主站MA最近的从站S1收到消息并处理后通过电力载波通信模块将其发回给主站 MA；
A7：主站MA收到从站S1回复的捎带格式数据请求反馈帧后，关闭从站反馈定时器TM1并校验该消息的正确性，若正确则根据数据请求反馈帧构造一数据采集消息发送给中心站CO；
A8：中心站CO收到主站MA上报的数据采集消息后首先关闭其对应的站点失效定时器TC0，进行消息的正确性校验，若正确则将数据信息写入数据库中，完成写入后，中心站CO将重启相应的站点时效定时器TC0以等待主站MA的下一次数据上报；
在上述正常情况的工作过程中还包括：主站MA会设置周期采集定时器TM1，当该定时器中断到达时，主站MA会构造一捎带格式的数据请求帧并发送给从站 Sn，进行新一轮的所有站点数据请求，以实现对监控线路上所有从站的周期性数据采集。
除上述正常情况下的通信外，该系统还可能因线缆断缆或从站设备故障而导致两两部分之间无法在有效时间内进行正常的通信。下面将详细叙述通信过程中可能出现的故障情况及具体应对措施。
如果主站MA在其注册反馈定时器中断前未收到中心站CO回复的注册确认消息且尚未达到最大注册申请次数MAX_Reg_Num，则其再次构造站点注册申请并通过无线通信模块发送给中心站，并开启注册反馈定时器等待回复。若已达到最大注册申请次数MAX_Reg_Num，则主站将启动报警程序。
如果主站MA监控线路的某段上发生故障时，某两个从站间的通信信道中断，主站MA将无法得到其发送的捎带格式数据请求帧的反馈，则主站MA将按以下步骤进行采集异常检测：
B1：关闭主站MA的周期采集定时器TM1和从站应答定时器TM2，进入采集异常检测模式。
B2：主站MA构造一普通格式的数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给距离本站最近的从站S1，开启采集异常检测定时器TM3，并记录发送该数据请求帧的次数。
B3：从站S1收到主站MA发送的数据请求帧后关闭其站点失效定时器TS0，并进行正确性校验，若正确则采集相关数据并构造数据请求应答，通过电力载波通信模块发回给主站MA。
B4：若主站MA在采集异常检测定时器TM3中断前收到从站S1的数据请求应答，则其关闭采集异常检测定时器TM3并进行正确性校验。若消息正确，则主站MA根据该数据请求应答构造数据采集消息，通过无线模块发送给中心站CO，并将该次数据请求重复次数清零。完成上报后，主站MA再次构造一普通格式的数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给监控线缆上位于中间的从站S(n+1)/2，并开启采集异常检测定时器TM3，记录发送该数据请求帧的次数。
B5：从站S(n+1)/2采取与从站S1相同的操作，将数据请求应答发回主站。
B6：若主站MA在采集异常检测定时器TM3中断前收到从站S(n+1)/2的数据请求应答，则表明从站S1与从站S(n+1)/2间的线缆完好无故障，主站MA将对从站S(n+1)/2与从站Sn间线缆进行故障检测。若主站MA未在采集异常检测定时器TM3中断前收到从站S(n+1)/2的数据请求应答，则表明从站S1与从站S(n+1)/2间的线缆发生故障，则主站MA选取从站S1与从站S(n+1)/2间的中间站点S(n+1)/4进行数据请求并进一步判断存在故障的线缆段。
B7：主站MA按照二分法的原则依次对线缆上的从站进行采集异常检测即发送普通的数据请求并等待应答，若数据请求应答正常，则向中心站CO上报数据采集消息；若达到最大采集异常检测次数MAX_Abn_Num时，检测的从站依旧没有数据应答，则主站MA在关闭采集异常检测定时器TM3后构造该从站的丢失告警消息发送给中心站CO并启动本地报警程序。
B8：完成故障从站告警后，主站MA会将该次数据请求重复次数清零，并构造普通格式的数据请求帧向后续从站发送，继续进行采集异常检测工作。
针对中心站CO与主站MA之间利用无线网络进行信息交互的特点，设计一种数据帧格式：在本系统中，主站MA与中心站CO间的无线通信采用短信方式，根据短信业务的最大消息长度限制，将设计无线通信帧的最大长度不超过160字节，具体的交互消息帧格式如下：
