CN107369308B - 一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法 - Google Patents

Abstract

一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，涉及用电信息采集领域。目前，如果某个子节点离网，则至少需要N个点名帧的周期才能发现，数据易丢失，影响工作的可靠性。本发明包括全网感知步骤：子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，如果发现某个邻居子节点超过1个超帧没有发信标，则发信息给中心节点报告该子节点这个超帧没发信标，中心节点收到信息后可以发点名帧确认一下该邻居子节点是否在网，如果没有收到点名确认帧，则把离网情况实时同步给集中器，由集中器实时上报给采集系统主站。本技术方案有效提高发现邻居节点离网的效率，有利于快速发现问题，提高用电信息采集系统工作的准确性、稳定性，可靠性。

Description

一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法

技术领域

本发明涉及用电信息采集领域，尤其指一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法。

背景技术

电力公司的用电信息采集系统一般采用两级网络通信，即采集系统主站、集中器、采集器或电能表，集中器可采用微功率无线方式与采集器或电能表通信，其所具有的通信单元CAC（Cellular Access Center）是微功率无线的中心节点，采集器或电能表所在的通信单元就是子节点，集中器通过CAC远程读取采集器或者电能表的数据。用电信息采集系统的第一级网络是采集系统主站与集中器之间采用的GPRS、3G/4G、光纤等远程通信方式；第二级是中心节点与子节点之间的微功率无线通信方式，中心节点负责组建网络，子节点同时只能加入一个网络。

中心节点周期性的发送点名帧给每个子节点，到达点名时刻（1/2点名周期）时，若中心节点与子节点期间存在数据交互，则不进行点名操作，并且两边（对应子节点与中心节点）都刷新点名周期，若无数据交互，则发送点名报文，当正确接收到点名回复时，则会继续下一个点名周期，若未能收到点名回复则重新进行点名报文发送，子节点回复点名确认帧或者心跳帧，子节点发送心跳帧是从3/4点名周期后开始发送，点名的流程如图1所示。

子节点在判断离网机制上有三种条件：

l 子节点在N（0<N<4）个心跳周期内未收到主节点点名帧并且未收到主节点回复心跳确认帧；

l 在规定的最大拓扑版本更新周期内未收到拓扑更新信息；

l 收到 MAC 失步通知后，节点执行离网操作。

若中心节点在持续点名期间收到应答或子节点的心跳报文，则点名成功，进而继续下一个点名周期，若在子节点的N个心跳周期内未收到该子节点的点名确认帧并且该子节点的心跳帧，则认为该子节点离网，并把离网情况同步上报给集中器，进而集中器上报给采集系统主站。为了不影响正常的业务数据，需要降低点名帧等维护信息占用的网络容量比重，因此点名帧发送不能太频繁、周期不能太短，并且只能由中心节点来控制主动发送，如果某个子节点离网，则至少需要N个点名帧的周期才能发现，数据易丢失，影响工作的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，以 达到提高离网判断效率的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，用电信息采集系统采用两级网络通信，三个通信节点从上到下依次是采集系统主站、集中器、采集器或电能表，集中器采用微功率无线方式与采集器或电能表通信，集中器设通信单元CAC，其为微功率无线网络的中心节点，采集器或电能表所在的通信单元就是子节点；两级网络通信的第一级网络是采集系统主站与集中器之间采用远程通信方式；第二级是中心节点与子节点之间的微功率无线通信方式，中心节点负责组建网络，子节点执行入网申请操作，在组建的网络中，中心节点要管理其到所有子节点的路由表；其特征在于：微功率无线网络通信方法包括全网感知步骤：子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，如果发现某个邻居子节点超过1个超帧没有发信标，则发信息给中心节点报告该子节点这个超帧没发信标，中心节点收到信息后可以发点名帧确认一下该邻居子节点是否在网，如果没有收到点名确认帧，则把离网情况实时同步给集中器，由集中器实时上报给采集系统主站。本技术方案借助MAC层周期性更短的信标帧，子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，理想情况下每个超帧可以听到至少一次某个邻居子节点的信标。有效提高发现邻居节点离网的效率，有利于快速发现问题，提高用电信息采集系统工作的准确性、稳定性，可靠性。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

进一步的，全网感知步骤包括以下子步骤：

11）子节点侦听邻居信标信息；

12）判断是否收到邻居信息，若没有收到邻居信息，则继续执行步骤21）侦听邻居信标信息；若收到邻居信息，则进入下一步骤23）；

13）计算收到邻居节点的时间间隔；

14）判断时间间隔是否超过限值；若时间间隔超过限值，则上报中心节点，该邻居可能离线，若时间间隔没有超过限值，则继续执行步骤11）侦听邻居信标信息。

15）中心节点侦听子节点上报信息，若收到子节点上报邻居离线信息，则对被上报的子节点点名；

16）判断子节点是否应答，若子节点没应答，则上报集中器该子节点离线，若子节点应答则继续执行步骤25）侦听子节点上报信息。

进一步的，子节点最优网络选择步骤包括以下子步骤：

21）在接收时隙时启动最优网络选择工作；

22）判断是否在超时时间内检测到本网络信标前导，若在超时时间内检测到本网络信标前导，则等待本网络报文，若超时时间内检测到本网络报文，则接收本网络报文，若超时时间内未检测到本网络报文，则切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；在接收本网络报文后和超时时间内未检测到本网络信标前导时，也切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；