针对主站MA与各从站之间利用电力载波通信模块进行信息交互的特点，设计一种数据帧格式，具体的交互消息帧格式如下：
为了验证本发明所提方法的性能，将本发明所提方法与逐站轮询参考方法进行数据采集时间的仿真比较。逐站轮询方法即由主站发起系统中的通信，每次仅向一个从站进行数据请求，在得到该从站的应答后，再向下一个从站进行数据请求。逐站轮询方式下的故障检测也采用该种方法，依次检测系统中的从站，直到检测到故障从站为止。仿真设置的条件为：对具有不同从站数 N＝[10,15,20]的系统进行数据采集模拟，主站与第一个从站间的通信时间为 0.7s，各从站间的通信时间都在(0,1s)内，并为系统设置三种不同的故障率，当系统随机生成的故障发生概率大于所设故障率时，系统中会出现故障或断缆。
所提方法与逐站轮询参考方法对系统数据采集时间(包括无故障情况下的数据采集和发生故障时的故障检测)的仿真中，执行1000次蒙特卡洛仿真下的平均结果可以看出具有相同从站数的系统，故障率相同的情况下本发明所提方法的平均数据采集时间远小于逐站轮询方法的平均数据采集时间，在性能上具有较为明显的改善。
以上详细描述了发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法，所述组网通信协议应用的电缆防盗监控系统由中心站、主站和从站组成，中心站接收主站对电缆状态监测结果的上报消息并通过人机交互界面将系统的状态呈现给用户；主站与从站基于电力线载波通信及数据采集以实时监控电缆的工作状态，并将监测结果通过GPRS无线网络上报给中心站；从站接收主站发送的电缆状态数据查询指令并反馈本地采集结果给主站；
系统通过在站点设置有定时器；系统上电后中心站(CO)、主站(MA)和各从站Sn分别完成初始化工作，其特征是:通信站点间组网与通信协议执行流程为：
A1：主站(MA)通过无线通信模块首先向中心站发送站点注册申请消息，并启动其注册反馈定时器；
A2：中心站(CO)收到主站(MA)的注册申请消息后，首先判断该主站是否已经注册，若已注册则直接通过无线通信模块向主站发送注册确认消息；若未注册则将主站信息写入数据库中的站点列表后，再向主站回复注册确认消息；发送主站注册确认消息后，中心站开启注册主站的站点失效定时器；
A3：主站(MA)收到注册确认消息后首先关闭其注册反馈定时器，并进行消息的正确性检验，若正确则表明注册成功，其将更改自身注册标志位REG＝1，之后构造捎带格式的从站数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给监控线路上距离主站最远的从站Sn,n为大于2的正整数，同时启动从站应答定时器；
A4：从站Sn收到该捎带格式的数据请求后首先关闭其站点失效定时器，并校验该消息的正确性，若正确则会根据数据请求采集本站的相关数据信息，并将其插入捎带格式的数据请求反馈帧中，通过电力载波通信模块发送给上一从站Sn-1，完成数据帧的发送后，从站Sn会重启其站点失效定时器，等待下一次的数据请求；
A5：从站Sn-1收到带有从站Sn回复数据的捎带格式数据请求反馈帧后，关闭其站点失效定时器并校验该消息的正确性，若正确则也将本站的相关数据信息插入捎带格式的数据请求反馈帧中，通过电力载波通信模块发送给上一从站Sn-2、完成数据帧的发送后，从站Sn-1重启其站点失效定时器；
A6：前序从站与从站Sn、从站Sn-1类似，在完成消息正确性校验后，将本站的数据信息插入捎带格式的数据请求反馈帧中发送给上一从站，直到距离主站(MA)最近的从站S1收到消息并处理后通过电力载波通信模块将其发回给主站(MA)；
A7：主站(MA)收到从站S1回复的捎带格式数据请求反馈帧后，关闭从站反馈定时器并校验该消息的正确性，若正确则根据数据请求反馈帧构造一数据采集消息发送给中心站(CO)；
A8：中心站(CO)收到主站(MA)上报的数据采集消息后首先关闭其对应的站点失效定时器，进行消息的正确性校验，若正确则将数据信息写入数据库中；完成写入后，中心站(CO)将重启相应的站点时效定时器以等待主站(MA)的下一次数据上报。
2.如权利要求1所述的一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法，其特征是：主站(MA)设置有周期采集定时器,所述周期采集定时器中断到达时，主站(MA)会构造一捎带格式的数据请求帧并发送给从站Sn，进行新一轮的所有站点数据请求。
3.如权利要求2所述的一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法，其特征是：所述系统因线缆断缆或从站设备故障而导致两两部分之间无法在有效时间内进行正常的通信，根据主从站在定时中断到达前是否收到新消息进行通信异常处理。
4.如权利要求3所述的一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法，其特征是：若主站(MA)在其注册反馈定时器中断前未收到中心站(CO)回复的注册确认消息且尚未达到最大注册申请次数MAX_Reg_Num，则其再次构造站点注册申请并通过无线通信模块发送给中心站，并开启注册反馈定时器等待回复；若已达到最大注册申请次数MAX_Reg_Num，则主站将启动报警程序。
5.如权利要求3所述的一种多从站电缆防盗监控系统的组网通信方法，其特征是：主站(MA)监控线路的某段上发生故障时，某两个从站间的通信信道中断，主站(MA)将无法得到其发送的捎带格式数据请求帧的反馈，则主站(MA)将按以下步骤进行采集异常检测：
B1：关闭主站(MA)的周期采集定时器和从站应答定时器，进入采集异常检测模式；
B2：主站(MA)构造一普通格式的数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给距离本站最近的从站S1，开启采集异常检测定时器，并记录发送该数据请求帧的次数；
B3：从站S1收到主站(MA)发送的数据请求帧后关闭其站点失效定时器，并进行正确性校验，若正确则采集相关数据并构造数据请求应答，通过电力载波通信模块发回给主站(MA)；
B4：若主站(MA)在采集异常检测定时中断前收到从站S1的数据请求应答，则其关闭采集异常检测定时器并进行正确性校验，若消息正确，则主站(MA)根据该数据请求应答构造数据采集消息，通过无线模块发送给中心站(CO)，并将该次数据请求重复次数清零；完成上报后，主站(MA)再次构造一普通格式的数据请求帧并通过电力载波通信模块发送给监控线缆上位于中间的从站S(n+1)/2，并开启采集异常检测定时器，记录发送该数据请求帧的次数；
B5：从站S(n+1)/2采取与从站S1相同的操作，将数据请求应答发回主站；
B6：若主站(MA)在采集异常检测定时器中断前收到从站S(n+1)/2的数据请求应答，则表明从站S1与从站S(n+1)/2间的线缆完好无故障，主站(MA)将对从站S(n+1)/2与从站Sn间线缆进行故障检测；若主站(MA)未在采集异常检测定时器中断前收到从站S(n+1)/2的数据请求应答，则表明从站S1与从站S(n+1)/2间的线缆发生故障，则主站(MA)选取从站S1与从站S(n+1)/2间的中间站点S(n+1)/4进行数据请求并进一步判断存在故障的线缆段；
B7：主站(MA)按照二分法的原则依次对线缆上的从站进行采集异常检测即发送普通的数据请求并等待应答，若数据请求应答正常，则向中心站(CO)上报数据采集消息；若达到最大采集异常检测次数MAX_Abn_Num时，检测的从站依旧没有数据应答，则主站(MA)在关闭采集异常检测定时器后构造该从站的丢失告警消息发送给中心站(CO)并启动本地报警程序；
B8：完成故障从站告警后，主站(MA)将该次数据请求重复次数清零，并构造普通格式的数据请求帧向后续从站发送，继续进行采集异常检测工作。
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