23）持续接收报文，如果是有效信标，则记录邻居网络信息；

24）判断时隙是否结束，若没有结束，则继续步骤13）；若时隙结束，则比较邻居网络与本网络链路质量信息；

25）判断邻居网络是否优于本网络，包括网络层级、链路质量、网络规模因素；

26）若邻居网络优于本网络，则执行入网相关操作，否则结束，等待下次的接收时隙开始。

进一步的，用电信息采集系统通信方法还包括批量变动步骤及主动同步上报步骤；

批量变动步骤：中心节点周期性的在每天的t1时刻执行搜索子节点操作，接下来在每天的t2时刻同步归属关系到集中器，进而同步到采集系统主站；

主动同步上报步骤：中心节点发现有新增子节点时，实时地进行搜索该子节点的操作，并仅将该子节点的归属关系实时地同步到集中器，集中器向上同步到采集系统主站，由采集系统主站根据同步上报时间的先后顺序确定子节点的新归属关系；集中器每次上报同步归属关系到采集系统主站后的m分钟之内，无论归属关系是否发生变更均不再次上报，m分钟后如有归属关系变化，则继续上报。

主动同步上报过程包括中心节点CAC与集中器之间的同步和集中器与采集系统主站之间的同步；

31）中心节点CAC与集中器之间的同步：当有新节点加入网络时，判断是否需要搜表，若需要则启动单点搜表，若不需要则直接上报给集中器，当收到确认应答后，完成中心节点CAC与集中器之间同步过程；

32）集中器与采集系统主站之间的同步：集中器获取到CAC上报的新增子节点信息后进行档案同步更新，同时上报参数变更记录事件ERC3，数据内容中变更参数数据单元标识为测量点状态参数F150，将集中器内部档案参数变更标识上报至采集系统主站。

有益效果：

1、通过全网感知步骤，使得子节点离网能及时发现，及时修改中心节点与子节点的对应关系，避免数据丢失情况等发生；

2、本技术方案借助MAC层周期性更短的信标帧，子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，以及时发现邻居节点的离网，有利于快速发现、修复异常情况，提高用电信息采集系统工作的准确性、稳定性，可靠性。

3、通过子节点最优网络选择步骤，使得子节点可以在自身网络正常通信状态下，进行周边网络的扫描，不影响正常的工作，一旦出现网络不理想、断网等情况，可以及时转网，避免出现数据丢失的情况。

4、批量变动步骤和主动同步上报步骤,保证中心节点与子节点间的档案对应关系准确，以保证中心节点及时地能与子节点通信。

附图说明

图1是本发明的子节点最优网络选择流程图。

图2是本发明的全网感知步骤的子节点处理流程图。

图3是本发明的全网感知步骤的中心节点处理流程图图。

图4是本发明的中心节点CAC与集中器之间的同步流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

用电信息采集系统采用两级网络通信，三个通信节点从上到下依次是采集系统主站、集中器、采集器或电能表，集中器采用微功率无线方式与采集器或电能表通信，以远程读取采集器或者电能表的数据，集中器设通信单元CAC，其为微功率无线网络的中心节点，采集器或电能表所在的通信单元就是子节点；两级网络通信的第一级网络是采集系统主站与集中器之间采用远程通信方式；第二级是中心节点与子节点之间的微功率无线通信方式，中心节点负责组建网络，子节点执行入网申请操作，在组建的网络中，中心节点要管理其到所有子节点的路由表；

微功率无线网络通信方法包括以下步骤：

1）子节点最优网络选择步骤：

子节点在所属中心节点的网络中做正常的跳频通信时，利用同步网络每个时隙中的空闲时间，进入周边网络扫描，即子节点在每个接收时隙进行双频点扫描，通过长时间的周边网络扫描，获取基本完整的周边邻居网络信息，综合比较与自身网络条件的优劣，做出是否切换至其他网络的决定；若邻居网络优于本网络，则执行网关相关操作。

其具体步骤如图1所示，包括：

S11在接收时隙时启动最优网络选择工作；

S12判断是否在超时时间内检测到本网络信标前导，若在超时时间内检测到本网络信标前导，则等待本网络报文，若超时时间内检测到本网络报文，则接收本网络报文，若超时时间内未检测到本网络报文，则切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；在接收本网络报文后和超时时间内未检测到本网络信标前导时，也切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；

S13持续接收报文，如果是有效信标，则记录邻居网络信息；

S14判断时隙是否结束，若没有结束，则继续步骤13）；若时隙结束，则比较邻居网络与本网络链路质量信息；

S15判断邻居网络是否优于本网络，包括网络层级、链路质量、网络规模因素；

S16若邻居网络优于本网络，则执行入网相关操作，否则结束，等待下次的接收时隙开始。

2）全网感知步骤：

子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，如果发现某个邻居子节点超过1个超帧没有发信标，则发信息给中心节点报告该子节点这个超帧没发信标，中心节点收到信息后可以发点名帧确认一下该邻居子节点是否在网，如果没有收到点名确认帧，则把离网情况实时同步给集中器，由集中器实时上报给采集系统主站。

其具体步骤如图2、图3所示，包括：

S21子节点侦听邻居信标信息；

S22判断是否收到邻居信息，若没有收到邻居信息，则继续执行步骤S21侦听邻居信标信息；若收到邻居信息，则进入下一步骤23）；

S23计算收到邻居节点的时间间隔；

S24判断时间间隔是否超过限值；若时间间隔超过限值，则上报中心节点，该邻居可能离线，若时间间隔没有超过限值，则继续执行步骤S21侦听邻居信标信息。

S25中心节点侦听子节点上报信息，若收到子节点上报邻居离线信息，则对被上报的子节点点名；

S26判断子节点是否应答，若子节点没应答，则上报集中器该子节点离线，若子节点应答则继续执行步骤25）侦听子节点上报信息。

S3批量变动步骤：

中心节点周期性的在每天的t1时刻执行搜索子节点操作，接下来在每天的t2时刻同步归属关系到集中器，进而同步到采集系统主站；

S4主动同步上报步骤：

中心节点发现有新增子节点时，实时地进行搜索该子节点的操作，并仅将该子节点的归属关系实时地同步到集中器，集中器向上同步到采集系统主站，由采集系统主站根据同步上报时间的先后顺序确定子节点的新归属关系；集中器每次上报同步归属关系到采集系统主站后的m分钟之内，无论归属关系是否发生变更均不再次上报，m分钟后如有归属关系变化，则继续上报。

同步上报过程包括中心节点CAC与集中器之间的同步和集中器与采集系统主站之间的同步；

S401中心节点CAC与集中器之间的同步：如图4所示，当有新节点加入网络时，判断是否需要搜表，若需要则启动单点搜表，若不需要则直接上报给集中器，当收到确认应答后，完成中心节点CAC与集中器之间同步过程；CAC主动上报的同步报文需要扩展《Q GDW1376.2-2013电力用户用电信息采集系统通信协议第2部分集中器本地通信模块接口协议》中的报文，即“AFN=06，FN=4”；具体报文数据格式如表1所示；

表1 扩展报文数据格式

数据内容	数据格式	字节数
			上报从节点的数量n	BIN	1
从节点1通信地址	BCD	6
			从节点1通信协议类型	BIN	1
从节点1序号	BIN	2
			从节点1设备类型	BIN	1
从节点1下接从节点总数量M	BIN	1
			本报文传输的下接的从节点数量m	BIN	1
下接从节点1通信地址	BCD	6
			下接从节点1通信协议类型	BIN	1
……	……	……
			下接从节点m通信地址	BCD	6
下接从节点m通信协议类型	BIN	1

a）通信协议类型： 00H为透明传输；01H为DL/T 645-1997；02H为DL/T 645-2007，03H~FFH保留。

b）从节点序号：指从节点在路由表中的序号。

c）设备类型：00H为采集器，01H为电能表，02H~FFH 保留。

d）下接从节点总数量M：设备类型为01H或00H时，0≤M≤32。M=0表示采集器下无485表；M>0，表示采集器下接485表总数量。设备类型为02H时，M=0。

e）本次上报的下接从节点数量m：设备类型为01H或00H时，0≤m≤8。M=0，m=0；M>0，M≥m，m表示本次上报的采集器下接485表数量。设备类型为02H时，M=0，m=0。

f）下接从节点通信地址：设备类型为01H或00H，M>0时，表示采集器下的485电表的通信地址。

S402集中器与采集系统主站之间的同步：集中器获取到CAC上报的新增子节点信息后进行档案同步更新，同时上报参数变更记录事件ERC3，数据内容中变更参数数据单元标识为测量点状态参数F150，将集中器内部档案参数变更标识上报至采集系统主站。

以上图1-4所示的一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，用电信息采集系统采用两级网络通信，三个通信节点从上到下依次是采集系统主站、集中器、采集器或电能表，集中器采用微功率无线方式与采集器或电能表通信，集中器设通信单元CAC，其为微功率无线网络的中心节点，采集器或电能表所在的通信单元就是子节点；两级网络通信的第一级网络是采集系统主站与集中器之间采用远程通信方式；第二级是中心节点与子节点之间的微功率无线通信方式，中心节点负责组建网络，子节点执行入网申请操作，在组建的网络中，中心节点要管理其到所有子节点的路由表；其特征在于：微功率无线网络通信方法包括全网感知步骤：子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，如果发现某个邻居子节点超过1个超帧没有发信标，则发信息给中心节点报告该子节点这个超帧没发信标，中心节点收到信息后可以发点名帧确认一下该邻居子节点是否在网，如果没有收到点名确认帧，则把离网情况实时同步给集中器，由集中器实时上报给采集系统主站；

全网感知步骤包括以下子步骤：

11）子节点侦听邻居信标信息；

12）判断是否收到邻居信息，若没有收到邻居信息，则继续执行步骤21）侦听邻居信标信息；若收到邻居信息，则进入下一步骤23）；

13）计算收到邻居节点的时间间隔；

14）判断时间间隔是否超过限值；若时间间隔超过限值，则上报中心节点，该邻居可能离线，若时间间隔没有超过限值，则继续执行步骤11）侦听邻居信标信息；

15）中心节点侦听子节点上报信息，若收到子节点上报邻居离线信息，则对被上报的子节点点名；

16）判断子节点是否应答，若子节点没应答，则上报集中器该子节点离线，若子节点应答则继续执行步骤25）侦听子节点上报信息；

用电信息采集系统通信方法还包括子节点最优网络选择步骤：子节点在所属中心节点的网络中做正常的跳频通信时，利用同步网络每个时隙中的空闲时间，进入周边网络扫描，即子节点在每个接收时隙进行双频点扫描，通过长时间的周边网络扫描，获取基本完整的周边邻居网络信息，综合比较与自身网络条件的优劣，做出是否切换至其他网络的决定；若邻居网络优于本网络，则执行网关相关操作；

通过全网感知步骤，使得子节点离网能及时发现，及时修改中心节点与子节点的对应关系，避免数据丢失；借助MAC层周期性更短的信标帧，子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，以及时发现邻居节点的离网；通过子节点最优网络选择步骤，使得子节点可以在自身网络正常通信状态下，进行周边网络的扫描，不影响正常的工作，一旦出现网络不理想、断网情况，可以及时转网，避免出现数据丢失。

2.根据权利要求1所述的一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，其特征在于：子节点最优网络选择步骤包括以下子步骤：

21）在接收时隙时启动最优网络选择工作；

22）判断是否在超时时间内检测到本网络信标前导，若在超时时间内检测到本网络信标前导，则等待本网络报文，若超时时间内检测到本网络报文，则接收本网络报文，若超时时间内未检测到本网络报文，则切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；在接收本网络报文后和超时时间内未检测到本网络信标前导时，也切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；

23）持续接收报文，如果是有效信标，则记录邻居网络信息；

24）判断时隙是否结束，若没有结束，则继续步骤13）；若时隙结束，则比较邻居网络与本网络链路质量信息；

25）判断邻居网络是否优于本网络，包括网络层级、链路质量、网络规模因素；

26）若邻居网络优于本网络，则执行入网相关操作，否则结束，等待下次的接收时隙开始。

3.根据权利要求1所述的一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，其特征在于：用电信息采集系统通信方法还包括批量变动步骤及主动同步上报步骤；

批量变动步骤：中心节点周期性的在每天的t1时刻执行搜索子节点操作，接下来在每天的t2时刻同步归属关系到集中器，进而同步到采集系统主站；

主动同步上报步骤：中心节点发现有新增子节点时，实时地进行搜索该子节点的操作，并仅将该子节点的归属关系实时地同步到集中器，集中器向上同步到采集系统主站，由采集系统主站根据同步上报时间的先后顺序确定子节点的新归属关系；集中器每次上报同步归属关系到采集系统主站后的m分钟之内，无论归属关系是否发生变更均不再次上报，m分钟后如有归属关系变化，则继续上报。

4.根据权利要求2所述的一种基于全网感知机制的用电信息采集系统通信方法，其特征在于：主动同步上报过程包括中心节点CAC与集中器之间的同步和集中器与采集系统主站之间的同步；

31）中心节点CAC与集中器之间的同步：当有新节点加入网络时，判断是否需要搜表，若需要则启动单点搜表，若不需要则直接上报给集中器，当收到确认应答后，完成中心节点CAC与集中器之间同步过程；

32）集中器与采集系统主站之间的同步：集中器获取到CAC上报的新增子节点信息后进行档案同步更新，同时上报参数变更记录事件ERC3，数据内容中变更参数数据单元标识为测量点状态参数F150，将集中器内部档案参数变更标识上报至采集系统主站。

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